中原福塔廣播電視發(fā)射機(jī)房消防性能化設(shè)計(jì)分析

黃永濤（河南省廣播電視發(fā)射臺(tái)，鄭州　450002）

中原福塔廣播電視發(fā)射機(jī)房消防性能化設(shè)計(jì)分析

黃永濤
（河南省廣播電視發(fā)射臺(tái)，鄭州450002）

位于中原福塔塔樓的河南省廣播電視發(fā)射臺(tái)廣播電視發(fā)射機(jī)房，設(shè)備多，位置高，中原福塔超高層建筑，一旦發(fā)生火災(zāi)事故人員疏散及滅火救援困難，所以本工程按其高度和重要性質(zhì)屬一類超高構(gòu)筑物，耐火等級(jí)為一級(jí)。高層建筑結(jié)構(gòu)的復(fù)雜、功能多元化都是消防工作的難題。本文首先介紹了中原福塔作為世界級(jí)較高全鋼結(jié)構(gòu)塔在施工中消防方面的一些創(chuàng)新舉措，研究了目前高層建筑在消防方面的一些共性的難題，并嘗試構(gòu)建以預(yù)防為目的的消防防范體系。

無(wú)線發(fā)射；全鋼結(jié)構(gòu)；高層救援；氣體滅火

0　引言

中原福塔是一座以發(fā)射廣播電視信號(hào)為主，同時(shí)具有旅游觀光、展覽、餐飲、娛樂(lè)、休閑等綜合服務(wù)功能為一體的多功能鋼結(jié)構(gòu)電視塔，河南省廣播電視發(fā)射臺(tái)廣播電視發(fā)射機(jī)房于2011年1月1日搬遷至中原福塔，開始發(fā)射廣播電視節(jié)目，無(wú)線覆蓋鄭州市及周邊中原城市群，由于機(jī)房設(shè)備多，有30多部大功率發(fā)射機(jī)及其配套設(shè)備和信號(hào)源系統(tǒng)、調(diào)頻監(jiān)控系統(tǒng)、電視監(jiān)控系統(tǒng)等；位置高，屬于超高層建筑，人員疏散及滅火救援困難，所以本工程按其高度和重要性質(zhì)屬一類超高構(gòu)筑物，耐火等級(jí)為一級(jí)。

1　設(shè)計(jì)思路及問(wèn)題解決方法

本項(xiàng)目消防設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想首先是通過(guò)嚴(yán)格的管理將火災(zāi)發(fā)生的可能性降低到最低水平；其次，萬(wàn)一發(fā)生火災(zāi)，應(yīng)能將火災(zāi)限制在起火局部區(qū)域或起火建筑內(nèi)，不使其蔓延到其它建筑。火災(zāi)的發(fā)生、發(fā)展具有一定的規(guī)律性，它兼有確定性和隨機(jī)性的雙重規(guī)律性。但在工程分析中，通常只能從確定性的一面出發(fā)進(jìn)行定量的分析。火災(zāi)蔓延受到多種不確定因素的影響，如：可燃材料和可燃物本身對(duì)火的反應(yīng)特征、可燃物分布情況、滅火救援情況等。性能化設(shè)計(jì)與分析往往只能針對(duì)典型可燃物及布置形式下，進(jìn)行火災(zāi)及煙氣的蔓延和擴(kuò)散情形分析。

1.1本工程的工程技術(shù)特征有如下四點(diǎn)

（1）主體結(jié)構(gòu)分為鋼砼結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)兩種類型，耐火性能差別很大。特別對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)，自身防火性能差，須有完善的消防對(duì)策。

（2）高度超高，塔樓高度在215.75m 以上；疏散通道為筒狀體，給人員疏散和消防工作帶來(lái)諸多問(wèn)題。

（3）使用功能特殊，發(fā)射機(jī)房?jī)?nèi)有大量的電器設(shè)備，不能使用常規(guī)的救火方法。

（4）防火材料以輕質(zhì)材料為主。由于建筑高度較大，若防火材料采用傳統(tǒng)的磚或砼材料則自重太大，結(jié)構(gòu)造價(jià)將大大增加，所以只能采用輕質(zhì)防火材料。

電視塔建筑屬于人員密集的公共設(shè)施，一旦發(fā)生火災(zāi)就可能造成極大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，因此，對(duì)電視塔的耐火性能進(jìn)行基于性能的量化分析和計(jì)算機(jī)模擬仿真具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和研究?jī)r(jià)值。

