浅谈高层建筑的防火设计

1 浅谈高层建筑的防火设计 Fire protection design of tall buildings 摘要 随着建筑技术的发展和不断完善 高层建筑在现代社会中被大 量应用 鉴于高层建筑火灾后果的严重性 其防火问题日益受到关注 根据目 前国内高层建筑发生火灾的特点 探讨了高层建筑防火设计必须考虑的几个方 面 Abstract with the development of building technology and constantly improve high rise buildings in the modern society is a large number of applications in view of the seriousness of the consequences of the high rise building fire the fire problem attracts more and more attention According to the characteristics of fire in the domestic high rise buildings several aspects of the fire protection design of high rise buildings are discussed 关键词 高层建筑 火灾特点 防火设计 安全疏散 Key words high rise building fire safety evacuation design characteristics of fire 1 高层建筑的概念 综合国外对高层建筑起始高度的划分 考虑我国经济条件与消防装备等现 实情况 规定十层及十层以上的住宅建筑和高度超过 24m 的其他工业与民用建 筑为高层建筑 又将高度超过 100m 的建筑称为超高层建筑 2 火灾事故 2 1 巴西焦玛大楼火灾 2 1 1 火灾略述 1974 年 2 月 1 日上午 8 50 巴西圣保罗焦玛办公大楼第 12 层北侧办 公室的窗式空调器突发起火 窗帘引燃房间吊顶和隔墙 房间在十多分钟就达 到轰燃 9 时 10 分消防队到达现场时 火焰已窜出窗外沿外墙向上蔓延 起火 楼层的火势在水平方向传播开来 烟 火充满了惟一的开敞楼梯间 并使上部 各楼层燃烧起来 外墙上的火焰也逐层向上蔓延 消防队到达现场后仅半个小 时 大火就烧到 25 层 虽然消防局出动了大批登高车 水泵车和其他救险车辆 但消防队员无法到达起火层进行扑救 10 时 30 分 12 一 25 层的可燃物烧尽之 后 火势才开始减弱 2 1 2 事故主要原因 a 设计缺陷 焦玛大楼火灾造成惨重人员伤亡的一个主要原因 是由于这 座总高度约 70m 集办公和车库成一体的综合性高层建筑 从标准层平面看 楼 梯和电梯敞开在连接东 西两部分的走道上 这是极其错误的 根据高层建筑 的火灾规律 楼梯间的作用是保证起火层及起火层以上人员疏散的安全 阻止 起火层的烟火向其他楼层传播 1 b 救助缺陷 焦玛大楼火灾失去控制的重要原因 在于消防队员无法到达 起火层进行火灾扑救 因为在建筑设计中没有设置火灾时能保证消防队员迅速 到达起火层的消防电梯 消防电梯可保证发生火灾情况下正常运行而不受到火 灾的威胁 电梯厅门外有一个可阻止烟火侵袭的安全地区 即前室 并以此为 据点可开展火灾扑救 由于设计时没有这样考虑 消防队员到达现场后 只能 望火兴叹 c 装修缺陷 焦玛大楼虽然是钢筋混凝土结构的高层建筑 但隔墙和室内 吊顶使用的木材是可燃物 当初期火灾不能及时扑灭 可燃材料容易失去控制 而酿成大灾可见选材不当所造成的严重后果 d 灭火缺陷 火灾时因消防设备不足 缺少消防水源 导致火灾蔓延扩大 焦玛大楼未设自动和手动火灾报警装置 自动喷水灭火设备 无火灾事故照明 和疏散指示标志 虽然设有消火栓给水系统 但未设消防水泵 也无消防水泵 接合器 2 2 北京玉泉营环岛家具城火灾 1998 年 5 月 17 日 北京玉泉营环岛家具城发生火灾 火灾从家具城的北 厅烧起 导致 17000m2 的家具全部烧毁 直接经济损失为 2087 7 万元 2 2 1 建筑概况 玉泉营环岛家具城是大空间建筑 内部未设置防火分区及防火分隔物 2 2 2 火灾发展情况 经鉴定 这起火灾是由电铃线圈过热引燃周围可燃物而引发的 线圈首先烤 燃了其外面包裹的牛皮纸 塑料布及底座 火星落到沙发上 引起快速燃烧 由于展销的家具密集 造成火灾迅速扩大 由此可见 低劣的电气产品的严重危 