高層建筑的中庭消防設計探究

蘇麗會

摘要：針對高層建筑中多個中庭設計導致豎向空間上隱形貫通的問題，結合××綜合樓項目案例，對中庭的防火分區、防火構造、安全疏散、自動噴水滅火系統、防排煙系統等消防問題進行探討。

關鍵詞：高層建筑；中庭；消防設計

中圖分類號：TU998.1? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ?文章編號：2096-1227（2023）11-0103-03

在《建筑設計資料集》[1]中，建筑中通高2層及2層以上且有頂蓋，具備交通、交往、休息、休閑、景觀、展示、銷售宣傳等多種功能的室內公共空間，其平面呈點狀或面狀者稱為中庭。而《民用建筑設計術語標準》對中庭的定義為“建筑中貫通多層的室內大廳”，更強調其空間的貫通性。

中庭空間在位置上通常位于建筑體塊中心或軸線位置，也可以位于側面或邊緣，屬于共享空間，建筑可利用不同位置的中庭空間構成建筑內部公共空間體系。中庭內部的樓梯、電梯、連廊、綠化、雕塑、水體等景觀要素可構成視覺焦點，如果在尺度上運用合適，會讓使用者有舒適空間體驗。在技術層面，上下層貫通的中庭空間對建筑生態、微氣候、建筑防火等方面有利有弊，設計需要結合相關要求規避缺點。中庭空間在體量上因建筑形態不同而各異，有從頂到底全部貫通、氣勢磅礴的超大中庭，也有兩三層局部挑空、設計靈動活潑的小中庭，兩者在消防設計上可采用不同的設計理念。

1 項目概述

××綜合樓項目位于××市××區，是由3座科研實驗樓、地下車庫、附屬用房等組成的集科研、辦公及配套展示于一體的綜合樓。項目總建筑面積約12萬m2，地上建筑主要為A1樓、A2樓、A3樓3座科研辦公及配套展示綜合樓。A1樓地上6層，總高30m；A2樓地上10層，高度45m；A3樓地上13層，高度59.45m。其中A1樓、A2樓在2層通過室外連廊相連接，A2樓A3樓在3層通過室外連廊相連通。項目平面圖見圖1。

項目地勢平坦，消防撲救條件良好。首先，在場地東側設有2個出入口，場地內沿3座單體建筑四周設置有4m環形道路連通，滿足消防車環形行駛要求。其次，A1樓、A2樓、A3樓為獨立建筑，且建筑之間的防火間距大于13m，建筑周邊無其他障礙物遮擋，每座建筑的長邊或周邊能夠連續或間隔設置消防撲救場地，滿足消防撲救場地長度大于建筑長邊的要求，為中庭火災發生后動用消防車、云梯車等器械進行人工滅火提供了有利的場地條件。最后，項目中庭都在靠外墻位置，中庭的外墻設有全玻璃幕墻，方便在火災初期及時發現，及時進行人工滅火。

2 項目中庭消防設計難點

為豐富科研辦公項目的內部環境，項目在A1樓、A2樓、A3樓3座建筑單體長邊兩側采用多個小中庭局部貫通空間形式，見圖2。A1樓地上6層，共設3個的中庭，位于建筑的東側和西側靠外墻處。A2樓地上10層，共設6個中庭，位于建筑的南側和北側靠外墻處。A3樓地上13層，共設10個的中庭，位于建筑的東側和西側靠外墻處。3座建筑單體的小中庭總計多達19個，均為豎向2層或3層貫通空間的小中庭，貫通空間體量不大，但數量很大。如此多的中庭空間，雖然中庭平面在單一豎向空間上沒直接貫通，但從剖面圖上可以看到錯層空間上有持續上升“隱形”貫通形態，所以在消防設計上阻止各中庭連通，避免形成大的煙囪效應，是本項目中庭消防設計的關鍵點。

