防火構造設計在超高層建筑中的應用

賈庫??

【摘要】隨著科學技術和世界經濟的迅猛發展，超高層建筑的出現已逐漸成為普遍，這些巨人在防火構造設計方面是一個復雜的系統工程，因此，超高層建筑防火設計顯得越來越重要。為了預防建筑火災，人們研究制定了多種防治對策，其中搞好防火構造設計是防止火災發生、減少火災損失的關鍵環節。

【關鍵詞】超高層；建筑；防火設計

Application of Fireproof Structure Design in Super High - rise Buildings

Jia Ku

（Zhejiang Hengxin Architectural Design Co.， Ltd. Xi'an BranchXi'anShanxi710000）

【Abstract】With the rapid development of science and technology and the world economy， the emergence of super high-rise buildings has gradually become common， these giants in the fire structure design is a complex system engineering， therefore， ultra-high-rise building fire design is becoming more and more important. In order to prevent building fires， people have developed a variety of prevention and control measures， which do a good job of fire structure design is to prevent the occurrence of fire， reduce the key to the loss of fire.

【Key words】High-rise building；Fire protection design

超高層建筑的設計是一個復雜的系統工程，尤其是防火構造設計在超高層建筑建設中有著舉足輕重的地位，從事建筑行業的相關人員都應對建筑設計的防火規范有充分的認識，本文從超高層火災的危害性對防火構造設計進行了研究探討。

1. 超高層建筑火災的危害性

（1）火勢蔓延快。

高建筑物的排氣道、電纜井、樓梯間等豎向井道中，若忽略防火分隔，或方法處理不當，產生火災時，災情短時間內會迅速擴大。據測定，火災剛發生時，因空氣對流在水平方向造成的煙氣擴散速度為0.3m/s，火勢猛烈后，由于高溫狀態下的熱對流而造成的水平方向煙氣擴散速度為0.5～0.8m/s，煙氣沿樓梯間或其他豎向管井擴散速度為3～4m/s。如一座高度為100m以上的超高層建筑，如無阻擋，只要半分鐘即可將火勢引至頂層，造成嚴重影響。風對超高層建筑火災有較大的影響，測定顯示，當建筑物10m高處的風速為5m/s時，在30m高處為8.7m/s，60m高處為12.3m/s，90m高處為15m/s，100m以上風速更快，由于風速增長，導致火勢的蔓延，因此更加難以控制和撲滅。

（2）疏散困難。

高層建筑的特點：一是層數多，疏散到地面時間長；二是人員較多，不易疏散；三是超高層建筑火勢蔓延極快，增加了疏散困難，甚至威脅到生命安全，火災案例分析表明，在火災中死亡有一半人數以上是被煙熏死的。

（3）撲救難度大。

超高層建筑起火時，受到多種因素的影響，撲救十分困難。例如：熱輻射強、煙霧濃、火勢向上蔓延的速度快，消防隊員難以堵截；消防隊使用的滅火及救護設施高度有限，因此室內消防給水設施是撲救超高層建筑火災的主要設施。當火勢擴大，形成大面積火宅時，室內消防水量不足，需要利用消防車向高樓供水，但消防水帶耐壓能力常常不能適應需要，此外，建筑物如果沒有安裝消防電梯，消防隊員因攀登高樓體力不夠，不能及時達到火層進行撲救，消防器材也不能隨時補充，均會影響撲救。