1.2現(xiàn)有規(guī)范不足與性能化防火分析

保證建筑物的安全與完整是在建筑設(shè)計(jì)中的基本內(nèi)容，火災(zāi)是破壞建筑結(jié)構(gòu)安全的一種重要原因。建筑物在遭受火災(zāi)時(shí)，在高溫作用下，建筑構(gòu)件的材料性能和內(nèi)部應(yīng)力狀況發(fā)生變化，力學(xué)性能迅速惡化，乃至失去支撐能力、隔斷能力或隔熱能力，造成結(jié)構(gòu)的破壞甚至整體的倒塌。這樣的事例在國(guó)內(nèi)外數(shù)不勝數(shù)，建筑物發(fā)生倒塌的原因都是因?yàn)榫植繕?gòu)件在高溫下失去承載能力而引起建筑物整體坍塌，由于鋼結(jié)構(gòu)屋頂空間工作的條件，在屋架之間聯(lián)結(jié)了很多的支撐桿件，隨著局部的破壞造成整體失去穩(wěn)定，因而也就決定了鋼結(jié)構(gòu)屋頂?shù)钠茐氖钦w的，或者是較大部分的。這些事件已經(jīng)引起了國(guó)內(nèi)外防火安全領(lǐng)域的專家學(xué)者們的高度重視，有關(guān)火災(zāi)狀況下的建筑物倒塌破壞方面的研究也成為一個(gè)熱門的研究課題。

電視塔建筑屬于人員密集的公共設(shè)施，一旦發(fā)生火災(zāi)就可能造成極大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，因此，對(duì)電視塔的耐火性能進(jìn)行基于性能的量化分析和計(jì)算機(jī)模擬仿真具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和研究?jī)r(jià)值。在火災(zāi)情況下，由于鋼結(jié)構(gòu)的耐火性能差，在高溫作用下，很快出現(xiàn)塑性變形，溫度在450～500℃時(shí)，承載能力便大大減弱。溫度再高，鋼材變軟，變形顯著，屋架翹曲，屋頂隨著就會(huì)塌落，經(jīng)過(guò)的時(shí)間很短，一般在10～20min左右。由于鋼結(jié)構(gòu)屋頂空間工作的條件，在屋架之間聯(lián)結(jié)了很多的支撐桿件，隨著局部的破壞造成整體失去穩(wěn)定，因而也就決定了鋼結(jié)構(gòu)屋頂?shù)钠茐氖钦w的，或者是較大部分的。

2　火災(zāi)場(chǎng)景與人員安全疏散場(chǎng)景設(shè)置分析

由于機(jī)房位于電視塔塔樓部分，屬于超高層建筑，人員疏散及滅火救援困難，是當(dāng)今超高層建筑的世界性難題。在遵循技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)合理性的原則上，本項(xiàng)目在圍繞超高層防火困難的基礎(chǔ)，通過(guò)消防性能化設(shè)計(jì)分析，在本項(xiàng)目中如何提高人員疏散，如何提高鋼結(jié)構(gòu)耐火極限和怎樣有效的預(yù)防火災(zāi)發(fā)生。

2.1其主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下

（1）根據(jù)此建筑的實(shí)際情況，設(shè)置剪刀樓梯，把觀光電梯全部按照消防電梯設(shè)計(jì)，此舉開創(chuàng)了省內(nèi)高層建筑人員逃生的先例，革新了以往人員疏散逃生的單一模式。

（2）在此消防系統(tǒng)中首先開創(chuàng)了由傳輸水泵直接把消防水抽到塔樓238米的水箱中，此例在全國(guó)高層建筑中實(shí)屬首例，革新了以往經(jīng)過(guò)幾級(jí)中途轉(zhuǎn)輸?shù)牟焕蛩兀冉?jīng)濟(jì)又實(shí)用。

2.2人員安全疏散場(chǎng)景設(shè)置分析

發(fā)射機(jī)房的人員安全疏散結(jié)合塔樓的疏散方案實(shí)施的，電視塔的塔樓呈五瓣臘梅花開狀，由片狀金屬和高強(qiáng)玻璃構(gòu)件玻璃幕墻作外型處理，造型剔透曲美。整個(gè)塔樓分為10層和11層戶外觀光層，是高空旅游觀光的主要場(chǎng)所。塔樓通透幕墻為中空夾膠鋼化玻璃幕墻，部分點(diǎn)式封閉幕墻為鈦合金或彩色不銹鋼板表面保溫層夾芯幕墻。幕墻內(nèi)樓板外沿設(shè)置耐火極限不低于1.0h、高度0.9m的不燃燒實(shí)體裙墻，承托板與主體結(jié)構(gòu)、幕墻結(jié)構(gòu)及承托板間縫隙填充防火密封材料，各層每層為一個(gè)防火分區(qū)。

塔樓最大設(shè)計(jì)疏散人數(shù)為600人，其中塔樓八層100人，塔樓九層150人，塔樓十層（旋轉(zhuǎn)餐廳）：150人，塔樓十一層（觀光平臺(tái)平面）200人。