現行GB 50016—2014（2018年版）《建筑設計防火規范》[2]對中庭的防火設計有一定要求，但是同一防火分區內，中庭部位及與其連通空間的防火措施在各地的設計中有不同的理解和執行。一種觀點認為中庭應作為一個“獨立單元”與其他空間完全隔離出來，中庭里一旦有火情不會影響相鄰空間，暫稱為“隔離方案”；另一種觀點認為中庭屬于交通空間，可與本防火分區的走廊等空間連通，同屬一個防火分區的門也不必因此強制升級為甲級防火門，暫稱為“連通方案”。

本項目空間上層層有共享、廳廳有挑空的多個小中庭空間形式，采用“隔離方案”會大大降低室內的空間品質，因此，基于本項目在多個小中庭豎向“隱形”貫通情況，采用“連通方案”隔離，以下將從多專業多角度探討這些小中庭的具體消防設計。

3 項目的中庭消防設計

3.1? 防火分區與防煙分區

中庭是將各層連通的共享空間，在物理空間上因中庭的貫通屬性，中庭所在各層空間實際是連通一體的，所以當連通各層的面積疊加大于一個防火分區規定的面積時，應重新劃分防火分區，使得連通各層之間的防火分區面積不超過規范要求。本項目為一類高層民用建筑設計，耐火等級一級。設計嚴格按防火規范要求劃分防火分區和防煙分區，A1樓、A2樓、A3樓3座單體建筑地上每層面積在1000～2500m2，原則上單體建筑的每層均劃分為一個防火分區，防火分區面積不大于3000m2；地上防煙分區劃分由隔墻、結構梁及擋煙垂壁分隔，面積不大于500m2。

中庭防火在《建筑設計防火規范》第5.3.2條、6.5.3條中有明確規定。防火分區之間一般采用達到規定耐火極限的防火墻、防火卷簾等分隔，防火墻上開門時要為甲級防火門。防火墻的防火穩定性較高，而防火卷簾在實際使用中會有不密閉導致防煙效果差，卷簾下方有障礙物時防火卷簾不能完全下落，防火可靠性低等不盡如人意的缺點，所以規范對防火卷簾作防火分區分隔的使用范圍和比例進行了限定（第6.5.3條），但是鑒于中庭部分的空間特殊性和設計使用中的實際需求，本條規范對中庭做放寬處理，中庭部分可以使用防火卷簾劃分防火分區且長度不受此條限制。

中庭連通的空間防火分區面積超過一個防火分區面積時，《建筑設計防火規范》第5.3.2條規定可采用以下措施對連通空間進行防火分隔：①耐火極限≥1.0h的防火隔墻；②耐火完整性≥1.0h的防火玻璃；③耐火極限≥3.0h的防火卷簾。此外，規范還要求與中庭連通的門窗采用甲級門窗。要注意的是，采用防火玻璃隔墻時，耐火完整性≥1.0h的非隔熱型防火玻璃隔墻一般有單層銫鉀防火玻璃，高溫灼燒仍然能夠保持透明，便于觀察火情，但它的耐火隔熱性不滿足要求，需要與閉式噴淋系統或冷卻水幕系統結合使用；耐火完整性≥1.0h的隔熱型防火玻璃墻一般由2層或多層防火玻璃復合粘結或灌注防火膠組成復合夾層玻璃，可以達到耐火完整性和隔熱性均≥1.0h的效果，但是復合夾層防火玻璃遇高溫后會變得不透明，不便于觀察火情。采用防火卷簾分隔時，防火卷簾應具有防煙性能，卷簾與樓板、梁、墻、柱之間的空隙應采用防火封堵材料封堵，整體滿足耐火時間3.0h，在發生火災時自動降落的防火卷簾應具有信號反饋的功能。設計可在以上3種分隔措施中選擇1種或者多種組合，以滿足不同使用要求，同時在火災情況下使中庭所在的防火分區是一個獨立封閉的防火單元，火災和煙氣不通過中庭上下蔓延。