（4）火險隱患多。

超高層建筑通常功能多元化，易燃物多，若管理不當，發生火災可能性很大。特別是一些面積大、超高層建筑，情況更為復雜，一旦發生火宅，后果不堪設想。

2. 超高層防火疏散設計的措施

超高層建筑在設計時必須結合各類建筑的功能要求，考慮防火安全。設計人員應按照國家及各部門相應規范要求進行防火設計，設計單位應對工程項目的防火設計負責，凡不符合設計防火規范的工程，不能上報審批或交付施工。在設計超高層建筑的防火時，重點應考慮以下幾個方面。（1）總體布局要保證安全暢通。保持與其它各類建筑的防火間距，對廣場、空地和綠化做好合理規劃，保證消防車可以順利接近超高層建筑。（2）合理進行劃分防火區。采取每層做水平的區分（以防火墻劃分）和垂直的分區（以耐火的樓板劃分），將火勢控制在起火單元內加以撲滅，防止向上層和相鄰單元擴散。同時，對各種管道及線路的設計要盡力消除取火及蔓延的可能性。（3）構造設計要使建筑物的基本構件（墻、柱、防火門等）具有足夠的耐火極限，以保證火災時結構的耐火支持能力和分區的隔火能力。（4）安全疏散路線要簡明直接。在靠近防火單元的兩端布置疏散樓梯，控制最遠房間到安全疏散出口的距離，做好疏散樓梯的防火封閉和排煙措施，以保證人員安全迅速地撤離。（5）盡量做到建筑物內部裝修、隔斷、家具的不燃化或難燃化，以減少火照的發生和降低蔓延速度。（6）做好建筑物的室內、外消防給水系統的設計，保證足夠的消防用水量和最不利點的滅火設備所需的水壓。（7）采用先進可靠的自動報警和滅火系統并正確地處理安裝位置及聯動控制功能，控制和智慧報警、滅火、排煙、疏散等。總之，超高層建筑的設計必須嚴格執行國家頒布的設計防火規范，包括各種正在制定，即將公布的有關專業規范。必須從整體考慮，包括各種正在制訂，即將公布的有關專業規范。必須從整體考慮，加強建筑與結構、給排水、暖通、電氣等工種的配合，使防火設計成為一個完整的體系。endprint

3. 防火構造

3.1高層建筑防火設計的有關規定。

在我國《高層建筑防火設計規范》有關內容中規定超高層建筑除執行高層建筑防火設計的有關規定外，對超高層建筑提出了特殊的防火設計要求，如：（1）建筑高度超過100m的高層建筑，其應在電纜井、管道井每層樓板處用相當于樓板耐火極限的不燃燒體作防火分隔；（2）建筑高度超過100m的公共建筑，應設置避難層（間），并應符合有關規定；（3）建筑高度超過100m，且標準層建筑面積超過1000平方米的公共建筑，宜設置屋頂直升機停機坪或供直升機救助的設施，并應符合有關規定；（4）當建筑高度超過100m時，高層建筑最不利點消火栓靜水壓力不應低于0.15MPa。當高位消防水箱不能滿足上述靜壓要求時，應設增壓設施；（5）建筑高度超過100m的高層建筑及其裙房，除游泳池、溜冰場、建筑面積小于5.00m2的衛生間、不設集中空調且戶門為甲級防火門的住宅的戶內用房和不宜用水撲救的部位外，均應設自動噴水滅火系統。

3.2新型防火材料。

3.2.1新型復合輕質材料。

（1）石膏。石膏是一種新的建筑材料，它的優點是：水化快，凝結硬化迅速；強度較低，硬化后孔隙率大、有隔熱保溫以及吸聲的功能；水化硬化后體積有少許膨脹；石膏制品雖然有優良的防火性能；但是耐水性不好。因為石膏優良的防火性能，水幕防止火勢蔓延（絕熱阻燃物是無水硫酸鈣），所以現代的建筑物，尤其是高層建筑物的吊頂和墻體，都使用石膏制品。

（2）新型阻燃劑。ZRY天然纖維阻燃液，具有良好的阻燃性能。它無毒、無味、無色透明、沒有腐蝕性，只要是麻織物、棉織物、刨花板、纖維板、木材、紙張、膠合板和其他植物纖維制品，經過ZRY阻燃處理和整理以后，就會有明顯的阻燃效果，它遇火不會燃燒（只出現局部炭化），可以有效地抑制火焰蔓延，避免發生火災。

