超高層住宅建筑防煙系統的設計應用

馬惠芳

中建科技集團有限公司深圳分公司

0 引言

隨著經濟的發展和科技的進步，城市化進程不斷加快，城市用地供需矛盾日漸凸出，超高層建筑應運而生。特別像深圳這種人多地少的一線城市，超高層住宅建筑[1]日漸成為了城市住宅建筑的主流。建筑防煙、排煙設計是建筑防火安全設計的重要組成部分。國內外的多次火災表明，火災中產生的煙氣，其遮光性，毒性和高溫缺氧的影響是造成火災人員傷亡的最主要因素。為了及時排除煙氣，保障建筑內人員的安全疏散和消防救援的展開[2]，合理設置防煙系統，建立有效的煙氣控制設施是十分必要的。防煙系統分為自然通風系統和機械加壓送風系統。機械加壓送風系統在功能上不受建筑結構，氣象條件和環境的影響，作為安全系數最高的防煙手段廣泛應用于超高層建筑人員疏散、火災撲救等方面。

《建筑防煙排煙系統技術標準》GB51251-2017（下稱《煙標》）自2018 年8 月1 日實施以來，本公司已承接了幾個超高層住宅的建筑設計，本文擬根據《煙標》的要求，結合本公司其中一個實際工程，淺談超高層住宅建筑防煙系統的設計應用。

1 工程概況

本項目位于廣東省深圳市羅湖區。項目總用地面積5556.76 m2，總建筑面積為44349.93 m2。地下共3層，其中地下三層為人防區域，車庫及生活水泵房；地下二層為車庫，發電機房及消防水泵房。地下一層為車庫，變電所，公共開關房，消防控制室及弱電機房。塔樓地上46 層，建筑高度為141.4 m，地上一層～三層為公共配套用房。四層為架空層，五～十四層、十六～三十層、三十二～四十六層為住宅，十五層、三十一層為避難層。

圖1 工程效果圖

2 建筑防煙系統設計

超高層住宅建筑設置防煙系統的主要部位為防煙樓梯間、前室、合用前室及避難層。本項目建筑高度為141.4 m，根據《煙標》3.1.2 要求，超高層住宅建筑防煙樓梯間、前室、合用前室應采用機械加壓送風系統。該系統可以保持給安全區域尤其是疏散區域送入大量的新鮮空氣，阻止火災煙氣侵入樓梯間，前室，合用前室及避難層（間）等空間。

2.1 地下室防煙系統設計

該項目地下共3 層，核心筒由電梯，消防電梯，電梯廳，剪刀樓梯間，前室和合用前室組成（圖2）。負三層地下室建筑標高為-13.300 m，地面標高為±0.000，地下室的建筑高度為13.3 m。防煙樓梯間，前室及合用前室均無法開啟可開啟外窗或開口，不滿足《煙標》中第3.2.1 及3.2.2 的要求實現自然通風，因而分別設置獨立的機械加壓送風系統。

圖2 負二層核心筒平面圖

2.1.1 機械加壓送風量計算

防煙樓梯間，前室和合用前室均應按照《煙標》第3.4.5 條～第3.4.8 條的規定計算。

1）防煙樓梯間的機械加壓送風量計算

建筑的地下或半地下部分與地上部分不應共用樓梯間[3]，因而地下室防煙樓梯間采用獨立的機械加壓送風系統。3 層地下室的建筑高度為13.3 m，系統負擔建筑高度不大于24 m，根據《煙標》第3.4.2 要求，防煙樓梯間機械加壓送風量應根據《煙標》第3.4.5～3.4.7條計算，計算得地下室防煙樓梯間的加壓送風量為11876 m3/h，而根據《煙標》第3.4.1 條，地下室防煙樓梯間機械加壓送風系統的設計風量為14244 m3/h，風機所選風量為14400 m3/h。見表1。

2）前室、合用前室機械加壓送風量計算

3 層地下室與地上14 層的前室、合用前室共用一個機械加壓送風系統。該系統負擔建筑高度大于24 m，根據《煙標》第3.4.2 條要求，機械加壓送風量應按3.4.5～3.4.7 條計算值與表3.4.2-1～ 表3.4.2-4 的較大值確定。根據規范公式計算得到前室、合用前室的加壓送風量21562 m3/h，根據表格3.4.2-4 的取值為26500 m3/h，比較計算值和表格取值的大者得前室、合用前室的加壓送風量26500 m3/h，而根據《煙標》第3.4.1 條，前室、合用前室機械加壓送風系統的設計風量為31800 m3/h，風機所選風量為32000 m3/h。見表1。

