北京某建筑改造防排煙問題分析與方案探討

文／都楊楊 中國中輕國際工程有限公司 北京 100026

1、工程概況

本項(xiàng)目位于北京市車公莊大街，屬于一類高層辦公建筑，建筑面積45500m2，高度60m，地下二層，地上十五層，屋頂層為電梯機(jī)房；本辦公樓采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系，此次改造范圍為地上部分，建筑D-F 軸到五層（見下文圖5），A-D 軸到十五層。該項(xiàng)目竣工圖時(shí)間為1999年，當(dāng)年設(shè)計(jì)施工規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)與現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)存在較大差異，而結(jié)構(gòu)墻、梁、柱是設(shè)計(jì)限制條件；本文對防排煙改造設(shè)計(jì)存在的主要問題進(jìn)行分析。

2、防排煙系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)存在的問題

2．1 加壓送風(fēng)系統(tǒng)未設(shè)泄壓

2．1．1 原加壓送風(fēng)設(shè)置情況

本項(xiàng)目樓梯間加壓送風(fēng)機(jī)布置在十四層加壓風(fēng)機(jī)房內(nèi)；前室加壓送風(fēng)機(jī)布置在屋頂樓梯間內(nèi)；上述兩處送風(fēng)機(jī)出風(fēng)口僅用軟連接與土建豎井預(yù)留的進(jìn)風(fēng)洞口相連（見圖1），沒有安裝其他管件，包括變徑、防火閥、旁通泄壓管等均未設(shè)，安裝空間也極其緊湊。再經(jīng)逐層勘測，樓梯間與前室隔墻、前室與內(nèi)走道隔墻也未安裝泄壓閥，且沒預(yù)留洞口，隔墻均為剪力墻，即1999年設(shè)計(jì)施工未考慮加壓送風(fēng)的泄壓。

圖1 前室加壓風(fēng)機(jī)現(xiàn)狀

2．1．2 新規(guī)范對加壓送風(fēng)系統(tǒng)要求

現(xiàn)行《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) GB51251-201 7》[2]（下文稱為《煙規(guī)》）3．4．4 規(guī)定：1．前室、封閉避難層（間）與走道之間的壓差應(yīng)為25Pa ～30Pa；2．樓梯間與走道之間的壓差為40Pa ～50Pa；3．當(dāng)系統(tǒng)余壓值超過最大允許壓力差時(shí)應(yīng)采取泄壓措施；最大允許壓力差由本標(biāo)準(zhǔn)3．4．9 條計(jì)算確定。

為保證樓梯間到前室，前室到內(nèi)走道壓差滿足要求防止煙氣侵入，也為防止樓梯間和前室之間、前室和室內(nèi)走道之間防火門兩側(cè)壓差過大導(dǎo)致防火門無法正常開啟，影響人員疏散和消防人員施救，本次改造加壓送風(fēng)必須增設(shè)泄壓措施。

2．2 排煙口與加壓取風(fēng)口安全距離問題

2．2．1 工程現(xiàn)狀

現(xiàn)場踏勘發(fā)現(xiàn)五層屋面布置著排煙風(fēng)機(jī)排煙口、加壓送風(fēng)取風(fēng)口，結(jié)合竣工圖以及現(xiàn)場勘測結(jié)果，將實(shí)際風(fēng)口位置體現(xiàn)在圖紙上（見圖2），測得排煙口與加壓取風(fēng)口水平距離11．8m。

圖2 現(xiàn)場勘測后風(fēng)口位置示意

2．2．2 新規(guī)范要求

《煙規(guī)》3．3．5 條要求排煙出風(fēng)口與加壓取風(fēng)口不應(yīng)設(shè)在同一面上，當(dāng)確有困難時(shí)，送風(fēng)的進(jìn)風(fēng)口與排煙風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口應(yīng)分開布置，且豎向布置時(shí)，送風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)口應(yīng)設(shè)置在排煙口的下方，其兩者邊緣最小垂直距離不應(yīng)小于6．0m，水平布置最小水平距離不應(yīng)小于20m。原有排煙口與加壓送風(fēng)口布置距離不符合規(guī)范要求，是本次設(shè)計(jì)要解決的主要問題之一。

2．3 排煙系統(tǒng)豎向高度超限

項(xiàng)目原有排煙豎井總高度54．9m，排煙風(fēng)機(jī)設(shè)于十四層屋面，《煙規(guī)》4．4．2 條要求建筑高度超過50m 的公共建筑和建筑高度超過100m 的住宅，其排煙系統(tǒng)需要豎向分段獨(dú)立設(shè)置，且公共建筑每段高度不應(yīng)超過50m，住宅建筑每段高度不應(yīng)超過100m。本條規(guī)定目的在于提高系統(tǒng)的可靠性，防止排煙系統(tǒng)因擔(dān)負(fù)層數(shù)太多或豎向高度過高而失效，本次改造此問題是最為關(guān)鍵要解決的問題。

