超高層建筑防火構造設計思考

鄧力頻

漢壽縣消防救援大隊 湖南常德 415900

在我國市場經濟的推動之下，城市化進程逐步加快，超高層建筑也是越來越多。雖然高層建筑、超高層建筑的出現在很大程度上解決了城市土地資源緊張的問題，大大提高了城市空間資源的利用率，但是消防安全問題也日益嚴竣。對于超高層建筑消防安全設計，在很多方面都有著嚴格的要求，與普通建筑相比其防火構造設計也更為復雜[1]。

1 超高層建筑火災危害性分析

超高層建筑一旦發生火災，其危害性遠超過普通建筑，這是因為在超高層建筑內人員眾多，樓層過高導致疏散線路變長，不便于逃生。在2017 年“6.14”倫敦公寓樓火災事故中最終遇難人數多達71 人，大火持續時間超過30h[2]。超高層建筑的火災危害性主要表現在以下幾方面：

1.1 火災蔓延快，難以控制

在超高層建筑內發生火災后，內部的排氣管道、管道井、樓梯間等都會為著火點提供充足的氧氣，加上建筑內部存在大量可燃、易燃物品，使火勢得到迅速蔓延，燃燒也更加持久，而且在高處風助火勢，還會造成大火向周圍樓層蔓延，難以控制。有研究顯示，在火災剛剛發生的時候，在水平方向煙氣的擴散速度僅為0.3m/ s，但隨著火勢逐步加大，周圍溫度快速升高，就會引起空氣對流，水平方向的煙氣擴散速度快速增高，能夠達到0.5～0.8m/ s，而豎向擴散的速度更加恐怖，沿豎向管道能夠達到3～4m/ s。這說明，如果當高度達到100m 的超高層建筑發生火災后，如果火勢得不到有效控制，在短短的30s 時間內就可以從地面迅速蔓延到頂部。隨著樓層高度的增加，火災蔓延的速度也隨之加快。

1.2 疏散難度大，傷亡過高

超高層建筑的另一個重大危害就是人員較多，不便疏散，容易造成更高的人員傷亡。一是樓層過高，導致人員疏散的線路延長，逃生的時間也變長；二是疏散通道有限，逃生人員過多，造成擁擠，導致疏散慢。三是快速蔓延的大火產生大量濃煙，含有大量有毒氣體，再加之濃煙遮擋視線，都增加了逃生的難度。有數據顯示，在火災中因煙熏造成的死亡所占比例最高[2]。

1.3 滅火難度大，不便救援

當超高層建筑發生火災后，會給滅火工作造成更多的困難和障礙。一是火勢快速蔓延，同時伴有較為強烈的熱輻射和濃煙，消防人員不能對蔓延的火勢形成有效的攔截。二是消防滅火設備高度受到限制，無法在超高層建筑室外展開滅火救援工作，而使用室內水源時又會出現供水不足的問題。四是很多超高層建筑內部并沒有安裝消防電梯，消防人員到達現場后并不能快速到達著火層，消防器材也不能快速得到有效的補充，嚴重影響救援工作[3]。

2 超高層建筑防火構造設計的措施

對于超高層建筑而言，其實用性是尤其重要的，所以在進行防火設計的過程中應立足建筑本身的功能性，在避免對功能性造成影響的前提下，依據我國對超高層建筑的消防安全設計標準，進行合理的防火設計優化，從多個角度強化超高層建筑的防火線，確保超高層建筑功能性良好、防火性極佳，進而保障相關人員的生命與財產安全，推動建筑行業的長遠發展。

2.1 確保暢通性良好

超高層建筑的特點在于樓高較高且建筑間距較近，所以一旦發生火災，逃生的暢通性尤為關鍵，這就需要加強消防通道的設計，確保消防通道能夠第一時間為人們提供暢通的逃跑路線，同時也為消防工作提供便利。此外，針對樓間距較小的問題，應在建筑設計方面進行優化，對相鄰建筑、空地綠化、廣場地點等進行科學規劃。