（3）金屬板材以及金屬復合板材。金屬復合板俗稱夾心板，其上下兩面都是非常薄金屬板，但是芯材的材料是能夠保溫、高剛度、低強度復合材料。由于它有承載力的一種結構板材，這種材料需要專門的自動化生產線才能進行復合生產，主要有金屬板材、微穿孔吸聲板、金屬復合板材。復合材料的應用之處為鋼結構廠房的外墻、屋頂，潔凈區的頂板和它的隔斷、分隔板材以及冷庫箱體或，還有一個用處就是建筑工地辦公地方材料以及職工的宿舍建材等。

（4）新型防火板。最新的WA2F防火板有耐火、不燃、吸聲、隔熱、密度低、抗腐蝕、防蟲蛀等優點，它是一種新型的防火裝飾板。板材的強度高、板質輕、價格低、安裝方便，是一種優良的不燃性裝飾材料。

3.2.2新型無機輕質防火材料。

（1）礦渣棉和巖棉。巖棉是天然巖石經過高溫熔融制成的，因為它有導熱系數低以及不燃等優點，所以可以做一些防火構件，也能做防火的隔熱板材。由于巖棉熔點高而且比較抗高溫收縮，在建筑結構中使用時可以形成比較有效的防火屏障，阻止火勢蔓延。其自身既不能燃燒，也不會放出有毒的氣體，是“A”級（或“A1”級）的建筑防火材料。

（2）玻璃棉。玻璃棉及其制品是繼巖棉之后，出現的新的絕熱性好、容重輕的隔熱保溫材料。它是用白云石、石英砂、蠟石等天然礦石做成的纖維狀的不燃材料。它在建筑工程中具有良好的絕熱、隔冷、保溫、吸聲等優點。其制品主要有玻璃棉板、玻璃棉氈、玻璃棉保溫管、玻璃棉帶等。

（3）硅酸鋁纖維。硅酸鋁纖維俗稱陶瓷棉，是一種特殊的新型輕質耐火材料，它是用天然焦寶石為原料制成的棉絲狀無機纖維耐火材料，其制品具有導熱系數小，抗壓強度高，施工方便，能反復利用的優點。可以作防火門的芯材、吊頂板材、玻璃幕墻填充隔熱材料，起防火隔熱的作用。

（4）硅酸鈣。硅酸鈣材料的耐熱性能及熱穩定性好，耐火性好，是不燃材料。它是用鈣質材料，硅質材料和纖維等為主要原料，制成的輕質板材。纖維增強性硅酸鈣板優點很多，如密度低，濕脹率小，比強度高，防蛀，防潮，防火，防霉以及可加工性好等。可作為公用和民用建筑的隔墻以及吊頂，經過表面防水處理后還能用作建筑物的外墻。因為此種板材的防火性很高，所以尤其適合用于高層以及超高層的建筑。

3.2.3新型輕質板材和砌塊。

（1）加氣混凝土砌塊及板材。加氣混凝土又叫做發氣混凝土，是由含鈣材料、含硅材料和發氣劑等作為原料生產而成的。其制品有砌塊和條板兩種，既能用作非承重墻體、承重墻體又能做保溫材料等。

（2）粉煤灰墻體材料。粉煤灰墻體材料具體可分為灰小型的空心砌塊和灰砌塊。前者的主要制成原料為粉煤灰、水泥等，詳細又可以分成有承重、非承重民用砌塊兩種，在建筑中的應用十分廣泛。粉煤灰砌塊主要原料為的石膏、石灰、粉煤灰等，主要在工業、建筑墻體等方面進行應用。

3.3樓梯、防火門及防火墻的設計。

（1）樓梯。

樓梯是火災時人員逃生的安全出口，是重要通道。建筑疏散樓梯應采用耐火極限不低于1小時的不燃燒體。所以這就決定了，做為疏散樓梯，一些材質不能被應用，只能用鋼筋混凝土樓梯等耐火極限能達到1小時的不燃燒體。疏散用樓梯和疏散通道上的階梯不宜采用螺旋樓梯和扇形踏步。當必須采用時，踏步上下兩級所形成的平面角度不應大于10°，且每級離扶手250mm處的踏步深度不應小于220mm。公共建筑的室內疏散樓梯兩梯段扶手間的水平凈距不宜小于150mm。

