高層住宅建筑“核心筒”消防設(shè)計(jì)探討

作者簡(jiǎn)介：

曲化瑞（1979- ），女，漢族，河南南陽(yáng)人，本科，工程師，研究方向：建設(shè)工程消防審查驗(yàn)收。

摘要：

當(dāng)前我國(guó)高層住宅消防安全中的“核心筒”是設(shè)計(jì)審核的關(guān)鍵。影響消防安全的主要因素包括疏散通道和時(shí)間、疏散路徑和距離、消防設(shè)施和救援場(chǎng)地等設(shè)計(jì)建設(shè)。高層住宅“核心筒”設(shè)計(jì)要關(guān)注電梯前室、連廊、戶門、通道等關(guān)鍵環(huán)節(jié)和消防技術(shù)問題。

關(guān)鍵詞：高層建筑；消防安全；核心筒設(shè)計(jì)

引言

隨著我國(guó)房地產(chǎn)行業(yè)的蓬勃發(fā)展，城鄉(xiāng)居民住房條件得到了極大改善。尤其是近二十年來，我國(guó)高層建筑的高度更高、體量更大，同時(shí)其火災(zāi)事故也時(shí)有發(fā)生。因此，高層建筑消防設(shè)計(jì)要有超前意識(shí)，注重新技術(shù)規(guī)范和理念，并提高設(shè)計(jì)審核管理水平。本文結(jié)合當(dāng)前高層住宅建筑“核心筒”設(shè)計(jì)提出相關(guān)意見，希望給相關(guān)從業(yè)者提供一定的參考。

一、高層建筑“核心筒”的重要性

為有效減少火災(zāi)中的人員傷亡，應(yīng)做好高層建筑的安全疏散設(shè)計(jì)，“核心筒”的設(shè)計(jì)尤為重要。業(yè)界認(rèn)為，“中央核心筒區(qū)域豎井較多，容易形成煙囪效應(yīng)，造成煙火迅速蔓延至其他樓層。因此，中央核心筒區(qū)域是阻止煙火蔓延、控制火災(zāi)擴(kuò)大的關(guān)鍵所在?！薄爸醒牒诵耐矃^(qū)域作為安全區(qū)的安全策略在于保證中央核心筒不會(huì)發(fā)生火災(zāi)，同時(shí)能夠有效防止周圍區(qū)域的火災(zāi)和煙氣向中央核心筒區(qū)域蔓延，影響人員的疏散安全性?！盵1]當(dāng)前，部分高層建筑剪刀梯“核心筒”設(shè)計(jì)存在“借助自然通風(fēng)的排煙模式受到限制”“可開啟外窗設(shè)置不合理、不規(guī)范”“公共面積不足，須增設(shè)獨(dú)立短廊”等問題，需要采用“共用前室與消防電梯前室相套”等優(yōu)化辦法。[2]一般處于高層建筑中央部位的“核心筒”框架由電梯井道、樓梯、通風(fēng)井以及設(shè)備間等構(gòu)成，其具有束筒空腹與實(shí)腹鋼筋混凝土剪力墻等結(jié)構(gòu)形式?！昂诵耐病弊鳛楦邔咏ㄖ男呐K和主動(dòng)脈，不僅連接建筑內(nèi)外，還構(gòu)成高層建筑的結(jié)構(gòu)支撐和安全保護(hù)部分。其中，電梯、樓道等作為人員、物資流通的核心通道，科學(xué)、安全、合理的設(shè)計(jì)極為重要。

二、影響高層住宅消防安全的主要因素

高層住宅樓棟“核心筒”有助于改善建筑受力結(jié)構(gòu)，增大利用空間，建筑成本經(jīng)濟(jì)性高，同時(shí)具有抗震安全性，并有效提高采光面積和樓內(nèi)交通的便利性。關(guān)于高層建筑“核心筒”設(shè)計(jì)要點(diǎn)，業(yè)界認(rèn)為“核心筒”設(shè)計(jì)的重中之重是安全疏散系統(tǒng)設(shè)計(jì)，要合理劃分防火分區(qū)，發(fā)生火災(zāi)時(shí)可將火勢(shì)控制在一定范圍。[3]基于此，對(duì)“核心筒”的設(shè)計(jì)必須考慮多方面相關(guān)因素。

