高層建筑防火設計的幾點探討

王延尚 仇劍峰

（1、青島市公安消防支隊，山東 青島 2660712、青島興和市政工程材料有限公司，山東 青島 266432）

1 保證建筑主體結構有足夠的耐火穩定性

目前國內外高樓多依賴鋼結構,雖然它的整體性和穩定性都很好,但耐火性能很差。鋼材的抗拉和承重等性能均會因溫度的升高而急劇下降,通常在攝氏450～650度就會失去承載能力,發生變形,鋼柱、鋼梁彎曲,不能繼續使用。一般情況下,不加保護的鋼結構耐火極限只有15分鐘。因此,建筑界和消防界在解決這個問題方面仍任重道遠。

1.1 耐火等級和材料選擇。中國按建筑常用結構類型的耐火能力劃分為四個耐火等級 (高層建筑必須為一或二級)。建筑的耐火能力取決于構件的耐火極限和燃燒性能,在不同耐火等級中對二者分別作了規定。構件的耐火極限主要是指構件從受火的作用起,到被破壞(如失去支承能力等)為止的這段時間(按小時計)。構件的材料依燃燒性能的不同有燃燒體(如木材等)、難燃燒體(如瀝青混凝土、刨花板)和非燃燒體(如磚、石、金屬等)之分。

1.2 建筑物應根據其耐火等級來選定構件材料和構造方式。如一級耐火等級的承重墻、柱須為耐火極限3小時的非燃燒體(如用磚或混凝土作成180毫米厚的墻或300×300毫米的柱),梁須為耐火極限2小時的非燃燒體,其鋼筋保護層須厚30毫米以上。設計時須保證主體結構的耐火穩定性,以贏得足夠的疏散時間,并使建筑物在火災過后易于修復。隔墻和吊頂等應具有必要的耐火性能,內部裝修和家具陳設應力求使用不燃或難燃材料,如采用經過防火處理的吊頂材料和地毯、窗簾等,以減少火災發生和控制火勢蔓延。

2 做好防火分隔與安全通道設計

高層建筑中,因有毒煙氣窒息死亡的人員占死亡人數的70%左右,煙氣是火災中的隱形殺手。所以,要充分考慮在建筑內設置防排煙系統的重要性。煙氣的水平流動速度為0.3、0.8m/s,垂直方向擴散速度為3.4m/s,當煙氣無阻攔時,只需1min左右就可以擴散到幾十層高的大樓。煙氣的流動速度大大超過了人的疏散速度。樓梯間、電梯井及各種豎向管井是高層建筑火災垂直方向蔓延的重要途徑,易形成“煙囪效應”。而樓梯間及其前室或合用前室是火災時人員臨時避難、疏散的場所,消防電梯間及其前室是消防隊員進入高層建筑滅火的主要通道。為了阻止煙氣進入這些部位或排出這些部位的煙氣,保證人員安全疏散和撲救。因此,超高層建筑在上述部位設置機械加壓送風系統,能夠達到疏散和撲救通道上無煙的目的,從投資方面又低于機械排煙系統,是可行的。

2.1 防火間距:為防止火勢通過輻射熱等方式蔓延,建筑物之間應保持一定間距。一、二級耐火等級民用建筑物之間的防火間距不得小于6米,它們同三、四級耐火等級民用建筑物的防火距離分別為7米和9米。高層建筑因火災時疏散困難,云梯車需要較大工作半徑,所以高層主體同一、二級耐火等級建筑物的防火距離不得小于13米,同三、四級耐火等級建筑物的防火距離不得小于15和18米。廠房內易燃物較多,防火間距應加大,如一、二級耐火等級廠房之間或它們和民用建筑物之間的防火距離不得小于10米,三、四級耐火等級廠房和其他建筑物的防火距離不得小于12和14米。生產或貯存易燃易爆物品的廠房或庫房,應遠離建筑物。

