微探超高層建筑防火設計

李冠堯

廣州一建建設集團有限公司 廣東 廣州 510000

超高層建筑的高度普遍都在100m以上，由于其高度相對較高，超高層建筑的火災問題作為人們一直困擾的問題，如何做好超高層建筑的防火設計也是建筑人員持續(xù)思考的問題。一旦沒有對超高層建筑進行有效的防火設計，那么在極大程度上會使建筑的安全性產(chǎn)生影響，如果發(fā)生火災的情況，也會對住戶產(chǎn)生人身、財產(chǎn)威脅。所以，建筑人員為了保障超高層建筑的安全性，應當明確防火設計的目標、完善防火設計方案并且針對建筑的具體情況選擇合適的技術，盡可能的減少火災的發(fā)生，并且避免其出現(xiàn)嚴重的危害，這不但可以保護住戶的安全，還可以維護社會秩序的穩(wěn)定，促進建筑行業(yè)乃至社會的發(fā)展。

1 超高層建筑概述

1.1 概念

超高層建筑作為建筑工程中較為重要的組成部分，其最主要的特征就是其高度較高，按照我國相關部門的標準而言，如果一座建筑的層數(shù)在40層以上且高度在100m以上，那么則可以將其稱為超高層建筑。超高層建筑作為我國現(xiàn)代建筑行業(yè)發(fā)展中而產(chǎn)生的重要成果，其往往與各個國家的建筑行業(yè)發(fā)展水平以及經(jīng)濟發(fā)展水平存在著較為密切的關聯(lián)，超高層建筑也存在著較為實用的價值，有助于節(jié)約國家的土地資源，緩解城市的人口壓力。而超高層建筑作為一項較高的工程類型，其在建設的過程中往往也會存在一系列的問題，如供水、供電、人流量、維護等多個方面，而其中最為主要的就是安全問題，特別是火災安全問題。超高層建筑的高度往往在100m以上，而其在建設的過程中能夠很難避免的會使用到可燃的建筑材料，而一旦超高層建筑內(nèi)發(fā)生火災的情況，不但會使消防和救援存在一定困難，還會使超高層建筑的穩(wěn)定性受到影響，可能會加重火災事故危害的嚴重性[1]。

1.2 特點

1.2.1 交通的垂直性

由于超高層建筑的高度較高，層數(shù)較多，在超高層建筑內(nèi)部，需要借助電梯進行人員的輸送，而電梯往往對于承重重量和人數(shù)具有較為嚴格的要求和限制，其運輸?shù)娜藛T具有一定的局限性。而在我國今年的社會新聞中，因電梯而引發(fā)的安全事故數(shù)量也較多，所以，建設人員在對超高層建筑進行設計時，應當積極探索更加安全的垂直運輸方式。

1.2.2 建筑材料的復雜性

由于超高層建筑的施工難度相對較大，為了保證超高層建筑的安全性和穩(wěn)定性，往往需要使用大量的建筑材料，且在不同的空間的不同功能上，其所使用的建筑材料類型也會有所不同，而建筑材料使用的復雜性也是導致火災發(fā)生的重要因素。除此之外，超高層建筑內(nèi)涉及到的電氣設備、線路等較多，因電氣設備的使用不當，而引發(fā)火災事故，也是超高層建筑中較為常見的現(xiàn)象。

2 超高層建筑的防火特點

2.1 火災荷載大

由于超高層建筑往往都具有較為復雜的結(jié)構(gòu)，并且因為用途較為廣泛，如住宅、旅館、商場、辦公室等，導致其內(nèi)部裝修盡可能存在較為豪華的現(xiàn)象，其內(nèi)部的電氣設備以及基礎設施也較為全面，電路之間都保持著較為密切的距離，其中也存在著較多的可燃物、易燃物。一旦在超高層建筑中發(fā)生火災，那么其則會產(chǎn)生較大的火災荷載，導致其瞬間蔓延至整個大樓，甚至在一些可燃物被點燃后，極易出現(xiàn)一些有毒氣體，無論是對于超高層建筑內(nèi)的居民或是前往救援的消防人員來說，毒氣都會對其身體健康造成威脅[2]。

2.2 煙囪效應強

由于超高層建筑具有較為復雜的結(jié)構(gòu)特點，其在內(nèi)部空間內(nèi)往往會形成較為交錯的空間，并且空間之間也會建立一定連接，而其中橫向的空間主要包含吊頂、空調(diào)風管、排煙管道等，縱向的空間主要包含中庭、電梯井、通風管道等。一旦在超高層建筑內(nèi)發(fā)生火災，那么建筑內(nèi)連通的管道就成為了火災蔓延的重要渠道，如果沒有采用豎井對其進行防火分隔設計，那么在一分鐘之內(nèi)，就會使火災蔓延至整個大樓，導致整個建筑被點燃，不僅沒有充足的時間對超高層建筑物內(nèi)的人進行營救，也會對消防人員的高效營救創(chuàng)造一定困難。