表1 地下室防煙樓梯間、前室及合用前室機械加壓送風量

2.2 地上建筑防煙系統設計

地上建筑防煙系統設置區域為防煙樓梯間，前室，合用前室及避難層。圖3 為標準層核心筒平面圖。

圖3 標準層核心筒平面圖

2.2.1 地上防煙樓梯間的防煙系統設計

本項目地上部分防煙樓梯間采用機械加壓送風系統。根據《煙標》第3.3.1 條，地上防煙樓梯間機械加壓送風系統在2 個避難層被分隔成3 段，分別為首層～十四層、十五層～三十層、三十一層～四十六層共3段，每段高度不超100 m。結合《煙標》第3.4.2 條要求，機械加壓送風量應按3.4.5～3.4.7 條計算值與表3.4.2-1～表3.4.2-4 的值的較大值確定。根據公式計算得到防煙樓梯間的加壓送風量20498 m3/h，根據表格取值第一段機械加壓送風量為21187 m3/h，第二、三段機械加壓送風量為20625 m3/h，比較計算值和表格取值的大者得防煙樓梯間加壓送風量分別為21187 m3/h及20625 m3/h，因而防煙樓梯間機械加壓送風系統的設計風量為25425 m3/h，風機所選風量為26000 m3/h，見表2。

表2 地上防煙樓梯間機械加壓送風量

根據《煙標》第3.3.5 條4、5 點，防煙樓梯間的機械加壓送風風機設置在專用機房內且位于系統的下部。首層～十四層的機械加壓送風系統的風機放置于負二層，十五層～三十層的放置于十五層避難層的加壓送風機房內，三十一層～四十六層的放置于三十一層避難層的加壓送風機房內。

2.2.2 地上前室和合用前室的防煙系統設計

地上建筑前室和合用前室利用2 個避難層把機械加壓送風系統豎向獨立設置為3 段，分別為負三層～十四層、十五層～三十層、三十一層～四十六層，每段高度不超100 m。機械加壓送風量按《煙標》第3.4.5～3.4.7 條計算值與表3.4.2-1～表3.4.2-4 的值的較大值確定。根據公式計算得到前室、合用前室的加壓送風量21562 m3/h，根據表格3.4.2-4 的取值為26500 m3/h，比較計算值和表格取值的大者得前室、合用前室的加壓送風量為26500 m3/h，系統的設計風量為31800 m3/h，風機所選風量為32000 m3/h。見表3。

表3 地上防煙樓梯間前室及合用前室機械加壓送風量

根據《煙標》第3.3.5 條4、5 點，前室、合用前室的機械加壓送風風機設置在專用機房內且位于系統的下部。負三層～十四層的機械加壓送風系統的風機放置于負三層，十五層～三十層的放置于十五層避難層的加壓送風機房內，三十一層～四十六層的放置于三十一層避難層的加壓送風機房內。

2.2.3 避難層的防煙系統設計

1）避難層前室的機械加壓送風系統設置

本項目在十五層及三十一層分別設置了避難層，防煙樓梯間在避難層前室分隔，共形成了4 個前室，其中2 個前室與其他樓層分別共用一個機械加壓送風系統。另2 個前室在十五層及三十一層避難層分別設置獨立的機械加壓送風系統，根據前室機械加壓送風系統的計算方法，得送風量為6890 m3/h，系統的計算風量為8260 m3/h，風機所選風量為10000 m3/h。見表4。機械加壓送風系統的風機放置于避難層加壓送風機房內。

表4 避難層防煙樓梯間前室機械加壓送風量

2）避難間的防煙系統設計

十五層及三十一層除設備用房外其余部分分別設置為東、西2 個避難間。其中東邊避難間建筑面積為114.3 m2，避難間設有東、北不同朝向的可開啟外窗，可開啟外窗有效面積為18.82 m2，為避難間面積的16.47%，且每個朝向的面積均不小于2.0 m2。西邊避難間建筑面積179 m2，避難間設有西、北不同朝向的可開啟外窗，可開啟外窗有效面積為35.26 m2，為避難間面積的19.7%，且每個朝向面積均不小于2.0 m2。可開啟外窗在距地高度1.3～1.5m 處設置手動開啟裝置。東、西2 個避難間均滿足《煙標》第3.2.3 自然通風要求。

3 重點注意事項

為給滅火救援提供一個較好的條件，保障救援人員生命安全、不延誤滅火救援時機，應在樓梯間的頂部設置可拆破的固定窗以及時排出火災煙氣及熱量，因此《煙標》3.3.11 要求，設置機械加壓送風的防煙樓梯間尚應在其頂部設置不小于1 m2的固定窗。靠外墻的防煙樓梯間，尚應在其外墻上每5 層內設置總面積不小于2 m2的固定窗。這條規范是強條，地下室防煙樓梯間及地上防煙樓梯間均要滿足。建筑專業在建筑圖上一定要把固定窗的位置及面積表達出來。

4 結語

防煙系統是超高層住宅中保障人民生命財產安全不可缺少的消防設施，合理選用防煙系統對在建筑火災中的人員傷亡減至最低。防煙設計是消防設計中較為復雜的環節，也是消防系統的重點，作為工程設計人員應充分認識規范的要求，領會其內涵，結合工程實際，合理利用新的防煙技術，從而實現建筑消防自救的安全可靠的設計目的。