2.2 結合超高層建筑的情況設置分區防火

對于分區防火的設計而言，一方面要借助于防火墻來實現，另一方面則是要借助于耐火樓板的合理設計，通過耐火樓板進行垂直方向的防火分區，只有確保水平與垂直方向的徹底隔絕，才能避免火勢蔓延。除此之外，在進行管道與線路的設計時，也應充分考慮防火性。

2.3 充分考慮超高層建筑基本構成的耐火性

一旦火災發生，建筑就會產生坍塌的風險，而此時建筑梁、柱、防火門等基礎構成的耐火性就直接影響了火災發生后對建筑本身的損傷，也就決定了火災接下來的走向，所以基礎結構的耐火性考量至關重要。

2.4 應保障安全疏散路線的疏散效果

疏散通道關系著人們的逃生效果，所以防火單元旁應設計疏散出樓和樓梯，確保疏散通道的設計符合消防安全設計標準，同時也要保障疏散通道的排煙性能和防火封閉性能良好，確保為人員逃離提供充足的時間。

2.5 避免易燃材料的使用

一旦發生火災，易燃的裝修材料就成了火災的助力，進一步加劇了火勢，而選擇防火材料裝修卻可以最大限度的阻隔火災蔓延，為人員逃生和消防救援提供充足的時間，由此可見裝修材料選擇的重要性。

2.6 確保供水系統的效率

首先，應確保水壓和水量滿足消防用水的需求，避免因火災而出現無法供水的情況；其次，則是要確保消防距離的充足，在進行供水管道的設計時應注意合理性，確保供水管道耐火性良好。

2.7 構建完善的聯網報警系統和智能化滅火系統

在信息技術和互聯網技術的迅速發展下，高層建筑也應構建起一體化、智能化的聯動系統，確?；馂陌l生時，第一時間實現火災報警，并打開滅火、排煙、疏散等相關系統，在火災發生的初期實現最優的控制，降低經濟損失和人員傷亡。

3 超高層建筑防火構造設計要點分析

3.1 特殊防火設計要求

根據我國現行《建筑設計防火規范》相關規定，針對超高層建筑的防火構造設計，必須嚴格執行普通高層建筑中有關消防設計的基本條款，同時對高度超過100m 的超高層建筑專門做出要求，主要包含以下幾點：

（1）在超高層建筑內，電纜井、管道井等部位所使用的材料其耐火等級必需達到2h，樓板耐火等級達到1.5h，并且必需與其他部位進行有效的分割。

（2）在超高層建筑內必需設置專供發生火災時人員臨時避難使用的避難層或者避難間。

（3）針對標準層建筑面積達到1000m2以上的超高層公共建筑，應當在樓頂位置設置專門用于救援的直升機停機坪，或者可以供直升機起飛、降落的相關設施，一旦發生火災便于快速展開救援工作。

（4）在超高層建筑內部的消防最不利點應設置靜水壓力達到0.15MPa 以上的消防栓，以備火災發生時能夠快速有效的開展滅火工作；假如超高層建筑內部靜水壓力達不到標準要求，則應該采取增壓措施，確保靜水壓力達到標準要求。

（5）在超高層建筑內的一些特殊場所必需安裝自動噴淋裝置，當火災發生時可以起到很好的滅火效果。

3.2 防火門設計

防火門在建筑消防安全系統中是非常重要的一部分，其組成主要有門框、門扇和控制結構等主要部分構成，這些結構部分的性能是影響防火門防火、隔煙能力的關鍵。按照防火規范中的要求，防火門必需具備一定的耐火性能，可以劃分了甲、乙、丙三個等級，其中甲級最高，依次為乙級和丙級。按照燃燒的特性，防火門可以劃分為非燃燒體和難燃燒體兩類，非燃燒體類的材質主要是鋼板、石棉板、礦棉等非可燃材料制成，而難燃燒體則是將非燃燒材料覆蓋在可燃燒材料的表面加工而成。

