高層建筑的中庭消防設(shè)計(jì)探究

蘇麗會(huì)

摘要：針對(duì)高層建筑中多個(gè)中庭設(shè)計(jì)導(dǎo)致豎向空間上隱形貫通的問(wèn)題，結(jié)合××綜合樓項(xiàng)目案例，對(duì)中庭的防火分區(qū)、防火構(gòu)造、安全疏散、自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)、防排煙系統(tǒng)等消防問(wèn)題進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：高層建筑；中庭；消防設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TU998.1? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ?文章編號(hào)：2096-1227（2023）11-0103-03

在《建筑設(shè)計(jì)資料集》[1]中，建筑中通高2層及2層以上且有頂蓋，具備交通、交往、休息、休閑、景觀、展示、銷售宣傳等多種功能的室內(nèi)公共空間，其平面呈點(diǎn)狀或面狀者稱為中庭。而《民用建筑設(shè)計(jì)術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)中庭的定義為“建筑中貫通多層的室內(nèi)大廳”，更強(qiáng)調(diào)其空間的貫通性。

中庭空間在位置上通常位于建筑體塊中心或軸線位置，也可以位于側(cè)面或邊緣，屬于共享空間，建筑可利用不同位置的中庭空間構(gòu)成建筑內(nèi)部公共空間體系。中庭內(nèi)部的樓梯、電梯、連廊、綠化、雕塑、水體等景觀要素可構(gòu)成視覺(jué)焦點(diǎn)，如果在尺度上運(yùn)用合適，會(huì)讓使用者有舒適空間體驗(yàn)。在技術(shù)層面，上下層貫通的中庭空間對(duì)建筑生態(tài)、微氣候、建筑防火等方面有利有弊，設(shè)計(jì)需要結(jié)合相關(guān)要求規(guī)避缺點(diǎn)。中庭空間在體量上因建筑形態(tài)不同而各異，有從頂?shù)降兹控炌?、氣?shì)磅礴的超大中庭，也有兩三層局部挑空、設(shè)計(jì)靈動(dòng)活潑的小中庭，兩者在消防設(shè)計(jì)上可采用不同的設(shè)計(jì)理念。

1 項(xiàng)目概述

××綜合樓項(xiàng)目位于××市××區(qū)，是由3座科研實(shí)驗(yàn)樓、地下車庫(kù)、附屬用房等組成的集科研、辦公及配套展示于一體的綜合樓。項(xiàng)目總建筑面積約12萬(wàn)m2，地上建筑主要為A1樓、A2樓、A3樓3座科研辦公及配套展示綜合樓。A1樓地上6層，總高30m；A2樓地上10層，高度45m；A3樓地上13層，高度59.45m。其中A1樓、A2樓在2層通過(guò)室外連廊相連接，A2樓A3樓在3層通過(guò)室外連廊相連通。項(xiàng)目平面圖見(jiàn)圖1。

項(xiàng)目地勢(shì)平坦，消防撲救條件良好。首先，在場(chǎng)地東側(cè)設(shè)有2個(gè)出入口，場(chǎng)地內(nèi)沿3座單體建筑四周設(shè)置有4m環(huán)形道路連通，滿足消防車環(huán)形行駛要求。其次，A1樓、A2樓、A3樓為獨(dú)立建筑，且建筑之間的防火間距大于13m，建筑周邊無(wú)其他障礙物遮擋，每座建筑的長(zhǎng)邊或周邊能夠連續(xù)或間隔設(shè)置消防撲救場(chǎng)地，滿足消防撲救場(chǎng)地長(zhǎng)度大于建筑長(zhǎng)邊的要求，為中庭火災(zāi)發(fā)生后動(dòng)用消防車、云梯車等器械進(jìn)行人工滅火提供了有利的場(chǎng)地條件。最后，項(xiàng)目中庭都在靠外墻位置，中庭的外墻設(shè)有全玻璃幕墻，方便在火災(zāi)初期及時(shí)發(fā)現(xiàn)，及時(shí)進(jìn)行人工滅火。

2 項(xiàng)目中庭消防設(shè)計(jì)難點(diǎn)

