高層建筑防火工作分析

■ 鄭蕾 石家莊市消防救援支隊藁城區(qū)大隊

當前國內(nèi)的經(jīng)濟迅猛發(fā)展，特別是一些發(fā)達城市，經(jīng)濟發(fā)達、城市人口基數(shù)大、增長速度快，但由于土地資源有限，很多建筑商將項目重點轉(zhuǎn)向高層建筑。高層建筑能夠承載更多人口，但正是由于人員數(shù)量多，一旦發(fā)生類似于火災(zāi)的突發(fā)狀況會明顯增加疏散和撤離工作的難度，若處理不當極容易造成人員傷亡和社會公共財產(chǎn)的損失，為此，應(yīng)該深入分析高層建筑防火工作問題與原因，找到問題的根源，從而采取針對性的解決措施[1]。

一、高層建筑火災(zāi)的特點

（一）誘發(fā)起火因素較多

對于高層建筑物來講，自身建筑面積大、內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜且內(nèi)部人員的聚集性較強，建筑使用的大多數(shù)裝修材料是易燃易爆材料，以上均屬于高層建筑起火的隱患[2]。

（二）火災(zāi)時火勢蔓延快

在高層建筑中，樓道、排氣管道、電梯井、管道井等縱向的管道較多，若建筑過程中未科學(xué)處理防火分隔，一旦發(fā)生火災(zāi)，縱向管道均會成為加速火勢蔓延的最佳途徑[3]。尤其是酒店、綜合樓、檔案館、圖書館、實訓(xùn)室等可燃物較多的場所，火災(zāi)發(fā)生后火勢很容易迅速蔓延。

（三）疏散人員難度大

由于高層建筑樓層較多，人員疏散所需時間較長。在火災(zāi)發(fā)生狀態(tài)下，建筑內(nèi)電梯由于自身結(jié)構(gòu)原因絕大多數(shù)處于暫停使用狀態(tài)，所以在高層建筑發(fā)生火災(zāi)時最主要的疏散方式就是樓梯步行迅速轉(zhuǎn)移，但樓道內(nèi)混煙氣后會使得疏散的速度明顯受到影響[4]。除此之外，大部分人并未切身經(jīng)歷過火災(zāi)，一旦有火災(zāi)發(fā)生很容易出現(xiàn)恐懼與不知所措的狀態(tài)，導(dǎo)致受驚嚇人員在擁擠狀態(tài)下增加疏散工作有序進行的難度。

二、高層建筑防火工作中出現(xiàn)的問題

國內(nèi)很多高層建筑自設(shè)計、施工至交付后裝修全過程都存在內(nèi)在安全隱患，若正式交付使用前未進行徹底排查，很容易在使用中出現(xiàn)一系列防火問題[5]。防火安全隱患集中表現(xiàn)為：（1）很多高層建筑裝有玻璃幕墻，由此種材料制成的外墻因材料易碎，很容易在后期使用中破碎而產(chǎn)生掉落；（2）有些高層建筑裝修過于奢華，建筑材料大量堆積，一旦發(fā)生火災(zāi)很容易成為嚴重的安全隱患；（3）部分建筑防火手續(xù)審批和審核過程繁多復(fù)雜；（4）高層建筑在設(shè)計方面未考慮到消防安全重要性，致使后期安裝的消防設(shè)施不能完全匹配；（5）高層建筑內(nèi)部人群未參與火災(zāi)安全知識普及和學(xué)習(xí)，火災(zāi)發(fā)生后會因安全防護意識薄弱而增加疏散和救援的難度。