（一）疏散出口和時(shí)間

高層建筑疏散通道寬窄、位置、路線、標(biāo)識(shí)和應(yīng)急照明等都會(huì)影響疏散時(shí)間，需要全面考慮。我國(guó)高層建筑“核心筒”的配套設(shè)置主要有安全疏散口、電梯、公共樓道等。關(guān)于火災(zāi)逃生出口數(shù)量及出口門設(shè)計(jì)，業(yè)界認(rèn)為出口之間要留有適當(dāng)?shù)南腊踩ǖ?、消防車出入口，出口處?yīng)設(shè)置明顯的滅火及逃生標(biāo)志標(biāo)識(shí)，說明疏散通道、消防救援通道的位置，標(biāo)明出口名稱、疏散方向。多向逃生出口應(yīng)保證人員能夠順利撤離至安全區(qū)域，由具有自動(dòng)滅火功能的消防救援系統(tǒng)實(shí)施消防救援。[4]安全疏散的目的是確保人員人身安全受到火災(zāi)威脅之前，疏散到安全區(qū)域。高層住宅由于人員復(fù)雜、樓梯封閉、煙囪效應(yīng)等原因，發(fā)生火災(zāi)時(shí)實(shí)際的疏散時(shí)間會(huì)超過理想的疏散時(shí)間?！督ㄖO(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50016）對(duì)劇場(chǎng)、電影院、禮堂等建筑場(chǎng)所的疏散路徑和時(shí)間都有明確規(guī)定，要求人員從一、二級(jí)耐火等級(jí)建筑空間疏散時(shí)間不得大于2min。根據(jù)基層工作經(jīng)驗(yàn)，高層建筑耐火等級(jí)一般設(shè)計(jì)為一、二級(jí)，發(fā)生火災(zāi)后蔓延速度較慢，高層住宅疏散時(shí)間建議按1.5min-2min考慮。如果疏散通道設(shè)計(jì)不合理或者被占用、堵塞等，都會(huì)帶來極大安全逃生隱患。

（二）疏散路徑和距離

疏散路徑的安排要按照人員疏散時(shí)風(fēng)險(xiǎn)逐級(jí)遞減的原則進(jìn)行。首先從“危險(xiǎn)區(qū)域”到“次危險(xiǎn)區(qū)域”，再到“相對(duì)安全區(qū)域”和“室外安全區(qū)域”。在疏散過程中，不得因暫時(shí)感覺安全再次返回較高等級(jí)的危險(xiǎn)區(qū)域，尤其對(duì)于疏散走道要經(jīng)過房間才能進(jìn)入另一個(gè)安全出口，應(yīng)予禁止。就疏散安全距離而言，無(wú)論是房間內(nèi)最遠(yuǎn)點(diǎn)到疏散門，還是從房間疏散門到樓梯間等外部出口，都存在危險(xiǎn)區(qū)域和次危險(xiǎn)區(qū)域。高層建筑的電梯前室要設(shè)置消防疏散通道、安全逃生出口、避難層以及向外通風(fēng)的窗戶等?！昂诵耐病迸c電梯的設(shè)計(jì)布局和功能是高層住宅建筑設(shè)計(jì)的重中之重。

（三）消防設(shè)施和救援

高層建筑救援是世界性的消防難題，給消防人員和設(shè)備帶來巨大考驗(yàn)。消防部門配備的舉高車作為有效的外攻手段，必須有50米-100米以上的舉高。然而，全國(guó)目前舉升高度超過100米的登高消防車僅有30余輛，均集中在北京、上海等大型城市，而且這類登高消防車均為進(jìn)口產(chǎn)品，價(jià)格昂貴，對(duì)城市道路、建筑物周邊環(huán)境和操控人員的熟練程度依賴性很大。因此，高層建筑的安全疏散主要還是依靠建筑本身的設(shè)計(jì)來解決。高層住宅“核心筒”作為建筑的心臟和脊柱，其建筑設(shè)計(jì)不僅關(guān)乎人員、物資運(yùn)輸?shù)母咝?、舒適性，還要關(guān)注空間集約性和結(jié)構(gòu)合理性以及建造成本和消防安全等基本需要。要充分保障建筑消防施工質(zhì)量，加強(qiáng)設(shè)計(jì)審核、施工監(jiān)督和質(zhì)量監(jiān)測(cè)。高層建筑必須配備合理、充足的消防設(shè)備，杜絕設(shè)備老化過期、損壞被盜、規(guī)格不符等問題。消防栓、消防帶、消防斧以及供水設(shè)備等應(yīng)經(jīng)常檢查維護(hù)，避免出現(xiàn)各種隱患。