項目建筑單體內的中庭總計19個，均為2～3層貫通的小中庭。中庭貫通部位在防火分區中占比面積較小，空間體積較小，平時使用中主要作為交通空間使用，中庭的內裝材料均為A級、B1級不燃材料、難燃材料，整個中庭貫通的交通空間無可燃物，火災荷載密度小。中庭均靠外墻設置，有大面積透明的玻璃幕墻，可視性較好，一旦發生火災會被及時發現。但是如此多的中庭在剖面上有持續上升“隱形”貫通空間形態，進行防火分區設計時，需在中庭部分加強防火分隔措施，采用耐火3.0h的隔墻和耐火3.0h的特級防火卷簾與貫通部分的樓層分開，中庭在本防火分區內與走廊等交通空間連通，同屬一個防火分區的各辦公房間的門均為普通門窗（有其他防火要求的門除外）。

3.2? 安全疏散與耐火構造

3.2.1? 安全疏散

地上3座高層建筑既相互獨立又分別連通，發生火災時，人員的安全疏散至關重要。中庭與本層同防火分區的走廊緊密相連，可無障礙通行，防火疏散時可以利用走廊快速到達安全出口。設計在水平和垂直方向均安排了完善的疏散設施。水平疏散上，每座建筑均布置環形走道將2座防煙樓梯間連通，并設置1部消防電梯與2部防煙樓梯間結合，供消防員使用。垂直疏散上，疏散樓梯在首層與地下室出入口均設置耐火2.0h的隔墻和乙級防火門與之隔開。疏散走道寬度與疏散樓梯寬度經計算，均滿足疏散要求。

3.2.2? 耐火構造

中庭結構本身的消防安全設計至關重要，一旦發生火災，火勢在豎向蔓延極快，火和煙氣上升會直接面向中庭結構構件，而且有外窗的情況下會威脅到相鄰的防火單元。所以要采取相應的構造防火措施確保耐火安全和火勢不外溢。

第一，結構構件的耐火極限滿足《建筑設計防火規范》第5.1.2條規定，結構梁、板、柱、承重墻按建筑的耐火等級分別滿足不同的耐火極限要求，如耐火等級為一級的建筑，則梁、板、柱、承重墻分別滿足耐火2.0h、1.5h、3.0h、3.0h要求。鋼筋混凝土結構滿足受力條件下滿足耐火要求比較容易，一般不用另加防火構造，如《建筑設計防火規范》附錄，簡支鋼筋混凝土梁的保護層厚度為25mm厚（預應力50mm厚），耐火極限可以滿足2.0h；80mm厚的現澆混凝土樓板（20mm厚保護層）耐火極限則可以達到1.5h；300mm×300mm（或200mm×500mm）的鋼筋混凝土柱耐火極限可以達到3.0h；承重墻鋼筋混凝土實體墻180mm厚耐火極限可以達到3.5h。鋼結構需增加防火涂料或者防火包覆等必要的構造措施才能滿足相應的耐火極限要求。

本項目中A1樓為鋼框架結構，A2樓為鋼框架混凝土核心筒結構，A3樓為鋼框架—耗能支撐加鋼筋混凝土核心筒結構。項目采用鋼筋混凝土和鋼結構體系，或兩者結合的體系，耐火等級為一級，其中所有外露鋼結構表面均需要噴涂防火涂料進行保護，鋼結構柱耐火極限達3.0h及以上，鋼結構梁耐火極限達2.0h及以上；鋼筋混凝土承重墻、柱耐火極限達3.0h及以上，樓板耐火極限達1.5h及以上。

