超高层住宅建筑防火设计

超高层住宅建筑防火设计【摘要】本文针对超高层住宅建筑的防火要求，分析了其在耐火等级、防火分区、防烟分区、安全疏散等方面的防火设计，为这类建筑物的防火设计提供切实可行的设计方法。【关键词】超高层住宅建筑1前言随着人口密度的增加，尤其是大城市，为了提高市民的居住水平，高层住宅如雨后春笋般不断出现。特别是改革开放以来，发展超高层住宅建筑已成为明显的趋势，因为他比普通高层住宅更能充分利用空间，更加有效地解决大城市土地紧张和住房条件差的困难，所以在一些大城市超高层住宅发展很快，大有方兴未艾之势。超高层住宅建筑即是超过100米的住宅建筑。然而正因为它的层数多，人口密集，导致了其在人员疏散和火灾扑救上的困难情况，给防火设计工作带来了一些问题，需要进行较深入的探讨。2超高层住宅建筑的消防特点2．1火势蔓延快超高层建筑的楼梯间、电梯井、管道井、风道、电缆井、排气道等竖向井道，如果防火分隔存在问题，发生火灾时将像一座座高耸的烟囱，成为火势迅速蔓延的途径。据测定，在火灾初起阶段，因空气对流，在水平方向造成的烟气扩散速度为0.3米/秒，在火灾燃烧猛烈阶段，由于高温状态下的热对流而造成的水平方向烟气扩散速度为0.5～3米/秒；烟气沿楼梯间或其它竖向管井垂直方向扩散速度为3～4米/秒。如一座高度为100米的大楼，在无阻挡的情况下，半分钟左右，烟气就能顺竖向管井扩散到顶层。2．2疏散困难超高层住宅建筑的特点：一是层数特别多，垂直距离长，疏散到地面或其他安全场所的时间会很长；二是人员很集中；三是发生火灾时由于各种竖井拔气力大，火势和烟雾向上蔓延快，增加了疏散的困难。普通电梯在火灾时由于切断电源等原因，往往停止运转，为此，安全疏散主要还是依靠楼梯，而楼梯间内一旦窜入烟气，就会严重影响人员疏散。这些，都是超高层住宅建筑的不利因素和条件。2．3扑救难度大超高层建筑发生火灾时从室外进行扑救相当困难，主要是：1）灭火进攻困难。一方面缺乏地面消防行动展开的场地。另一方面，外部灭火进攻受到限制。因为现在配置的消防云梯车最高仅能达到70余米，所以超高层住宅建筑上部发生火灾时，消防队员是无法进行外攻的。2）登高困难。当上部楼层发生火灾时，如果停电，消防电梯也失效时，消防队员只能通过室内楼梯登高。消防队员负重登高，因体力因素导致心跳加快，呼吸气喘，影响灭火战斗的展开。而且通过楼梯间登高时，也会与楼梯间内往下疏散的人流碰撞，严重影响登高速度，贻误灭火救援的时机。3超高层住宅建筑的耐火等级根据高层民用建筑防火安全的需要和高层建筑结构的现实情况，将高层民用建筑的耐火等级分为两级。《高规》有关条文规定，一类高层民用建筑的耐火等级应为一级，二类高层民用建筑的耐火等级不应低于二级。超高层住宅建筑属于一类高层民用建筑，因此耐火等级应为一级。由于超高层住宅建筑，不仅规模大，而且性质重要，还有风道、空调等竖向管井，有的还要使用大量的可燃装修材料。一旦防火分分隔处理不好，往往成为火灾蔓延的途径；还有老人、小孩等，紧急疏散十分困难。如果发生火灾、火势蔓延快，疏散和扑救都很困难，容易造成重大损失和伤亡事故。因此，对其耐火等级要求高于二类建筑是合理的。4超高层住宅建筑的防火、防烟分区4．1超高层住宅建筑的防火分区当超高层住宅建筑内的某一个房间失火时，燃烧产生的大量热能可以把火灾迅速向周围传播，并最终导致整个建筑物全部起火。有效地阻止火势蔓延，把火灾控制在一定范围之内，并最后扑灭火灾，是十分必要的。惟有在建筑物内部的防火分区可以担当此任。4．1．1水平防火分区超高层住宅建筑的每个防火分区建筑面积不应超过1000平方米。（设有自动灭火系统的防火分区，其允许最大的建筑面积为2000平方米；当局部设置自动灭火系统时，增加面积可按局部面积的一倍计算）划分防火分区时除考虑最大建筑面积这一主要因素外，还必须结合建筑物的平面形状、人流情况妥善确定防火分隔物的具体位置。4．1．2竖向防火分区火灾不仅能在起火楼层水平蔓延，而且还能沿着建筑物的外墙洞口及室内各种竖向井道（包括敞开式楼梯间）向上蔓延。