三、高層住宅“核心筒”設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題

雖然“核心筒”形狀根據(jù)樓棟整體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以設(shè)計(jì)成矩形、圓形、三角形和梭形等，但其使用功能和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是一致的。我國(guó)住宅建筑多采用矩形平面式“核心筒”，具有空間利用充分、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、使用便捷等特點(diǎn)。在“核心筒”施工中，因工程整體較為復(fù)雜，施工難點(diǎn)較多，一旦某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，極易發(fā)生安全事故，威脅施工人員生命財(cái)產(chǎn)安全。作為一項(xiàng)復(fù)雜性、系統(tǒng)性工程，“核心筒”施工過程復(fù)雜，建設(shè)周期長(zhǎng)，設(shè)計(jì)施工方法、工藝多，施工安全風(fēng)險(xiǎn)因素種類繁多，[5]如環(huán)境、管理與技術(shù)等方面都存在設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。

（一）垂直電梯與前室設(shè)計(jì)

一般“核心筒”的兩側(cè)是樓梯間和電梯組群，高層建筑的電梯設(shè)計(jì)要充分考慮運(yùn)載能力、速度和效率等。根據(jù)實(shí)際情況，電梯的樓層平面布局一般有一側(cè)、兩側(cè)、十字等多種組合形式，而“核心筒”也和電梯構(gòu)成相應(yīng)的位置組合關(guān)系，同時(shí)還要考慮電梯前室的布局設(shè)計(jì)。當(dāng)前，在設(shè)計(jì)建筑物時(shí)，設(shè)計(jì)者通常忽略了合用前室的設(shè)計(jì)功能，導(dǎo)致在實(shí)際使用過程中，為了擴(kuò)大建筑物面積，只能將消防梯和客梯合并使用，從而使合用前室的功能發(fā)生了變化。在合用前室安裝疏散門、窗、洞口等，防火門無(wú)法自行關(guān)閉。如果發(fā)生火災(zāi)事故，防火門無(wú)法對(duì)煙霧進(jìn)行隔離。[6]

高層建筑電梯前室承擔(dān)著較大的消防安全職能，火災(zāi)時(shí)需要能有效阻斷火災(zāi)蔓延。兩個(gè)防煙樓梯的前室和消防電梯前室分開設(shè)置，通過兩扇防火門相連，規(guī)避“三合一”前室的短邊設(shè)計(jì)（如圖1）?！叭弦弧鼻笆乙ＷC一個(gè)戰(zhàn)斗班的消防員和裝備進(jìn)入，要求前室的短邊不得小于2.4米。新版《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》對(duì)消防電梯前室要求和“三合一”前室一致，該設(shè)計(jì)方案設(shè)置了三個(gè)前室，分別設(shè)置滿足條件的防煙設(shè)施，可以有效防止煙氣進(jìn)入樓梯間。在該方案中，消防電梯前室作為疏散通道，住宅戶門直接開向消防電梯前室，對(duì)消防隊(duì)員滅火會(huì)有一定影響。因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免，謹(jǐn)慎實(shí)施。

兩個(gè)防煙樓梯的前室和消防電梯前室分設(shè)，通過兩個(gè)短走道相連，規(guī)避開向前室的戶門（如圖2）。每個(gè)短走道有兩個(gè)安全出口，但其中一個(gè)安全出口的疏散路徑為危險(xiǎn)區(qū)域→次危險(xiǎn)區(qū)域→相對(duì)安全區(qū)域→次危險(xiǎn)區(qū)域，從消防電梯前室通過短走道進(jìn)入防煙樓梯前室，兩個(gè)安全出口距離一般不足5米，進(jìn)入前室的門相對(duì)住宅來說方向錯(cuò)誤，不可行。

（二）平行交通的連廊設(shè)計(jì)

住宅的連廊通常存在走道連廊和前室連廊兩種情況，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)不同，要求的防火間距也不一樣。連廊作為疏散走道，屬于次危險(xiǎn)區(qū)域，規(guī)范對(duì)于疏散走道的門窗洞口無(wú)嚴(yán)格要求。連廊僅作為疏散走道，屬于次危險(xiǎn)區(qū)域，規(guī)范對(duì)于疏散走道并無(wú)明確要求，但應(yīng)考慮一定的安全間距，間距大于2米應(yīng)滿足要求。連廊作為前室通往樓梯間的一部分，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)和前室相當(dāng)，視為相對(duì)安全區(qū)域。若連廊設(shè)計(jì)為全開敞式，類似于陽(yáng)臺(tái)和凹廊，防煙效果好，一般認(rèn)為可行，但須考慮和建筑物外墻的安全間距；若連廊設(shè)計(jì)為兩個(gè)前室的連接，雖然連廊為開敞式，但疏散路徑變?yōu)槲ｋU(xiǎn)區(qū)域→相對(duì)安全區(qū)域→次危險(xiǎn)區(qū)域（如圖3），應(yīng)不可行。