3、解決方案

3．1 加壓送風(fēng)泄壓設(shè)計(jì)

解決方案一：機(jī)械加壓送風(fēng)系統(tǒng)是火災(zāi)時(shí)保證人員快速疏散的必要條件，除了保證該系統(tǒng)能正常運(yùn)行外，還必須保證它所輸送的是能使人正常呼吸的空氣，國內(nèi)多例火災(zāi)建筑檢查發(fā)現(xiàn)其將加壓送風(fēng)機(jī)布置在頂層屋面上，發(fā)生火災(zāi)時(shí)整個(gè)建筑被煙氣籠罩，加壓送風(fēng)送進(jìn)去的不是清潔空氣，吸取教訓(xùn)，本次考慮從一層找加壓送風(fēng)機(jī)房，并采取旁通泄壓措施。

結(jié)合圖紙分析一層具備加壓送風(fēng)機(jī)房和取風(fēng)條件，但是留洞竣工圖紙一層樓梯間和前室的加壓送風(fēng)豎井上沒有預(yù)留洞口，逐層核實(shí)留洞竣工圖紙發(fā)現(xiàn)原送風(fēng)豎井只有一處送風(fēng)洞口。結(jié)構(gòu)圖紙樓梯間和前室墻體均為承重墻；結(jié)論是加壓送風(fēng)設(shè)置在系統(tǒng)下部需要在承重墻上開兩處洞口，每個(gè)為1100＊900mm，雖然結(jié)構(gòu)可以進(jìn)行加固處理，增加了改造投資，但畢竟還是造成了原有結(jié)構(gòu)的破壞，對結(jié)構(gòu)安全必定造成影響。

解決方案二：考慮能否將加壓風(fēng)機(jī)仍安裝在原位置，采取余壓閥的方式。查看留檔竣工圖，顯示樓梯間到前室隔墻預(yù)留有洞口1000＊900mm，底距地1000mm，但是前室到內(nèi)走道沒有預(yù)留洞口?，F(xiàn)場勘測得知預(yù)留洞口是用來設(shè)置消火栓的。如果要實(shí)現(xiàn)余壓閥泄壓方式，需要在每層剪力墻上開新洞口，這樣不僅增加了結(jié)構(gòu)加固造價(jià)，也給改造增加難度，且不安全。

解決方案三：將風(fēng)機(jī)安裝在原位置，考慮旁通泄壓措施。樓梯間加壓風(fēng)機(jī)直徑1250mm，（具體選型計(jì)算見表1和表2），機(jī)房內(nèi)無論如何布置都擺不下大直徑彎頭、變徑，最終用靜壓箱代替彎頭，布置見圖3；由于空間限制泄壓管最寬到200mm，泄壓風(fēng)量最大為14400m3/h，經(jīng)此布置加壓風(fēng)機(jī)兩側(cè)有600 檢修空間，旁通泄壓管底距地面1400mm，由于本項(xiàng)目各項(xiàng)條件限制，這已是最大限度符合規(guī)范的布置方案。

表1 樓梯間及前室加壓送風(fēng)機(jī)風(fēng)量計(jì)算值

表2 樓梯間前室加壓風(fēng)機(jī)型號

圖3 樓梯間加壓送風(fēng)平面布置圖

同樣的思路布置前室加壓風(fēng)機(jī)和旁通泄壓，前室加壓送風(fēng)機(jī)原位置是小樓梯間上空，預(yù)留孔洞位置梯步距梁底僅有2．7m，如果風(fēng)機(jī)及泄壓在此處設(shè)置，樓梯間將被堵住無法通行，最終布置見圖4，此處需要在剪力墻開兩處洞口，與結(jié)構(gòu)專業(yè)溝通，在頂層加固可行；以上布置風(fēng)機(jī)檢修雖有困難，但鑒于土建條件限制，后期檢修只好將風(fēng)機(jī)拆下來修好再裝回去，前室加壓送風(fēng)布置見圖4。

圖4 前室加壓送風(fēng)系統(tǒng)平面布置圖

圖5 五層新設(shè)排煙機(jī)及屋面排煙口和排油煙口走向示意圖

舊建筑改造，很難在不破壞原有體系和滿足新規(guī)范之間做到兩全其美，每個(gè)專業(yè)需要相互配合共同來保證建筑本體和人員安全，此問題本項(xiàng)目采取方案三。