害 2 2 3 主要经验教训 a 对大型建筑空间防火重要性认识不足 对大空间火灾的特殊性重视不够 在防火安全设计方面有严重缺陷 17000m 2 的营业厅未设防火分区 违反了有 关防火规范的规定 b 对钢结构防火保护设计重视不够 耐火极限不符合规范要求 c 消防设备不配套 未设事故备用电源 火灾发生时 火灾报警设备尚未 安装 自动洒水灭火系统虽然已经安装 但因没有事故电源 正常供电停止后 不能工作 被火灾烧毁 3 高层建筑火灾特点 3 1 高层建筑火灾蔓延途径多 火势迅猛 高层建筑内一旦起火 建筑内的各种楼梯间 管道井 电缆井 排风道等 犹如高耸的烟囱 烟囱效应十分强烈 再加之高层建筑所承受的风力也是导致 火灾快速蔓延的主要因素 因此 建筑物越高 火灾扩散蔓延速度越迅猛 巴 西圣保罗 安得拉斯 大楼发生火灾时风速为 716m s 火舌从大楼窗口卷出十 几米 使处于下风侧面 4Om 处的建筑物相继起火 连成火海 3 2 高层建筑多功能 多设备 可燃装修材料量大再加之高层建筑标准较 高 电气化 自动化程度也高 各种电器设备繁多 漏电短路几率大为增加 极易引起火灾 特别是对内部装修和陈设采用不燃 难燃装修材料重视不足 甚 至有相当多的高层建筑使用了大量塑料装修 化纤地毯 用泡沫塑料来填充家具 这些可燃物在燃烧过程中会产生大量的有毒烟气和热量 同时要消耗大量的氧气 1 据测定分析 烟气中还含有一氧化碳 氯化氢等多种有毒成分 尤其是高温缺氧 更会对人体造成危害 3 3 高层建筑楼层高 人员集中 疏散困难 高层建筑层数多 垂直疏散 距离长 所以疏散到地面上的时间相当长 据联邦德国在 50 层建筑内进行疏散演 习 通过楼梯将人员疏散完毕竟达 Zh 以上 当火势涌起 短时间内疏散是很困难 的 如果楼梯设计不良 烟火窜人 人员根本无法疏散 往往造成巨大伤亡 4 高层建筑防火设计 建筑防火设计是建筑设计诸方面中一个很重要的问题 针对高层建筑发生 火灾的特点 其防火设计 应遵循 预防为主 防消结合 的方针 采用可靠的防 火措施 4 1 合理的规划总体布局 a 选址应在交通便捷处 根据城市规划确定的高层建筑位置应有方便的 道路通过 要求既宜靠近主干道 便于高层建筑中大量人流的集散 又便于消 防时的交通组织与疏散 b 保持建筑间的防火间距 为了保证登高消防车灭火操作的要求 及防 止火势飞扬蔓延 高层建筑总体设计应保持建筑间的防火间距 另外 带有危 险性质的设备用房应远离并分区设置 c 对裙房附体的限制 我国 高层民用建筑防火规范 对裙房作了明 确的规定 高层建筑的底边至少有一边或周边长度的 1 4 且不小于一个长边 的长度 不应布置高度大于 5m 深度大于 4m 的裙房 且在此范围内 必须设 有直通室外的楼梯 或直通楼梯间的出口 d 消防车道的要求 规范要求高层建筑周围应设宽度大于 4m 的环行车 道 或设不小于 15m 15m 的尽端式回车场 如果建筑物总长度大于 220m 或 临街长度大于 150m 则应设置净高 净宽大于 4m 的穿过建筑的消防车道 4 2 合适的防火间距和防火分区 a 防火分区的设置 在高层建筑设计中 合理的进行防火分区能把火势控 制在一定范围内 减少损失 并为人员逃生灭火提供时间 B 防火间距的设置 适当的防火间距对于高层建筑防火安全也是十分重要 的 高层建筑主楼之间的防火间距不能小于 13m 主楼与裙楼的防火间距不小 于 9m 4 3 提高建筑的耐火构造 我国 高层民用建筑防火规范 将高层建筑分为两大类 并对建筑物各个 部位的耐火性能及耐火极限作了明确规定 一类包括性质重要的高级旅馆 医 院 建筑高度超过 50m 或 24m 以上部分的任一楼的建筑面积超过 1000m2 的 商业楼 展览楼 综合楼 电信楼 财贸金融楼等 建筑高度超过 50m 或 24m 以上部分的任一楼层的建筑面积超过 1500m2 的商住楼 建筑高度超过 50m 的 教学楼 普通旅馆 办公楼 科研楼以及十九层及十九层以上的住宅等为一级 并规定墙柱耐火极限和燃烧性能为 3h 粱板分别为 2h 和 1 5h 二类包括 10 18 层住宅 高度 24 50m 的办公楼 教学楼 旅馆等 它的耐火等级 为二级 规定墙柱须耐火 2 5h 梁板分别为 1 5h 和 1h 4 4 理性的安全疏散系统 根据房屋建筑楼房多的特点 安全疏散系统可细分为水平方向疏散 垂直 方向疏散两个方面加以综合考虑 1 4 4 1 水平方向疏散系统 走道是水平方向疏散系统的关键要素 它应 简捷顺畅并应有事故照明 方向指示 排烟灭火等措施 主要考虑以下几个方 面 a 