為豐富科研辦公項(xiàng)目的內(nèi)部環(huán)境，項(xiàng)目在A1樓、A2樓、A3樓3座建筑單體長(zhǎng)邊兩側(cè)采用多個(gè)小中庭局部貫通空間形式，見(jiàn)圖2。A1樓地上6層，共設(shè)3個(gè)的中庭，位于建筑的東側(cè)和西側(cè)靠外墻處。A2樓地上10層，共設(shè)6個(gè)中庭，位于建筑的南側(cè)和北側(cè)靠外墻處。A3樓地上13層，共設(shè)10個(gè)的中庭，位于建筑的東側(cè)和西側(cè)靠外墻處。3座建筑單體的小中庭總計(jì)多達(dá)19個(gè)，均為豎向2層或3層貫通空間的小中庭，貫通空間體量不大，但數(shù)量很大。如此多的中庭空間，雖然中庭平面在單一豎向空間上沒(méi)直接貫通，但從剖面圖上可以看到錯(cuò)層空間上有持續(xù)上升“隱形”貫通形態(tài)，所以在消防設(shè)計(jì)上阻止各中庭連通，避免形成大的煙囪效應(yīng)，是本項(xiàng)目中庭消防設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)。

現(xiàn)行GB 50016—2014（2018年版）《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》[2]對(duì)中庭的防火設(shè)計(jì)有一定要求，但是同一防火分區(qū)內(nèi)，中庭部位及與其連通空間的防火措施在各地的設(shè)計(jì)中有不同的理解和執(zhí)行。一種觀點(diǎn)認(rèn)為中庭應(yīng)作為一個(gè)“獨(dú)立單元”與其他空間完全隔離出來(lái)，中庭里一旦有火情不會(huì)影響相鄰空間，暫稱為“隔離方案”；另一種觀點(diǎn)認(rèn)為中庭屬于交通空間，可與本防火分區(qū)的走廊等空間連通，同屬一個(gè)防火分區(qū)的門(mén)也不必因此強(qiáng)制升級(jí)為甲級(jí)防火門(mén)，暫稱為“連通方案”。

本項(xiàng)目空間上層層有共享、廳廳有挑空的多個(gè)小中庭空間形式，采用“隔離方案”會(huì)大大降低室內(nèi)的空間品質(zhì)，因此，基于本項(xiàng)目在多個(gè)小中庭豎向“隱形”貫通情況，采用“連通方案”隔離，以下將從多專業(yè)多角度探討這些小中庭的具體消防設(shè)計(jì)。

3 項(xiàng)目的中庭消防設(shè)計(jì)

3.1? 防火分區(qū)與防煙分區(qū)

中庭是將各層連通的共享空間，在物理空間上因中庭的貫通屬性，中庭所在各層空間實(shí)際是連通一體的，所以當(dāng)連通各層的面積疊加大于一個(gè)防火分區(qū)規(guī)定的面積時(shí)，應(yīng)重新劃分防火分區(qū)，使得連通各層之間的防火分區(qū)面積不超過(guò)規(guī)范要求。本項(xiàng)目為一類高層民用建筑設(shè)計(jì)，耐火等級(jí)一級(jí)。設(shè)計(jì)嚴(yán)格按防火規(guī)范要求劃分防火分區(qū)和防煙分區(qū)，A1樓、A2樓、A3樓3座單體建筑地上每層面積在1000～2500m2，原則上單體建筑的每層均劃分為一個(gè)防火分區(qū)，防火分區(qū)面積不大于3000m2；地上防煙分區(qū)劃分由隔墻、結(jié)構(gòu)梁及擋煙垂壁分隔，面積不大于500m2。

中庭防火在《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第5.3.2條、6.5.3條中有明確規(guī)定。防火分區(qū)之間一般采用達(dá)到規(guī)定耐火極限的防火墻、防火卷簾等分隔，防火墻上開(kāi)門(mén)時(shí)要為甲級(jí)防火門(mén)。防火墻的防火穩(wěn)定性較高，而防火卷簾在實(shí)際使用中會(huì)有不密閉導(dǎo)致防煙效果差，卷簾下方有障礙物時(shí)防火卷簾不能完全下落，防火可靠性低等不盡如人意的缺點(diǎn)，所以規(guī)范對(duì)防火卷簾作防火分區(qū)分隔的使用范圍和比例進(jìn)行了限定（第6.5.3條），但是鑒于中庭部分的空間特殊性和設(shè)計(jì)使用中的實(shí)際需求，本條規(guī)范對(duì)中庭做放寬處理，中庭部分可以使用防火卷簾劃分防火分區(qū)且長(zhǎng)度不受此條限制。