（三）開向前室的戶門設(shè)計(jì)

一般高層建筑將剪刀梯樓梯間及電梯井筒兩個(gè)通道結(jié)合在一起，縮短人員進(jìn)出“核心筒”的距離，節(jié)約建造成本。高層建筑的樓梯間是火災(zāi)時(shí)人員在建筑內(nèi)豎向疏散的唯一通道，應(yīng)重視開向前室的戶門設(shè)計(jì)。對(duì)于建筑高度小于54米的建筑，大部分的消防救援力量可以到達(dá)，住宅通過走道疏散，僅設(shè)置一個(gè)安全出口即可滿足要求；對(duì)于大于54米的住宅建筑來說，設(shè)在走道的戶門在疏散方向的選擇上只有一個(gè)方向，不滿足設(shè)置兩個(gè)安全出口的要求，應(yīng)不可行。直接開向樓梯間的戶門必須具有符合要求的乙級(jí)防火門，尤其是高層建筑要盡量避免戶門直接開向樓梯間的前室。目前來看，也有通過設(shè)置疏散走道（如圖4）以避免和減少向前室的戶門數(shù)量。

（四）疏散通道凈寬設(shè)計(jì)

關(guān)于如何計(jì)算合理的疏散寬度，業(yè)界認(rèn)為“關(guān)鍵是確定使用人數(shù)和疏散距離，通常每人需要約0.6平方米的疏散面積。場(chǎng)地面積需準(zhǔn)確估算，否則影響疏散寬度確定?！?[7]疏散寬度是按人流寬度來計(jì)算的，單股人流的寬度為0.55米，住宅建筑按不少于兩股人流計(jì)算，疏散寬度應(yīng)不小于1.1米。疏散走道寬度是扣除裝修面層、門框、突出柱等相關(guān)因素后的凈寬度?！督ㄖO(shè)計(jì)防火規(guī)范》沒有關(guān)于門開啟影響疏散走道凈寬度的規(guī)定。一些設(shè)計(jì)者認(rèn)為住宅建筑人流較小，住宅的戶門開啟后雖然會(huì)影響疏散走道的凈寬度，但實(shí)際并不影響疏散，《民用建筑設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB50352明確規(guī)定開向疏散走道及樓梯間的門扇開足后，不應(yīng)影響走道及樓梯平臺(tái)的疏散寬度。住宅的戶門打開后對(duì)人流的通行會(huì)造成一定影響，緊急情況下，影響會(huì)更大。對(duì)于公寓式住宅來說，疏散人員更多，更應(yīng)確保戶門開啟后疏散走道的凈寬度滿足要求或者戶門設(shè)置為向內(nèi)開啟。

結(jié)語(yǔ)

總之，當(dāng)前高層建筑不僅是一個(gè)城市綜合實(shí)力的體現(xiàn)，也是建筑科技和工程管理能力提升的結(jié)果。新型的建筑材料、樓宇結(jié)構(gòu)體系、設(shè)計(jì)施工方案和消防審查驗(yàn)收等方面的快速發(fā)展，也給相關(guān)行業(yè)管理提出了更高要求。目前業(yè)界比較重視高層、超高層建筑設(shè)計(jì)的審查工作，認(rèn)為“在舊規(guī)、新規(guī)以及新通知的共同實(shí)行期間，消防審查部門應(yīng)切實(shí)做好超高層建筑的專項(xiàng)消防設(shè)計(jì)審查工作。聚焦建筑布局防火設(shè)計(jì)是否具有安全性、實(shí)用性和有效性”。[8]近幾年來，針對(duì)“核心筒”方案的設(shè)計(jì)爭(zhēng)議較大，說明了廣大設(shè)計(jì)人員對(duì)“核心筒”方案設(shè)計(jì)的重視。方案設(shè)計(jì)關(guān)乎安全通行，設(shè)計(jì)人員應(yīng)綜合考慮疏散路徑并結(jié)合當(dāng)?shù)叵谰仍α?，避免因設(shè)計(jì)不合理而引起人員傷亡。注重高層建筑消防安全設(shè)計(jì)，嚴(yán)格執(zhí)行消防標(biāo)準(zhǔn)和管控措施，加強(qiáng)監(jiān)管和審查，從源頭消除消防安全隱患。

參考文獻(xiàn)

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