3．2 解決排煙出口與加壓取風(fēng)口距離問題

方案一：原五層屋面的加壓取風(fēng)口服務(wù)于2#樓梯，2#樓梯從一層至四層高度為22．5m；其中《煙規(guī)》3．3．3條規(guī)定，高度小于等于50m 的建筑，當(dāng)樓梯間設(shè)置加壓送風(fēng)井（管）道確有困難時(shí)，樓梯間可采用直灌式送風(fēng)；且本樓梯采用直慣式一點(diǎn)部位送風(fēng)。四層加壓送風(fēng)機(jī)由原來的屋面取風(fēng)改為從天井取風(fēng)，取風(fēng)口距離屋面高差為2．7m，屋面原排煙服務(wù)于地下車庫，不可避免要在屋面設(shè)排煙出風(fēng)口，將排煙出風(fēng)口延伸至建筑外沿長度約18m，雖然此方案造價(jià)低，施工相對方便，但是垂直高差和水平距離相對于規(guī)范要求仍有些偏差。

方案二：將加壓送風(fēng)機(jī)布置在天井一層的地面上，直接從天井內(nèi)取風(fēng)，2#樓梯間靠近天井一側(cè)墻體不是承重墻，在此墻上開設(shè)加壓送風(fēng)孔洞，這樣設(shè)計(jì)加壓取風(fēng)口距離屋面高差為20．5m，符合規(guī)范要求；但是加壓送風(fēng)機(jī)沒有設(shè)置在專用機(jī)房內(nèi)，《煙規(guī)》3．3．5 條文說明中解釋設(shè)置在專用機(jī)房內(nèi)的目的是保證加壓送風(fēng)機(jī)不受風(fēng)、雨、異物等侵蝕損壞。同時(shí)《北京市既有建筑改造工程消防設(shè)計(jì)指南（試行）》中4．2．3 條有說明防排煙風(fēng)機(jī)在滿足防護(hù)、通風(fēng)散熱及檢修要求時(shí)可不設(shè)在專用機(jī)房內(nèi)。針對此問題本項(xiàng)目采取方案二。

3．3 排煙豎向分段解決方案

本文認(rèn)為針對此問題，第一要解決排煙系統(tǒng)豎向分段獨(dú)立設(shè)置，第二要對分段后的排煙系統(tǒng)重新設(shè)計(jì)使其符合新規(guī)范要求。

方案一：首先考慮是否可以采用自然排煙，這樣可以規(guī)避機(jī)械排煙豎向高度超高的問題，還可以減少設(shè)備和動(dòng)力配電造價(jià)，并且有利于管線綜合排布。同建筑專業(yè)從一層至十五層逐層溝通，了解到因建筑方案需要，四層內(nèi)區(qū)需有91m2機(jī)房，六至十二層、內(nèi)區(qū)要有90m2會(huì)議室。內(nèi)區(qū)無窗大于50m2且經(jīng)常有人停留的房間，需要設(shè)置排煙設(shè)施（《建筑防火設(shè)計(jì)規(guī)范GB50016-2014（2018 版）》[3]第8．5．4 條）；且本項(xiàng)目走廊成回字形，長邊最長91m，五層兩端設(shè)置有檔案室將走廊兩端堵住，檔案室因其荷載較高，無法挪到其他位置，無法滿足開啟自然排煙窗，上述原因自然排煙方案無法實(shí)施。

方案二：結(jié)合五層解決規(guī)范規(guī)定的排煙豎向分段且獨(dú)立設(shè)置的要求，排煙豎井于五層頂板處做防火分隔，一層至五層為一個(gè)排煙系統(tǒng)，六至十五層為一個(gè)排煙系統(tǒng)；按照《煙規(guī)》計(jì)算一到五層每層排煙量，以其中最大一層排煙量選排煙風(fēng)機(jī)，置于五層新設(shè)的排煙機(jī)房內(nèi)，一層至五層排煙系統(tǒng)平面布置見圖6（PY ～1-5 層為新增排煙風(fēng)機(jī)）。于十三層新設(shè)排煙機(jī)房，位置同五層排煙機(jī)房位置。本項(xiàng)目排煙豎向分段問題采取方案二。

另外五層和十三層排煙風(fēng)機(jī)排煙口均位于建筑北側(cè)，從安全角度考慮，將屋頂加壓送風(fēng)機(jī)取風(fēng)口通過風(fēng)道延伸至建筑南側(cè)設(shè)置，保證加壓送風(fēng)為清潔空氣。

結(jié)語：

建筑業(yè)發(fā)展，尤其新樓盤市場從其黃金期逐漸趨于飽和期，未來設(shè)計(jì)行業(yè)中舊樓改造將占據(jù)市場大比額，而新規(guī)范新標(biāo)準(zhǔn)的頒布實(shí)施及舊樓建筑結(jié)構(gòu)體系限制，成為改造設(shè)計(jì)難點(diǎn)，本文以北京某高層辦公建筑改造為例分析防排煙改造存在的問題與解決方案；市場上很多改造建筑，有些建筑存在著局部改局部不改，更是給設(shè)計(jì)在符合規(guī)范上設(shè)置了層層阻礙；所以建筑設(shè)計(jì)行業(yè)需要有更多適用于改造項(xiàng)目的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)為設(shè)計(jì)提供指引。