2.3 疏散困難

由于超高層建筑的層數(shù)較多，其中房間的數(shù)量也相對較多，且超高層建筑物中房間的用途較為廣泛，導致其成為了人員較為密集的場所，由于超高層火災蔓延的速度較快，樓梯作為人員疏散的重要渠道，由于人存在求生的本能，往往會在發(fā)生危險的時候產(chǎn)生較為恐懼、緊張、慌張的心理狀態(tài)，其難以聽從消防人員的疏散安排，樓梯間內(nèi)也會產(chǎn)生大量的人員匯集，導致在人員疏散的過程中，發(fā)生踩踏、摔傷等事故，不僅會影響人員疏散的效率，甚至還會使居民產(chǎn)生不必要的損傷。除此之外，由于超高層層數(shù)較高，人員下樓所需要的時間較長，這無疑也增加了人員疏散的難度[3]。

2.4 救火困難

大多數(shù)超高層建筑的占地面積相對較小，并且建筑周圍的建筑數(shù)量也較少，一旦發(fā)生火災時，消防人員難以從外部進行滅火，導致其救火存在較大的困難。除此之外，在消防人員進入到超高層建筑內(nèi)進行救火時，需要攜帶救火設備上樓，在此過程中極易與逃生的居民相撞，消防人員到達著火點需要較長的時間，救火不及時，著火點的火勢也會出現(xiàn)蔓延，加大了救火的難度。而且，在多數(shù)超高層建筑中，其特殊的結(jié)構(gòu)導致其難以將建筑內(nèi)的煙霧排出，導致消防人員對在建筑內(nèi)部空間內(nèi)，難以對前方的火災情況進行細致的觀察，也使救火存在一定困難。在超高層建筑內(nèi)部出現(xiàn)火災時，極易導致其內(nèi)部供電中斷，消防設備沒有了電力的支持，則導致救火工作難以順利開展。

3 超高層建筑防火設計的策略

3.1 防火分隔設計

在對超高層建筑進行防火設計時，想要提升超高層建筑的防火性能，就需要使用防火設備對建筑物進行分隔，使分隔出的空間都能夠被防火材料所包圍，一旦在超高層建筑物內(nèi)部發(fā)生火災情況，防火分隔設計可以避免火勢的快速蔓延，防止火情擴大。而在進行防火分隔設計時，其具體的設計方法可以根據(jù)超高層建筑物的用途、類型、特征等進行確定，對于不同類型的超高層建筑物進行不同的防火分隔設計，以保證防火分隔設計可以對超高層建筑物火災的蔓延產(chǎn)生抑制的效果，進而為消防人員提供更多的營救時間，盡可能降低火災造成的損失，保護住戶的人身安全。根據(jù)《建筑高度大于250m民用建筑防火設計加強性技術要求（試行）》中第九條的規(guī)定，建筑外墻上、下層開口之間應設置高度不小于1.5m的不燃性實體墻，且在樓板上的高度不應小于0.6m，即樓板邊沿的上、下均需設置實體墻。此時應采用超高層外墻箱型鋼管梁防火分隔設計。

超高層外墻箱型鋼管梁防火分隔設計和施工技術主要被應用于各類型的超高層建筑的外墻防火分隔中，其主要是采用箱型鋼管混凝土梁與建筑同層樓板板面上的實體墻進行組合，并形成建筑外墻上、下層開口之間高度不小于1.5m的不燃性實體墻，且鋼管梁與水平鋼結(jié)構(gòu)一起吊裝，無需另外設置操作平臺，梁內(nèi)混凝土與樓板混凝土同時澆筑，無需搭設支撐模板。從具體上來說，箱型鋼管梁防火分隔主要包括：懸挑鋼梁、箱型邊梁、加勁板、栓釘和高強螺栓等5個部件，懸挑鋼梁焊接在原結(jié)構(gòu)主鋼梁上，箱型邊梁通過高強螺栓連接于懸挑鋼梁端部，懸挑鋼梁端部設置加勁板，箱型鋼梁梁面設置栓釘，如圖1[4]。

圖1 箱型鋼管梁剖面圖

箱型鋼管梁防火分隔施工流程主要分為以下幾個步驟：首先，將鋼結(jié)構(gòu)深化圖上報至設計院進行審核，待其同意后可開始施工；其次，構(gòu)件工廠需要按照圖紙標準進行相關鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的加工，并在工廠內(nèi)將加勁板焊接在懸挑鋼梁上，與鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件一同運輸至施工現(xiàn)場；再次，施工人員需要將懸挑鋼梁與原結(jié)構(gòu)主梁進行焊接，并將其吊裝在塔樓外圍結(jié)構(gòu)上，再采取分段的方式將箱型邊梁吊裝在懸挑鋼梁上，借助高強螺絲將其進行連接和固定，并對該樓層剩余的鋼梁進行安裝，鋪設鋼筋桁架樓承板，施工栓釘，對該樓層的鋼筋進行扎綁；然后，施工人員需要對上述施工質(zhì)量進行驗收，在對其驗收合格之后，對該樓層樓板進行混凝土的澆筑，并對箱型鋼梁內(nèi)的混凝土進行同步澆筑；最后，在整體施工完成之后，在箱型鋼梁內(nèi)灌注的混凝土與樓板上方的實體墻則會一同構(gòu)成超高層建筑樓層之間的防火分隔。