第二，中庭與其他防火分區相鄰處，在防火墻兩側設置長度≥2m（轉角處≥4m）、耐火極限≥1.0h的不燃墻體或乙級防火窗作為防止火災蔓延的構造措施。

3.3? 自動噴水滅火系統

建筑內部還設有自動噴水滅火系統和消火栓滅火系統，保護范圍覆蓋整個中庭區域。部分中庭高度超過12m，設置大空間智能型主動噴水滅火系統。

自動噴水滅火系統和消火栓滅火系統是現代高層建筑消防設計的基本配置。室內消火栓系統由水槍、水帶、消火栓、消防管道和水源等組成，室外給水管網的水壓不能滿足室內消防要求時，還要設置消防水泵和水箱。室內消火栓系統用于撲滅初期火災效果良好。自動噴水滅火系統由灑水噴頭、報警閥組、水流報警裝置等組件以及管道、供水設施組成。系統的管道內充滿有壓水，一旦發生火災，噴頭動作后立即噴水，在火災初期能快速響應并撲滅或控制火情，是目前世界上采用最廣泛的一種固定式消防設施。

項目中庭總計19個，吊頂高度在12m以下的占比90%，吊頂高度超過12m的占比10%。凈空高度小于12m的中庭空間采用自動噴水滅火系統，即設置噴淋系統；大于12m的中庭部位，如A2樓、A3樓入口門廳部位，依據《大空間智能型主動噴水滅火系統技術規程》[3]規定，采用邊墻行布置方式的水炮設置，即采用1個智能型紅外探測組件控制1個標準大空間噴頭的標準型大空間智能滅火裝置，系統設計流量20L/s，作用時間1h。大空間智能型主動噴水滅火系統的優勢在于，大空間場所發生火災后，其能自動掃描火源，并精確定位、響應滅火，反應速度快，它實現的是被動滅火到主動滅火的一種轉變，相比于傳統滅火方式更加高效安全。

3.4? 防排煙系統

項目中庭空間采用防排煙系統設計，能快速排除火災產生的熱氣和煙氣，為消防安全疏散提供有利條件。項目的中庭一部分采用自然排煙，另一部分采用機械排煙。自然排煙是利用熱煙氣產生的浮力、熱壓或其他自然作用力使煙氣排出室外。項目一部分中庭在頂部外墻上設置可開啟面積不小于建筑面積的5%的電動排煙窗，電動排煙窗具備防失效功能，保證在火災情況下能動作打開并處于全開位置，電動排煙窗具備與火災報警系統聯動控制功能和遠程控制開啟功能，且具備現場手動開啟功能。機械排煙的原理與自然排煙相近，機械排煙主要是在自然排煙以及在外墻設置可開啟外窗排煙口的基礎上，改進排煙口設計并在排煙口內部增加一定的機械助力裝置以增強排煙口的排煙效果，可以有效提升排煙速度，而且排煙口位置不受外墻限制，大小形狀比較自由，且口部可以結合精裝綜合設置百葉，保證美觀。項目一部分中庭采用的是機械排煙，排煙風機設在屋頂。

4 結語

本文針對高層建筑中多個中庭設計導致豎向空間上“隱形”貫通的消防問題，結合XX綜合樓項目案例，從防火分區、防火構造、安全疏散、自動噴水滅火系統、防排煙系統等多專業、多角度進行了消防設計探究，對中庭防火問題進行了綜合解決。當前，××綜合樓項目已通過第三方審核，并順利通過了消防驗收，希望能為高層建筑的中庭消防設計提供一些參考。

參考文獻：

[1]中國建筑工業出版社，中國建筑學會.建筑設計資料集第5分冊休閑娛樂、餐飲、旅館、商業[M].北京：中國建筑工業出版社，2017.

[2]GB 50016—2014（2018年版）建筑設計防火規范[S].

[3]CECS263：2009 大空間智能型主動噴水滅火系統技術規程[S].

An investigation into the fire protection design of atriums in high-rise buildings

—Taking ×× comprehensive building as an example

Su Lihui

（China Jingye Engineering & Technology Co.，Beijing 100088）

AbstraCt： Aiming at the problem of multiple atrium designs in high-rise buildings leading to invisible penetration in vertical space， combining with the case of ×× Complex Building Project， the fire protection issues such as fire partition， fire protection structure， safety evacuation， automatic sprinkler system， smoke evacuation system and so on of the atrium are discussed.

Keywords： high-rise building; atrium; fire protection design