（2）防火門。

防火門是由門框、門扇、控制設備和附件等組成，它們的構造和質量對防火門的防火和隔煙性能都有直接影響。按照耐火極限把防火門分為甲、乙、丙三級；按燃燒特性分為非燃燒體和難燃燒體。非燃燒體防火門由鋼板、鍍鋅鐵皮、石棉板、礦棉等組成，而難燃燒體防火門是在可燃的木材、毛氈等外側釘不燃材料制成。

（3）防火墻。

防火墻是由不燃燒材料構成的，為減小或避免建筑、結構、設備遭受熱輻射危害和防止火災蔓延，設置的豎向分隔體或直接設置在建筑物基礎上或鋼筋混凝土框架上具有耐火性的墻。防火墻是防火分區的主要建筑構件。規范中要求防火墻的耐火極限不得低于3小時，對于特殊建筑如甲、乙類廠房和甲、乙、丙類倉庫等的防火墻要提高到4小時。通常防火墻有內防火墻、外防火墻和室外獨立墻幾種類型。防火墻的材料一般有全現澆鋼筋混凝土墻或框架結構砌體填充墻。還有一些建設單位在需要防火墻的部位使用紙面石膏板、纖維石膏板、難燃膠合板、難燃木材、泡沫夾心板等重量輕、安裝方便的不燃性材料或難燃性材料作為墻體隔斷，這些材料往往達不到防火墻的設置要求。

3.4防火墻的設置部位、燃燒性能、耐火極限和構造一般應符合以下要求：（1）防火墻應直接設置在建筑物的基礎或鋼筋混凝土框架、梁等承重結構上（輕質防火墻體可不受此限）。防火墻應從樓地面基層隔斷至頂板底面基層。當屋頂承重結構和屋面板的耐火極限低于0.50h，高層廠房（倉庫）屋面板的耐火極限低于1.00h時，防火墻應高出不燃燒體屋面0.4m以上，高出燃燒體或難燃燒體屋面0.5m以上。其它情況時，防火墻可不高出屋面，但應砌至屋面結構層的底面。（2）防火墻橫截面中心線距天窗端面的水平距離小于4m，且天窗端面為燃燒體時，應采取防止火勢蔓延的措施。當建筑物的外墻為難燃燒體時，防火墻應凸出墻的外表面0.4m以上，且在防火墻兩側的外墻應為寬度不小于2m的不燃燒體，其耐火極限不應低于該外墻的耐火極限；當建筑物的外墻為不燃燒體時，防火墻可不凸出墻的外表面。緊靠防火墻兩側的門、窗洞口之間最近邊緣的水平距離不應小于2m；但裝有固定窗扇或火災時可自動關閉的乙級防火窗時，該距離可不限。（3）建筑物內的防火墻不宜設置在轉角處。如設置在轉角附近，內轉角兩側墻上的門、窗洞口之間最近邊緣的水平距離不應小于4m。（4）防火墻上不應開設門窗洞口，當必須開設時，應設置固定的或火災時能自動關閉的甲級防火門窗。（5）可燃氣體和甲、乙、丙類液體的管道嚴禁穿過防火墻。其它管道不宜穿過防火墻，當必須穿過時，應采用防火封堵材料將墻與管道之間的空隙緊密填實；當管道為難燃及可燃材質時，應在防火墻兩側的管道上采取防火措施。防火墻內不應設置排氣道。

4. 結束語

隨著國民經濟水平不斷地提高，在日常生活中人們對于消防問題也越來越關注。隨著防火設計理論的發展，對超高層建筑防火構造的要求也越來越多，諸多的火災也表明，防火構造設計也是越來越發揮重大作用。endprint