疏散距离 疏散所需时间及通道宽度 b 楼梯配置 每个防火分区内应以不少于两个防烟楼梯构成不同方向的安 全出口 一方受阻即可向另一方疏散 c 走道形式 高层建筑应尽可能采用环形走道方式 如受实际条件限制出 现不利疏散的袋形走道时 除要限制其长度 还需在尽端增设垂直避难口或缓 降器一类的辅助设施 4 4 2 垂直方向疏散系统 该系统主要由楼梯 电梯 屋顶机场 避难层 等子系统组成 楼梯疏散系统 楼梯是垂直疏散的主要手段 一类建筑和除单元式和 通廊式住宅外的建筑高度超过 32m 的二类建筑以及塔式住宅 均应设防烟楼梯 间 二类建筑可根据实际情况以敞开式楼梯间疏散 另外 裙房和高层主体应 各自设置楼梯间 以避免高层疏散人员与裙房疏散人员相互干扰 电梯疏散系统 电梯运行速度超过楼梯许多倍 若能用于摩天楼的避 难 则可大大缩短疏散时间 避难层系统 火灾实例表明 高层建筑由上至下的疏散 往往长达 l 2h 为使受困人员免遭蔓延全楼的火势威胁 必须沿竖向设置若干扩大前 室 避难区 使人员得以缓冲和暂时避难 同时 它还可兼作消防队员灭火 救生的空中基地 具体宜每隔 l2 l5 层设置避难区 其面积 能容纳全楼人员 避难为准 可为数十至数百人 其中还须设防烟 照明 报警 灭火等设备 屋顶疏散系统 即设屋顶直升飞机场它不但能救援受困者 还可空运 消防队员自天而降灭火抢险 4 3 完善的消防设备系统 一般认为火灾在起火 l5 20min 后才开始蔓延燃烧 要迅速灭火并疏散人 员就必须迅速报警 否则片刻贻误都会酿成巨大损失 因此高层建筑必须采用 自动报警 自动灭火的消防设施系统 高层建筑报警系统主要包括人工报警和自动报警系统 2 种 前者以电 话 报警按钮为主要设施 简便经济但不准确及时 后者 主要包括探测器 区域报警器及集中报警器 3 个部分 其中探测器又主要包括感温探测器和感烟 探测器 感温探测器主要用于地下车库等火灾发生后产生烟少的部分 感烟探 测器则反之 另外消防中心作为整个火灾过程中的指挥 控制中心 管理着高 层建筑内分散各处的警报装置 灭火装置 防火门 排烟机等设备 宜尽量布 置在首层且与室外联系方便 接近消防车道之处 该中心应以耐火的墙体及防 火门围护 高层建筑灭火系统 高层建筑火灾必须立足于自救 因此灭火设备极 其重要 初期灭火主要采用自动喷水 气 泡沫 灭火设备和手动灭火设施 前 者包括闭式和开式两种给水方式 具体选择根据地区气候特点及建筑功能部分 的性质决定 如南方地区冬季较为潮湿 宜选用开式缩水方式 计算机 变 配电室等房间不宜用水灭火 宜采用七氟丙炳等气体灭火 c 设计好高层建筑的防排烟系统 防排烟系统也是建筑被动防火措施的一 项重要技术 当火灾发展蔓延后 由于火灾烟气具有遮光性 毒性和恐怖性等 特点 因此防排烟系统对于保证人员安全疏散具有重要意义 防排烟系统主要 1 包括防烟设施和排烟设施 我国 高层民用建筑防火规范 中规定 一类高层 建筑和建筑高度超过 32m 的二类高层建筑下列部位应设排烟设施 长度超 过 20m 的内走道 面积超过 100m 2 且经常有人停留或可燃物较多的房间 高层建筑的中庭和经常有人停留或可燃物较多的地下室 同时 机械加压送 风和机械排烟的风速 应符合下列规定 采用金属风道时 不应大于 20m s 采用内表面光滑的混凝土等非金属材料风道时 不应大于 15m s 送风口的风速不宜大于 7m s 排烟口的风速不宜大于 10m s 5 总结 随着高层建筑的普及应用 高层建筑的火灾问题也越来越被重视 本文根 据高层建筑的火灾特点 综合考虑高层防火中的问题 认为高层建筑防火设计 应该从以下方面入手 1 针对不同的结构应该采取不同的相应防火措施 尽量提高火灾时结构 的抗变形能力 为人员疏散提供足够的时间 2 建筑所用材料 防火间距 人员自救能力这三个方面在防火设计中都 是必不可少的影响因素 3 在人员安全疏散方面 应该合理设计疏散通道 避难层和防排烟系统 在火灾时为人员疏散提供保障 通过上述设计理念和具体措施 提高高层建筑 的防火能力 能遏制重特大火灾事故的发生 避免和减轻高层建筑火灾对人民 生命财产造成的危害 参考文献 1 霍然 胡源 李元洲 建筑火灾安全工程导论 M 中国科学 技术大学出版社 1999 年版 2 中华人民共和国建设部主编 高层民用建筑防火规范 GB50045 95 2005 年版 北京 中国建筑工业出版社 3 建筑防火设计原理 中国人民公安大学出版社 4 火灾自动报警系统设计规范 GB 50116 98 北京 中国计划出 版社 2011 5 吴庆洲 建筑安全 中国建筑工业出版社