2.3塔樓部分主要區(qū)域分析

四層：為避難層，面積為424m2。其火災(zāi)荷載密度低，人員荷載密度較大。該層應(yīng)避免受到火災(zāi)煙氣的影響。

十層：旋轉(zhuǎn)餐廳，面積為559m2，共設(shè)有120座固定座位。下層火災(zāi)時(shí)的火災(zāi)氣上升快，可能對(duì)上部空間人員造成不利的影響。

十一層：為露天觀光平臺(tái)，面積達(dá)1124m2，一般該區(qū)域不設(shè)置固定座椅，火災(zāi)荷載密度低（一般設(shè)定為80MJ/m2），人員荷載密度大，且該區(qū)域?yàn)榫嚯x地面最高最遠(yuǎn)區(qū)域，因此該區(qū)域人員處在最不利疏散位置。

3　滅火系統(tǒng)設(shè)置

3.1氣體滅火系統(tǒng)

廣播電視發(fā)射機(jī)房?jī)?nèi)有大量大型的的電器設(shè)備，如發(fā)射機(jī)、配電柜等，所以專設(shè)置了煙烙盡氣體滅火系統(tǒng)，設(shè)鋼瓶間貯存滅火劑。塔樓分為三個(gè)防護(hù)區(qū)，防護(hù)區(qū)面積小于500m2，容積小于2000m3，設(shè)計(jì)最小濃度37.5%，防護(hù)區(qū)環(huán)境設(shè)計(jì)溫度21℃，噴射時(shí)間不超過(guò)80s。系統(tǒng)設(shè)三種控制方式：自動(dòng)控制、手動(dòng)控制和機(jī)械應(yīng)急操作。

3.2其他滅火設(shè)備

發(fā)射機(jī)房所在的塔樓部分均按嚴(yán)重危險(xiǎn)級(jí)配置滅火器，每具滅火器最小配置級(jí)別3A，采用磷酸銨鹽手提式滅火器。塔樓頂部設(shè)置40m3消防水箱，滿足火災(zāi)初期10分鐘滅火用水量，塔樓3層238m處設(shè)消防轉(zhuǎn)輸水箱50m3。

3.3防、排煙系統(tǒng)

塔座防煙樓梯間采用機(jī)械加壓送風(fēng)系統(tǒng)，送風(fēng)機(jī)設(shè)于裙房或電梯機(jī)房頂層屋面，送風(fēng)機(jī)風(fēng)量均為24700m3/h。樓梯間內(nèi)隔層設(shè)置自垂式正壓送風(fēng)口，火災(zāi)時(shí)，消防控制中心通過(guò)煙感器報(bào)警，隨之正壓送風(fēng)機(jī)啟動(dòng)。

塔座消防電梯合用前室均設(shè)機(jī)械加壓送風(fēng)系統(tǒng)，送風(fēng)機(jī)設(shè)于裙房或電梯機(jī)房頂層屋面，送風(fēng)機(jī)風(fēng)量均為16000m3/h。每層合用前室均設(shè)置常閉型電動(dòng)遠(yuǎn)控正壓風(fēng)口，送風(fēng)機(jī)及電動(dòng)風(fēng)口均由消防控制室控制，著火時(shí)，著火層及其上下層正壓風(fēng)口打開，同時(shí)風(fēng)機(jī)運(yùn)行。

空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)防火措施：風(fēng)管穿越防火分區(qū)處，穿越通風(fēng)、空調(diào)機(jī)房及重要的或火災(zāi)危險(xiǎn)性大的房間隔墻和樓板處，垂直風(fēng)管與每層水平風(fēng)管交接處的水平管段上，穿越變形縫的兩側(cè)均應(yīng)設(shè)70℃防火閥，風(fēng)管采用不燃型無(wú)機(jī)氯氧鎂風(fēng)管。發(fā)生火災(zāi)時(shí)，通過(guò)聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)關(guān)閉所有非消防用風(fēng)機(jī)。

4　性能化設(shè)計(jì)分析結(jié)論

由于廣播電視發(fā)射機(jī)房所在的塔樓區(qū)域距離地面垂直高度大，達(dá)到218-260m，建筑內(nèi)全部人員靠自力疏散至室外所需疏散時(shí)間較長(zhǎng)，達(dá)到約68min，故在塔樓設(shè)置避難層是必要的，應(yīng)采取可靠措施保證避難層和疏散路徑的安全；當(dāng)采取一定的措施情況下，可利用消防電梯對(duì)避難層人員進(jìn)行疏散；并應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)疏散路徑的應(yīng)急照明和燈光疏散指示連續(xù)供電時(shí)間。

完美的設(shè)計(jì)加上優(yōu)質(zhì)的維護(hù)，使得中原福塔廣播電視發(fā)射機(jī)房消防系統(tǒng)有力的保障了機(jī)房日常播出工作的正常運(yùn)行。

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10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.10.186