3.3 樓梯間設計

當火災發生后，超高層建筑內部的樓梯間是人們疏散逃生的重要通道，按照防火規范的要求疏散樓梯的耐火等級必需達到1h 以上。因此，在樓梯間設計時所選用的材料其耐火等級必需達到規范的標準要求，一般鋼筋混凝土樓板的耐火等級為1h。另外，疏散樓梯的設計應盡量避免采用螺旋、扇形等形式，否則要確保滿足以下要求，上下兩級平面角度不超過10°，距離扶手250mm 處必須保證踏步深度在220mm 以上。

3.4 電梯間的設計

通常在超高層建筑內客用電梯會通向每個樓層，從第一層開始會在每個樓層都設置前室，因此無法使用防火門進行密閉處理。為達到每個樓層間密閉的效果，可以在電梯間兩端出口位置安裝重力式自動密閉門，一旦出現某樓層著火，重力式密閉門就會啟動并關閉（普通電梯不可以作為逃生的通道）。因為火勢會由下向上蔓延，此時將著火層以上的各樓層的密閉門全部啟動，著火層以上的各個樓層都會形成密閉空間，將著火樓層隔絕。自動重力式密閉門需要專門設計，可采用斷電后由重力錘使其自動關閉方法。

3.5 防火墻設計

防火墻是有效阻止火勢蔓延的墻體，并且還可以有效降低熱輻射，防火墻具有較高的耐火性。在超高層建筑中，防火墻的劃分是保障消防安全的關鍵。在規范中對防火墻的設置有著嚴格的要求，防火墻的耐火等級必需達到3h 以上，而在一些有著特殊功能的建筑中耐火等級還要高。防火墻的材料主要以全現澆鋼筋混凝土、框架結構砌體填充墻為主。在設置防火墻時應參考以下要求：

（1）防火墻應直接建在建筑基礎或承重結構上。

（2）防火墻橫截面中心線，與天窗端面的距離必須要控制在4m 以內。

（3）防火墻通常不能設置在建筑的轉角位置，如果防火墻與轉角位置距離較近，必須要滿足內轉角兩側門窗的邊緣距離必須要超過4m。

（4）通常防火墻上不可以開設門窗，如果是有著特殊要求必需開設，則必需使用固定式門窗，或者當火災發生后能夠自動閉合，并且門窗的防火等級達到甲級。

3.6 排煙系統設計

在超高層建筑火災事故中，致人受傷和死亡的重要原因即是吸入了過多的有害氣體，所以超高層建筑進行設計時也應充分考慮火災發生后煙霧的排放問題。火災發生后，通常釋放出大量的一氧化碳和二氧化碳等有機化合物，空氣中氧氣含量隨之減少，長時間處在這樣的環境下會導致窒息并影響逃生，因此在進行超高層建筑設計時，必須配備排煙系統，可以在樓梯間中設計加壓送風系統，一旦火災發生在聯動系統的作用下進行加壓送風，也就大幅減少了有害煙霧對逃生造成的影響。

3.7 避難區設計

受到建筑高度的影響，逃生難度隨之增大，所以必須充分考慮無法逃生情況下應急避難區的設計，在建筑中設計出相對獨立的避難層。具體而言，應每間隔15 層設計一個避免層，并且應確保避難層的面積滿足避難人數要求，通常可以按每平米4—5 人進行計算，同時疏散通道雖然屬于避難區的連接通道，但疏散通道不能計入避難層的面積。此外，則是針對避難層位置的設計，應盡可能設計在消防登高面的一側，從而為后續的救援提供便利。

4 結語

綜上所述，當前我國建筑高層化發展趨勢顯著，超高層建筑也是越來越多，而建筑消防安全問題也引起了社會的高度重視。因為其自身的特點，超高層建筑一旦發生火災，其危害是巨大的。因此在消防設計中應結合超高層建筑的特點，采取科學的設計方案，提升超高層建筑的消防安全性能，保障居民生命財產安全。