为了把火灾控制在一个特定的垂直高度范围内，超高层住宅建筑应划分竖向防火分区。超高层住宅建筑内如设有上、下层相互连通的走廊、敞开楼梯、跨层窗等开口部位时，应按上下连通层作为一个防火分区对待。4．1．3外墙防火分隔火势除由内部各竖向井道向上扩散外，还通过门窗洞口向上层蔓延。因而，上、下层窗间墙高度至少宜有1.5米左右，若有凸出墙面的水平遮阳板、阳台等构件时，其上述高度可适当减少，因这几种构件可以起到阻挡火焰接近上层窗口的作用。4．2超高层住宅建筑的防烟分区超高层住宅建筑的防烟分区的设置原则应该满足有关规定的要求。其防烟分区的划分可以按建筑空间的不同用途来划分，也可以按每层的建筑面积划分，还可以按楼层划分。从防排烟的规律看，在进行建筑设计时应特别注意的是垂直划分防烟分区，对于超高层住宅建筑来说，可以把其按15～20层分段，一般是利用不连续的电梯竖井在分段处错开，楼梯间也做成不连续的，这样处理能有效地防止烟气无限制地向上蔓延，对超高层住宅建筑的安全是十分有益的。5超高层住宅建筑的安全疏散问题5．1安全出口超高层住宅的每个防火分区范围内至少应该有两个不同疏散方向的安全出口。安全出口应为防烟楼梯间，要有直接自然采光通风。作为安全出口的楼梯间各层不应变更位置，而且在底层要有直通室外的外门。考虑到失火时居民向下和向上两个方向避难的可能性，每个作为安全出口的楼梯间要直通屋面，但顶层设为通廊时可以只有两个楼梯间直通屋面。作为安全出口的楼梯间宽度应按人数最多一层每1米/100人计，但不得小于1.1米。楼梯不得采用扇型踏步和螺旋踏步。5．2疏散通道超高层住宅的公共走廊是连接住户与安全出口的疏散通道。其疏散距离和宽度是保证疏散安全的重要方面。住户的户门至最近的安全出口（外部出口或楼梯间）的最大距离：位于两个安全出口之间时应为40米，位于袋形过道一侧时为20米。超高层住宅建筑内房间门至户门的距离应不大于15米。作疏散通道的公共走道宽度按人数最多一层1米/100人计算。但在走道一侧布置住户时最小宽度为1.2米，在走道两侧布置住户时最小宽度为1.35米。当疏散通道长度超过20米时应有天然的直接采光通风，否则应设排烟设施和事故照明。5．3防烟楼梯超高层住宅建筑防烟楼梯的设计应在楼梯间前设前室或外廊，烟气一旦侵入必须在前室或外廊内排除，要防止烟气侵入楼梯间。防烟楼梯间的前室应视为第一安全地带。防烟楼梯的前室面积不小于6米2，如与消防电梯合用前室，则面积不应小于10米2。作为防烟楼梯间的第一安全地带的前室或外廊要有良好的排烟条件，一般采用以下方法：1）设有前室的防烟楼梯要将通向前室及通向防烟楼梯间的门设计成乙级防火门。2）防烟楼梯的前室要靠外墙设置，在外墙上开设不小于2米2的排烟窗，如与消防电梯合用时则不小于3米2。3）不能靠外墙布置排烟窗时，则要在前室设置自然排烟竖井或机械排烟设施。在前室的竖井墙上设进风口和排烟口，进风口应设在下部，排烟口应设在上部。采用机械排烟时用使用前室及楼梯间保持正压。5．4消防电梯超高层住宅建筑的每个防火分区应设置一台消防电梯。当火灾发生时，普通电梯应立即降到底层停驶。消防电梯供消防人员迅速进入火场及时运送消防器材及抢救伤员。这就要求消防电梯具有在火灾时也能安全运转的条件。从经济上考虑，消防电梯一般是和客梯合用的，满足以下要求的客梯就可以作为消防电梯：1）消防电梯为运送消防器材及救护伤员的要求，其轿箱载重量应与之相适应。2）为确保消防队员的活动，消防电梯要设有防烟前室。其防烟前室可以独用或与防烟楼梯合用。独用前室面积不应小于4.5米2，其尺寸要考虑适应放置消防器材和伤员担架的要求。合用前室面积不应小于6米2。前室的门要采用乙级防火门。3）消防电梯的前室应尽可能靠外墙，在底层设直通室外的出入口。不能直接通室外时，前室到外门的通过距离应不大于30米。4）消防电梯应有独立的电梯及电梯机房，其耐火极限不低于3小时，在一组电梯中有一部作消防电梯时，其井道和机房要同普通电梯隔开，机房之间的隔墙应做防火墙。