中庭連通的空間防火分區(qū)面積超過(guò)一個(gè)防火分區(qū)面積時(shí)，《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第5.3.2條規(guī)定可采用以下措施對(duì)連通空間進(jìn)行防火分隔：①耐火極限≥1.0h的防火隔墻；②耐火完整性≥1.0h的防火玻璃；③耐火極限≥3.0h的防火卷簾。此外，規(guī)范還要求與中庭連通的門(mén)窗采用甲級(jí)門(mén)窗。要注意的是，采用防火玻璃隔墻時(shí)，耐火完整性≥1.0h的非隔熱型防火玻璃隔墻一般有單層銫鉀防火玻璃，高溫灼燒仍然能夠保持透明，便于觀察火情，但它的耐火隔熱性不滿足要求，需要與閉式噴淋系統(tǒng)或冷卻水幕系統(tǒng)結(jié)合使用；耐火完整性≥1.0h的隔熱型防火玻璃墻一般由2層或多層防火玻璃復(fù)合粘結(jié)或灌注防火膠組成復(fù)合夾層玻璃，可以達(dá)到耐火完整性和隔熱性均≥1.0h的效果，但是復(fù)合夾層防火玻璃遇高溫后會(huì)變得不透明，不便于觀察火情。采用防火卷簾分隔時(shí)，防火卷簾應(yīng)具有防煙性能，卷簾與樓板、梁、墻、柱之間的空隙應(yīng)采用防火封堵材料封堵，整體滿足耐火時(shí)間3.0h，在發(fā)生火災(zāi)時(shí)自動(dòng)降落的防火卷簾應(yīng)具有信號(hào)反饋的功能。設(shè)計(jì)可在以上3種分隔措施中選擇1種或者多種組合，以滿足不同使用要求，同時(shí)在火災(zāi)情況下使中庭所在的防火分區(qū)是一個(gè)獨(dú)立封閉的防火單元，火災(zāi)和煙氣不通過(guò)中庭上下蔓延。

項(xiàng)目建筑單體內(nèi)的中庭總計(jì)19個(gè)，均為2～3層貫通的小中庭。中庭貫通部位在防火分區(qū)中占比面積較小，空間體積較小，平時(shí)使用中主要作為交通空間使用，中庭的內(nèi)裝材料均為A級(jí)、B1級(jí)不燃材料、難燃材料，整個(gè)中庭貫通的交通空間無(wú)可燃物，火災(zāi)荷載密度小。中庭均靠外墻設(shè)置，有大面積透明的玻璃幕墻，可視性較好，一旦發(fā)生火災(zāi)會(huì)被及時(shí)發(fā)現(xiàn)。但是如此多的中庭在剖面上有持續(xù)上升“隱形”貫通空間形態(tài)，進(jìn)行防火分區(qū)設(shè)計(jì)時(shí)，需在中庭部分加強(qiáng)防火分隔措施，采用耐火3.0h的隔墻和耐火3.0h的特級(jí)防火卷簾與貫通部分的樓層分開(kāi)，中庭在本防火分區(qū)內(nèi)與走廊等交通空間連通，同屬一個(gè)防火分區(qū)的各辦公房間的門(mén)均為普通門(mén)窗（有其他防火要求的門(mén)除外）。

3.2? 安全疏散與耐火構(gòu)造

3.2.1? 安全疏散

地上3座高層建筑既相互獨(dú)立又分別連通，發(fā)生火災(zāi)時(shí)，人員的安全疏散至關(guān)重要。中庭與本層同防火分區(qū)的走廊緊密相連，可無(wú)障礙通行，防火疏散時(shí)可以利用走廊快速到達(dá)安全出口。設(shè)計(jì)在水平和垂直方向均安排了完善的疏散設(shè)施。水平疏散上，每座建筑均布置環(huán)形走道將2座防煙樓梯間連通，并設(shè)置1部消防電梯與2部防煙樓梯間結(jié)合，供消防員使用。垂直疏散上，疏散樓梯在首層與地下室出入口均設(shè)置耐火2.0h的隔墻和乙級(jí)防火門(mén)與之隔開(kāi)。疏散走道寬度與疏散樓梯寬度經(jīng)計(jì)算，均滿足疏散要求。