三、火災(zāi)對于高層建筑結(jié)構(gòu)的影響

（一）對鋼結(jié)構(gòu)的影響

在高層建筑中鋼型材料的使用率較高，一旦發(fā)生火災(zāi)后，鋼型材料由于自身結(jié)構(gòu)原因，其屈服、抗壓強度以及彈性模量等力學(xué)性能會隨火勢蔓延下降，且在短時間內(nèi)達到剛性材料的極限，最終損壞建筑結(jié)構(gòu)層面[6]。大部分高層建筑因剛性結(jié)構(gòu)未采取防護措施，其耐火性所承受的時間不足15 分鐘，在火災(zāi)溫度高于200℃的情況下剛性材料會發(fā)生藍脆、徐變等現(xiàn)象，在溫度達到300 ～400℃之間時，高層建筑內(nèi)部剛性材料的強度會急速下降，當溫度超過400℃時，剛性屈服強度會迅速降低并且低于室內(nèi)溫度下材料強度的一半；當溫度高達600℃時，高層建筑內(nèi)部所有材料就均會喪失強度和原有剛性。通常情況下，大型火災(zāi)溫度會達到1000℃，此時高層建筑結(jié)構(gòu)強度急速下降并產(chǎn)生形變，最終會引發(fā)坍塌事故。

（二）對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的影響

高層建筑發(fā)生火災(zāi)時對建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的影響基本可以分為兩類：第一類是發(fā)生火災(zāi)時整體結(jié)構(gòu)中的某一構(gòu)件受損，比如說在建筑結(jié)構(gòu)表面的混凝土受熱開始脫落、火災(zāi)位置出現(xiàn)裂縫；第二類就是高層建筑中梁柱整體結(jié)構(gòu)受升溫影響產(chǎn)生一定程度上的結(jié)構(gòu)形變，進而使建筑結(jié)構(gòu)被損壞[7]。當鋼筋混凝土內(nèi)部鋼筋低于200℃時，即便發(fā)生火災(zāi)且火勢很大，其內(nèi)部強度下降的速度也相對緩慢，當溫度在200 ～450℃時，強度會隨著火勢有明顯變化，當火勢溫度上升到450℃時，剛性強度會隨火勢呈線性下降。

四、高層建筑防火工作的有關(guān)設(shè)計

在高層建筑防火工作的設(shè)計過程中最關(guān)鍵的就是要確保建筑的整體結(jié)構(gòu)具有較強的防火性，這體現(xiàn)在以下幾個方面：第一，要盡可能避免發(fā)生火災(zāi)時結(jié)構(gòu)的損壞，最大限度地減少火災(zāi)過程中人員傷亡和高層建筑整體結(jié)構(gòu)破壞；第二，一旦火災(zāi)發(fā)生，要盡量減少受火災(zāi)損壞結(jié)構(gòu)的維修費用，縮短修復(fù)周期，保證高層建筑盡快恢復(fù)使用，間接性挽回經(jīng)濟損失；第三，在建筑設(shè)計的過程中要節(jié)約用料，從結(jié)構(gòu)入手展開深入分析，盡可能提高高層建筑的結(jié)構(gòu)安全性?，F(xiàn)階段，絕大多數(shù)高層建筑的設(shè)計以鋼筋混凝土和鋼結(jié)構(gòu)為主，所以有必要對其設(shè)計展開進一步分析。