3.2 科學選擇建筑材料

建筑材料作為影響超高層建筑防火性能的重要因素，在對超高層建筑進行施工設計時，應當重視消防防火設計，提升超高層建筑物的防火性能，設計人員需要科學的選擇建筑材料，并且盡可能避免使用可燃、易燃的建筑材料。與全鋼結(jié)構(gòu)相比，鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)具有更強的耐高溫性能，因此，在超高層施工設計中，應當采用鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)，一旦在超高層建筑內(nèi)發(fā)生火災，建筑物則會長期處于高溫的環(huán)境當中，鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)耐高溫性較強且具有較強的抗倒塌能力與抗沖擊能力，使得超高層建筑物可以持續(xù)較長的時間，不僅可以使火災的損害程度有所減弱，也可以為消防人員創(chuàng)造程度的營救時間，完成人員的疏散，進而更好的進行滅火[5]。

3.3 設計防火避難層

在現(xiàn)代超高層建筑防護體系中，防火避難層的設計也是其中較為重要的一部分，也是超高層防火設計中較為關鍵的內(nèi)容，一旦在超高層建筑內(nèi)發(fā)生火災，防火避難層可以保護建筑物內(nèi)人員的安全。所以，建筑設計人員應當重視對防火避難層的設計，且在對其進行設計時，應當注意以下要點：其一，第一個避難層地面的高度與滅火救援場地地面的高度之間的差距應當在50m以內(nèi)，并且每層避難層之間的距離也應當在50m以內(nèi)，這樣可以使消防救援的需求得到滿足。并且，通向避難層的疏散樓梯應當在避難層分隔、同層錯位或上下層斷開；其次，在對開窗自然排煙系統(tǒng)進行設計時，設計人員應當采用FDS軟件進行模擬，確保其排出的煙霧與熱輻射不會進入到相鄰或是相近的建筑物內(nèi)，并且需要對正壓送風系統(tǒng)進行優(yōu)化，確保消防救援機械設備的最高救援點應當在50m左右。如果超高層建筑物發(fā)生火災，不僅可以對其內(nèi)部的濃煙和熱氣進行排出，降低建筑物內(nèi)的溫度，還可以避免隔壁樓受到火災的影響，避免火災出現(xiàn)蔓延的情況；其三，在對避難層兼作設備層進行設計時，應當對其所需的機械設備進行集中處理，保證管道區(qū)域中的具有較高的耐火等級，有助于分隔設計等工作的順利開展[6]。

3.4 設計防火疏散通道

在超高層建筑物當中，部分建設方或是施工方為了對降低自身的經(jīng)濟支出，提升自身的經(jīng)濟效益，往往會出現(xiàn)安全指示標志缺失的問題，雖然在正常生活中不會產(chǎn)生影響，而一旦發(fā)生火災情況，那么則會影響建筑物內(nèi)住戶順利逃生。所以，在對超高層建筑物的疏散通道進行設計時，應當保證疏散指示標志設計的明顯性、及時性和合理性，需要保證每個安全疏散標志間距的合理，普遍應當小于20m，如果距離太遠則會使住戶難以尋找，如果距離太近則會容易產(chǎn)生錯誤引導。所以，為了保證人們正確的找到疏散通道，設計人員應當將疏散指示標志設置在拐角處、出口處等為主，或是通過安裝疏散指示燈的方式，指引住戶找到疏散通道，幫助其順利逃生[7]。

3.5 設計消防電梯

消防電梯作為火災發(fā)生時超高層建筑物內(nèi)住戶逃生的重要途徑，也是消防人員前往建筑物內(nèi)救火的重要渠道，在對超高層建筑進行防火設計時，應當重視對消防電梯的設計。設計人員在對超高層建筑消防電梯進行設計時，應當根據(jù)建筑物內(nèi)住戶的人數(shù)進行消防電梯數(shù)量的確定和安裝，還需要在消防電梯的門上安裝擋水裝置，避免火災的高溫和煙霧進入消防電梯內(nèi)。除此之外，消防電梯安裝的位置應當盡可能的貼近外墻，并且其達到室外的通道長度應當小于30m。如果在發(fā)生火災時，消防電梯應當對自身的運行狀態(tài)進行感應，一旦發(fā)現(xiàn)電梯內(nèi)有人，那么消防電梯則會直接下降至一樓，幫助電梯內(nèi)的人員進行逃生[8]。

4 結(jié)束語

綜上所述，由于超高層建筑物存在一定的特殊性，其消防安全問題應當受到關注。所以，設計人員在對超高層建筑進行防火設計時，應當通過防火分隔設計、科學選擇建筑材料、設計防火避難層、設計防火疏散通道、設計消防電梯等方式，對其進行優(yōu)化，在火災發(fā)生時，盡可能保護超高層建筑物內(nèi)的人員安全。