3.2.2? 耐火構(gòu)造

中庭結(jié)構(gòu)本身的消防安全設(shè)計(jì)至關(guān)重要，一旦發(fā)生火災(zāi)，火勢(shì)在豎向蔓延極快，火和煙氣上升會(huì)直接面向中庭結(jié)構(gòu)構(gòu)件，而且有外窗的情況下會(huì)威脅到相鄰的防火單元。所以要采取相應(yīng)的構(gòu)造防火措施確保耐火安全和火勢(shì)不外溢。

第一，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐火極限滿足《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第5.1.2條規(guī)定，結(jié)構(gòu)梁、板、柱、承重墻按建筑的耐火等級(jí)分別滿足不同的耐火極限要求，如耐火等級(jí)為一級(jí)的建筑，則梁、板、柱、承重墻分別滿足耐火2.0h、1.5h、3.0h、3.0h要求。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)滿足受力條件下滿足耐火要求比較容易，一般不用另加防火構(gòu)造，如《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》附錄，簡(jiǎn)支鋼筋混凝土梁的保護(hù)層厚度為25mm厚（預(yù)應(yīng)力50mm厚），耐火極限可以滿足2.0h；80mm厚的現(xiàn)澆混凝土樓板（20mm厚保護(hù)層）耐火極限則可以達(dá)到1.5h；300mm×300mm（或200mm×500mm）的鋼筋混凝土柱耐火極限可以達(dá)到3.0h；承重墻鋼筋混凝土實(shí)體墻180mm厚耐火極限可以達(dá)到3.5h。鋼結(jié)構(gòu)需增加防火涂料或者防火包覆等必要的構(gòu)造措施才能滿足相應(yīng)的耐火極限要求。

本項(xiàng)目中A1樓為鋼框架結(jié)構(gòu)，A2樓為鋼框架混凝土核心筒結(jié)構(gòu)，A3樓為鋼框架—耗能支撐加鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)。項(xiàng)目采用鋼筋混凝土和鋼結(jié)構(gòu)體系，或兩者結(jié)合的體系，耐火等級(jí)為一級(jí)，其中所有外露鋼結(jié)構(gòu)表面均需要噴涂防火涂料進(jìn)行保護(hù)，鋼結(jié)構(gòu)柱耐火極限達(dá)3.0h及以上，鋼結(jié)構(gòu)梁耐火極限達(dá)2.0h及以上；鋼筋混凝土承重墻、柱耐火極限達(dá)3.0h及以上，樓板耐火極限達(dá)1.5h及以上。

第二，中庭與其他防火分區(qū)相鄰處，在防火墻兩側(cè)設(shè)置長(zhǎng)度≥2m（轉(zhuǎn)角處≥4m）、耐火極限≥1.0h的不燃?jí)w或乙級(jí)防火窗作為防止火災(zāi)蔓延的構(gòu)造措施。

3.3? 自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)

建筑內(nèi)部還設(shè)有自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)和消火栓滅火系統(tǒng)，保護(hù)范圍覆蓋整個(gè)中庭區(qū)域。部分中庭高度超過(guò)12m，設(shè)置大空間智能型主動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)。

自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)和消火栓滅火系統(tǒng)是現(xiàn)代高層建筑消防設(shè)計(jì)的基本配置。室內(nèi)消火栓系統(tǒng)由水槍、水帶、消火栓、消防管道和水源等組成，室外給水管網(wǎng)的水壓不能滿足室內(nèi)消防要求時(shí)，還要設(shè)置消防水泵和水箱。室內(nèi)消火栓系統(tǒng)用于撲滅初期火災(zāi)效果良好。自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)由灑水噴頭、報(bào)警閥組、水流報(bào)警裝置等組件以及管道、供水設(shè)施組成。系統(tǒng)的管道內(nèi)充滿有壓水，一旦發(fā)生火災(zāi)，噴頭動(dòng)作后立即噴水，在火災(zāi)初期能快速響應(yīng)并撲滅或控制火情，是目前世界上采用最廣泛的一種固定式消防設(shè)施。