（一）高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計

在國內(nèi)的高層建筑中鋼結(jié)構(gòu)的使用較為常見，在防火材料的選擇方面通常會使用防火性較強的涂料、發(fā)泡防火漆或是在常用設(shè)施表面包裹防火層。裸露在外的鋼結(jié)構(gòu)材料通常選用防火噴涂法進行處理，具體指的就是在高層建筑的剛性結(jié)構(gòu)表面噴涂一層具有防火性的涂料，使其結(jié)構(gòu)的耐火性得以增強。發(fā)泡防火漆與噴涂法有所不同，防火漆主要是由成膜劑、阻燃劑、發(fā)泡劑等材料綜合運用而制成的一種能夠抵抗火災(zāi)的噴涂材料[8]。這種漆和最常使用的油漆相比，在物理屬性方面基本沒有顯著區(qū)別，最明顯的不同在于漆面固定干燥之后，防火漆表面形成的漆面能夠有效隔絕高溫，即便遇到明火也能夠避免燃燒到涂有防火漆的可燃物，因此在建筑結(jié)構(gòu)中運用這種漆面能夠使防火效果明顯增強。在設(shè)施表面包覆防火層通常會采用兩種方法：現(xiàn)澆成型和噴涂法?，F(xiàn)澆成型基本上以實體鋼筋混凝土為主，這種類型的鋼筋混凝土外表面通常都會有一層鋼絲網(wǎng)或者是鋼筋，這樣能夠有效防止由于結(jié)構(gòu)或者環(huán)境影響而產(chǎn)生的形變形成，保證整體結(jié)構(gòu)的完整性。噴涂法則是對建筑鋼結(jié)構(gòu)表面進行噴涂以形成一層保護層，噴涂過程中可以使用石灰水或者是石膏砂漿，還可以使用珍珠巖、石棉等。

（二）對鋼筋混凝土的設(shè)計

當高層建筑發(fā)生火災(zāi)時，建筑中混凝土的結(jié)構(gòu)強度來源于鋼筋與混凝土之間的摩擦力、水泥之間的膠結(jié)力、二者之間在物理作用下的咬合力。針對這種情況，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)防火設(shè)計中應(yīng)使用強度大且質(zhì)量達標的混凝土，具體的操作方式：使用活性細粉、耐熱粉煤灰以及減水劑以提升混凝土結(jié)構(gòu)的整體強度，在保證其強度達到預(yù)期的標準時盡量減少水泥使用量；在建筑過程中要選擇使用高溫條件下結(jié)構(gòu)依然不發(fā)生變化的材料；增加建筑結(jié)構(gòu)保護層的厚度，使保護層的耐性達到最大，盡可能減少由于鋼筋受熱產(chǎn)生物理形變所引起的混凝土結(jié)構(gòu)損壞發(fā)生；將防火材料適量噴涂在注入鋼筋混凝土樓板下方，進而在火勢蔓延時能夠有效實施阻隔。

（三）設(shè)計合理的防火區(qū)域

在高層建筑防火工作中，要格外注意防火分區(qū)與間距，防火分區(qū)設(shè)計的合理化可以有效減緩火災(zāi)發(fā)生時火勢的蔓延速度，并能得到一定的控制，減少由于火災(zāi)造成的人員傷害和社會公共財產(chǎn)的損失，同時也能為消防滅火救援爭取更充足的時間。防火區(qū)域的劃分分為水平和垂直兩個區(qū)域，其中水平區(qū)域是通過具有防火裝置的墻體、卷簾門以及注有混凝土的樓板進行搭建。垂直防火分區(qū)通常采用抗火系數(shù)較高的樓板或者窗檻墻貫穿于防火區(qū)域，例如電梯、樓道等。

（四）設(shè)計安全疏散通道

對于高層建筑來講，消防安全是整個建筑的重中之重，對此，要設(shè)計相關(guān)的安全疏散通道。建造高層建筑安全疏散通道時要注重防火設(shè)計，安全疏散通道的目的就是為發(fā)生災(zāi)害時高層建筑內(nèi)部人群能夠快速、安全地撤離并在火勢蔓延之前確保所有人員安全到達指定位置。所以在設(shè)計時要注重安全疏散管道的出口、疏散通道的數(shù)量、通道的寬度、設(shè)計的位置以及通道到達安全區(qū)域的位置，各防火區(qū)域要設(shè)置多個出口大門，人員疏散時撤離的路線到安全出口大門的距離一定要最短，在疏散通道的選擇上盡量選擇樓梯形式，在疏散的方向上也要做到雙向甚至是多向，并保證疏散時人員之間要留出足夠大的空間，避免由于疏散擁擠造成人員踩踏事件發(fā)生。在防火設(shè)計的過程中還要注意要設(shè)計防煙專用的樓梯間，增設(shè)應(yīng)急照明燈以及疏散標識等。