5）消防电梯的行驶速度，应按从首层到顶层的运行时间不超过60秒计算确定。根据这一要求，超高层住宅建筑如果高度超过120米，宜选用速度为2米/秒的电梯。6）为提高消防电梯自身的安全可靠程度，其轿箱的内部装修应采用不燃内装修材料，严禁采用易燃、可燃内装修材料。7）为便于与外界取得联系，消防电梯轿箱内应设专用电话。为便于消防人员及时控制并使用消防电梯，还应在首层设置专供消费哪个队员使用的操作按钮。火灾时，此按钮一经使用，平时使用的控制按钮即告失效，并使电梯降到首层，以保证消防人员使用。8）消防电梯前室门口宜设当水设施。5．5避难层超高层住宅建筑的避难层多采用封闭式避难层。其周围应设有耐火的围护结构（外墙、楼板），室内应设有独立的空调和防排烟系统，如在外墙上开设窗口时，应采用防火窗。还应设有可靠的消防设施，能够防止烟气和火焰的侵害，同时还可以避免外界气候条件的影响。避难层的人员占用面积指标是设计人员比较关心的问题，聚集在避难层的人员密度一般都比平时大，在不致过分拥挤的前提下，考虑我国人员的体型特点，人均避难面积应保证不小于0.2米2/人。隔几层设置一个避难层，这个每层居住人数有关，居住密度高的，相隔层数不宜过多，反之，可以适当防宽层数，一般情况下，避难层应按垂直高度每隔10～15层设置一个为好，这样既能控制疏散时间不会过长，又符合建筑本身垂直管道分层设置的需要。总之自建筑首层至第一个避难层或两个避难层之间不宜超过十五层。如香港“合和中心”大楼，共66层，总高度215米，共设置了四个避难层。就一般情况而言，上述要求可以是疏散时间不会超过允许疏散时间，同时又能是避难层与建筑物的设备层相结合，减少过多地占用建筑物的使用空间。此外，屋顶平台等场地可以作为敞开的避难层，这样，可以解决超高层住宅楼层高设置避难层数多，而占用过多的建筑面积的矛盾，既节省了建筑资金又满足了消防安全要求。上海某宾馆高43层，设置了三个避难层，其中一层利用屋顶层。采用避难层，其目的都是为了保证避难者的人身安全，因此，在建筑结构上要采取严密的防火措施，使避难层前后、左右、上下均不会受烟气和火焰的直接威胁。5．6屋顶直升机停机坪超高层住宅建筑应在屋顶设置直升机停机坪。尽管其设置费用昂贵，但屋顶直升机停机坪作为一种垂直方向的疏散避难设施是不容忽视的。它至少有三个方面的作用：1）及时组织疏散和营救避难人员。2）运送伤亡人员。3）提供灭火活动场地。超高层住宅建筑中、下段起火，人们往往习惯向上逃生至屋顶，期待营救。而且超高层住宅入住的人员相当密集，单向下疏散是不能完全应付的。如“安得拉斯”大楼，火灾时由于组织指挥及时，直升机在屋顶上救出了350人，占了当时被围困在楼内1000余人的35%。屋顶直升机停机坪还可为直升机提供灭火场地，尤其当楼内消防电梯不能满足火场需要或因断电，电梯不能运行时，空运消防人员和器材自高而下到达起火层展开灭火救灾活动，这对及时控制火势将会有很大的作用。屋顶直升机停机坪要由起飞着陆区、联系楼梯、消防器材装备及监控设备等部分组成。起飞着陆区是供直升机进行起飞和着陆操作的区域，也是直升机降落后停留的场地。起飞着陆区的防火设计要求：1）起降区多采用矩形或圆形，其面积主要取决与可能投入使用的最大直升机的全长（一般为直升机全长的1.5～2.0倍的平方值）；着陆地区应位于场地中央，其边长（或直径）应等于可能接纳的最大型直升机旋翼的直径，其边界应漆以醒目的实线；着陆地区内地面中心处应设有明显的标志，其标志若为三角形时，其实心角应指向北方，为便于确认，标志可采用黄色或白色。2）设在超高层住宅建筑屋顶上的起降区的场地结构，必须考虑各种荷载的冲击作用，并保证直升机在降落时不致使场地遭到破坏。停机坪的场地结构应采用现浇整体式钢筋混凝土结构或有防火的钢结构，无论采用何种结构类型，其构件的耐火极限均应满足有关规定的要求。其地面应采用非燃烧材料制作。3）为确保直升机在夜间也能顺利起降，应设置着陆灯