項(xiàng)目中庭總計(jì)19個(gè)，吊頂高度在12m以下的占比90%，吊頂高度超過(guò)12m的占比10%。凈空高度小于12m的中庭空間采用自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)，即設(shè)置噴淋系統(tǒng)；大于12m的中庭部位，如A2樓、A3樓入口門(mén)廳部位，依據(jù)《大空間智能型主動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》[3]規(guī)定，采用邊墻行布置方式的水炮設(shè)置，即采用1個(gè)智能型紅外探測(cè)組件控制1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大空間噴頭的標(biāo)準(zhǔn)型大空間智能滅火裝置，系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量20L/s，作用時(shí)間1h。大空間智能型主動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于，大空間場(chǎng)所發(fā)生火災(zāi)后，其能自動(dòng)掃描火源，并精確定位、響應(yīng)滅火，反應(yīng)速度快，它實(shí)現(xiàn)的是被動(dòng)滅火到主動(dòng)滅火的一種轉(zhuǎn)變，相比于傳統(tǒng)滅火方式更加高效安全。

3.4? 防排煙系統(tǒng)

項(xiàng)目中庭空間采用防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)，能快速排除火災(zāi)產(chǎn)生的熱氣和煙氣，為消防安全疏散提供有利條件。項(xiàng)目的中庭一部分采用自然排煙，另一部分采用機(jī)械排煙。自然排煙是利用熱煙氣產(chǎn)生的浮力、熱壓或其他自然作用力使煙氣排出室外。項(xiàng)目一部分中庭在頂部外墻上設(shè)置可開(kāi)啟面積不小于建筑面積的5%的電動(dòng)排煙窗，電動(dòng)排煙窗具備防失效功能，保證在火災(zāi)情況下能動(dòng)作打開(kāi)并處于全開(kāi)位置，電動(dòng)排煙窗具備與火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制功能和遠(yuǎn)程控制開(kāi)啟功能，且具備現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)開(kāi)啟功能。機(jī)械排煙的原理與自然排煙相近，機(jī)械排煙主要是在自然排煙以及在外墻設(shè)置可開(kāi)啟外窗排煙口的基礎(chǔ)上，改進(jìn)排煙口設(shè)計(jì)并在排煙口內(nèi)部增加一定的機(jī)械助力裝置以增強(qiáng)排煙口的排煙效果，可以有效提升排煙速度，而且排煙口位置不受外墻限制，大小形狀比較自由，且口部可以結(jié)合精裝綜合設(shè)置百葉，保證美觀。項(xiàng)目一部分中庭采用的是機(jī)械排煙，排煙風(fēng)機(jī)設(shè)在屋頂。

4 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)高層建筑中多個(gè)中庭設(shè)計(jì)導(dǎo)致豎向空間上“隱形”貫通的消防問(wèn)題，結(jié)合XX綜合樓項(xiàng)目案例，從防火分區(qū)、防火構(gòu)造、安全疏散、自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)、防排煙系統(tǒng)等多專業(yè)、多角度進(jìn)行了消防設(shè)計(jì)探究，對(duì)中庭防火問(wèn)題進(jìn)行了綜合解決。當(dāng)前，××綜合樓項(xiàng)目已通過(guò)第三方審核，并順利通過(guò)了消防驗(yàn)收，希望能為高層建筑的中庭消防設(shè)計(jì)提供一些參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國(guó)建筑工業(yè)出版社，中國(guó)建筑學(xué)會(huì).建筑設(shè)計(jì)資料集第5分冊(cè)休閑娛樂(lè)、餐飲、旅館、商業(yè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2017.

[2]GB 50016—2014（2018年版）建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S].

[3]CECS263：2009 大空間智能型主動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程[S].

An investigation into the fire protection design of atriums in high-rise buildings

—Taking ×× comprehensive building as an example

Su Lihui

（China Jingye Engineering & Technology Co.，Beijing 100088）

AbstraCt： Aiming at the problem of multiple atrium designs in high-rise buildings leading to invisible penetration in vertical space， combining with the case of ×× Complex Building Project， the fire protection issues such as fire partition， fire protection structure， safety evacuation， automatic sprinkler system， smoke evacuation system and so on of the atrium are discussed.

Keywords： high-rise building; atrium; fire protection design