（五）設(shè)計防排煙系統(tǒng)

高層建筑一旦發(fā)生火災(zāi)，不僅火勢會對人員造成一定的傷害，煙氣也是最主要的危害因素，對此要在高層建筑中建設(shè)消防排煙系統(tǒng)[9]。垂直管道井是火勢爆發(fā)時火勢豎直擴散的唯一渠道，在建筑出現(xiàn)火災(zāi)的情況下，電梯井則是內(nèi)部人員暫時躲避的良好地點。消防專用電梯間是火災(zāi)發(fā)生時消防隊員迅速進入高層建筑內(nèi)部的良好途徑，也能夠避免煙霧在管道中擴散，確保救援人員和臨時避難人員的人身安全。高層建筑在建筑設(shè)計過程中需在樓梯間和管道井處設(shè)置高壓排風(fēng)裝置，并將裝置設(shè)置成火災(zāi)自動觸發(fā)模式，這樣一旦發(fā)生火災(zāi)，高壓排風(fēng)裝置能夠立即運轉(zhuǎn)，借助巨大抽力將樓梯間、管道井內(nèi)的因火災(zāi)產(chǎn)生的煙氣排出，并注入新鮮的空氣，在裝置高速運轉(zhuǎn)狀態(tài)下也可防止煙氣再次通過管道流入其中。此外，需在建筑內(nèi)部標注高壓排風(fēng)裝置的位置，對此區(qū)域加強日常的巡視和監(jiān)督，定期開展消防設(shè)施的日常維護保養(yǎng)和更換工作，確保發(fā)生火災(zāi)等突發(fā)狀況時裝置能正常運行。

（六）防火儲水設(shè)計

若建筑物的水壓與水資源儲備量不足則會對防火工作的開展產(chǎn)生不利影響。為此，在建筑防火設(shè)計方面，應(yīng)增加設(shè)置建筑儲水設(shè)備，科學(xué)設(shè)置專業(yè)消防給水途徑，在建筑內(nèi)部設(shè)置備用水箱，以免引起給水系統(tǒng)壓力不足的問題而致使火勢蔓延，盡可能降低建筑滅火狀態(tài)下斷水故障的發(fā)生率，使得建筑滅火裝置水資源充足，進而確保建筑內(nèi)部人群的生命財產(chǎn)安全。

（七）建筑防火墻設(shè)計

建筑防火墻體設(shè)計在建筑物的防火設(shè)計中同樣占據(jù)重要地位，特別是墻體厚度與應(yīng)用材料。應(yīng)盡量保證防火墻厚度與具體要求吻合，若出現(xiàn)火災(zāi)問題，應(yīng)盡量提高防火墻支撐能力，而在重大火災(zāi)狀態(tài)下應(yīng)避免建筑物倒塌，以確保滅火工作的正常開展。選擇防火墻材料的時候，應(yīng)保證材料防火性與耐高溫性達標，盡量確保材料強度理想，且滿足成本要求。在設(shè)計建筑物內(nèi)部防火墻的過程中，需加大檢查與管理的力度，盡量減少防火墻孔洞開設(shè)數(shù)量，對防火墻使用性能與質(zhì)量予以全面維護。

五、結(jié)語

在我國高層建筑的建造過程中，要注重防火工作設(shè)計的重要作用?；馂?zāi)的危害性極大，會對人身安全和社會公共財富造成不可逆的損傷。特別是部分高層建筑，其復(fù)雜結(jié)構(gòu)和建筑材料都是引起火災(zāi)并增大火勢的主要原因。對此，就需要合理安排和加強設(shè)計，提高防火設(shè)計水平以減少火災(zāi)發(fā)生隱患，這樣一旦出現(xiàn)問題能夠及時發(fā)現(xiàn)、有效疏散、及時處理，最大限度地降低人員的傷亡和社會公共財產(chǎn)的損失。