2.2 防火分區:建筑中為阻止煙火蔓延必須進行防火分區,即采用防火墻等把建筑劃為若干區域。一、二級耐火等級建筑長度超過150米要設防火墻,分區的最大允許面積為2500米;三、四級耐火等級建筑的上述指標分別為100米、1200米和60米、600米。一、二級防火等級的高層建筑防火分區面積限制在1000米或1500米內,地下室則控制在500米內。防火墻應為耐火極限4小時的非燃燒體,上面如有洞口應裝設甲級防火門窗,各種管道均不宜穿過防火墻。不能設防火墻的可設防火卷簾,用水幕保護。

2.3 安全疏散通道出口:為減少火災傷亡,建筑設計要考慮安全疏散。公共建筑的安全出口一般不能少于兩個,影劇院、體育館等觀眾密集的場所,要經過計算設置更多的出口。樓層的安全出口為樓梯,開敞的樓梯間易導致煙火蔓延,妨礙疏散,封閉的樓梯間能阻擋煙氣,利于疏散。防煙樓梯間因設有前室,更有利于疏散。高層建筑須設封閉的或防煙的樓梯間,樓梯間應布置成有兩個疏散方向。超高層建筑應增設暫時安全區或避難層,還可設屋頂直升飛機場,從空中疏散。疏散通路上應設緊急照明、疏散方向指示燈和安全出口燈。

3 強化報警系統和滅火裝置

設置自動報警裝置和自動滅火裝置。前者的探測器有感溫、感煙和感光等多種類型;后者主要為自動噴水設備,不宜用水滅火的部位可采用二氧化碳、干粉或鹵化烷等自動滅火設備。設有自動報警裝置和自動滅火裝置的建筑應設消防控制中心,對報警、疏散、滅火、排煙及防火門窗、消防電梯、緊急照明等進行控制和指揮。考慮到高層建筑以自防自救為主,室內消防用水量比室外的要大些,室內消火栓用水量為40l/s(住宅樓為30l/s),即消火栓用水量70l/s(住宅樓為50l/s),是規范規定的建筑物消防用水的上限值。一般情況下,超高層建筑具備兩種及兩種以上使用功能。因此,其火災延續時間為3.00h(住宅樓為2.00h),考慮到市政給水狀況,由此可確定是否設置室外消防水池及其容量。

3.1 室內消火栓的設置范圍:(1)高層建筑的主體及裙房內;(2)消防電梯前室或與防煙樓梯間的合用前室內,方便消防隊員盡快利用消火栓向火災發起進攻和開辟通道;(3)避難層內設置用于人員自救保護;(4)屋頂或直升飛機停機坪處,用于檢查消火栓壓力和防止火災蔓延至頂層及保護人員的作用;(5)室內消火栓箱內應設消防卷盤,用于非消防專業人員撲救初起火災。

3.2 室內消火栓設置的技術要求:(1)消火栓充實水柱需經水力計算,且不小于13m,以避免濃煙高熱對滅火工作的影響,又能保證消防隊員正常使用;(2)消火栓間距在高層內不大于30m,在裙房內不大于50m,保證兩股充實水柱同時到達同層內任何部位;(3)采用分區給水系統,有串聯供水和并聯供水兩種方式,當消火栓栓口處的出水壓力大于0.5Mpa時,應設減壓裝置;(4)屋頂水箱。為了保證初起火災時消防用水量和消防水壓的要求,超高層建筑屋頂水箱設置高度應滿足最不利點消火栓靜水壓力0.15Mpa。不能滿足時,應設氣壓水罐或穩壓泵等增壓設施。如是并聯給水方式,其分區消防水箱的容量應與高位消防水箱的容量相同,發生火災時,消防水泵供給的消防用水應進入高位水箱,而串聯給水方式中是允許的;(5)水泵接合器。在消防車供水壓力范圍內的各個分區均需分別設置水泵接合器。也就是說,根據現有或將有的消防車供水能力,確定各個分區是否應設水泵接合器;(6)消防管網采取防超壓措施。常用的方法是采用流量-揚程曲線平緩的消防水泵,設置安全閥、泄水閥門等,避免超高壓造成給水系統的破壞。

[1]GB 50045-1995.高層民用建筑設計防火規范，2005.