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监理工程师要点:超高层建筑的消防安全特性及防火设计
作者:admin   发布于:2016-05-26
一、超高层建筑的定义与分类

随着经济的发展,城市人口迅速增加,用地紧张的困境日益突出,超高层建筑可以更充分地利用有限空间,节约土地,通过集中布设地上、地下的各种管线而降低市政工程的投资。而且超高层建筑汇集了城市在建筑、结构、机械设备、建筑材料和施工技术等所有科技的最高成就,表现了城市社会、经济文化程度和现代化步伐,许多超高层建筑更是成为了一个城市或地区的重要景观和地标。此外,超高层建筑面积大,将多种功能,如办公、旅馆、公寓和购物综合在一座建筑里,方便了人们的生活。

我国的建筑规范中并没有明确的规定“超高层建筑”的定义,而是把建筑高度超过24米的公共建筑和十层及十层以上的居住建筑均视为“高层民用建筑”。1972年,在美国宾夕法尼亚洲伯利恒市召开的国际高层建筑会议对高层建筑的定义取得了较统一的认识,把高层建筑划分为四类:第一类高层建筑:9~16层(最高到50m);第二类高层建筑:17~25层(最高到75m);第三类高层建筑:26~40层(最高到100m);第四类超高层建筑:40层以上(高度在100m以上)。我国《高层民用建筑设计防火规范》对超高层虽无明确规定,但对于高度超过100m,层数超过32层的建筑在避难层、停机坪、消防水压、灭火设施、正压排烟及火灾自动报警方面都有特殊的要求。

二、超高层建筑的消防安全特点

超高层建筑作为一个地区和城市的标志,建造耗资巨大,涉及建筑、结构、设备、防火、交通、能源、环境等一系列的问题,是一个地区经济、科技、美学的综合结晶。但是,由于这种建筑物高度高、人员多、设备及管线系统复杂,火灾事故的隐患大,在自然灾害(地震、强风)、内部设备系统故障事故、人为火灾等难以抗拒或防范的情况下,一旦发生火灾,疏散与扑救都十分困难,将直接威胁着生命财产安全,因此火灾是超高层建筑的头号大敌,其消防安全成为不可避免的首要问题之一。

(一)功能用途复杂、点火源多

超高层建筑主体建筑高、功能复杂,大多数主体建筑底层建有裙楼,作为商场、餐饮、娱乐等商业功能使用,主体建筑多数作为住宅、办公、宾馆等使用。而且超高层建筑的用电设备种类多,数量大,超载、短路、发生小火花的现象增多;车库停车多、储油量大;流动人员多,吸烟人多;雷击现象、周围环境飞火等也是超高层建筑可能发生火灾的点火源,火灾荷载密度大。

(二)竖向管井多、可燃物集中,容易形成烟囱效应

超高层建筑内部垂直的楼梯间、电梯井、管道井、电缆井、排气道、垃圾道以及其它封堵不严密的各类竖向管井众多,其陈设和装修材料大多是可燃、易燃物品,一旦发生火灾,容易沿着这些竖向管井快速蔓延。而且这些竖向管井犹如一座座高耸的烟囱,火灾时,容易形成烟囱效应,助长烟气火势的蔓延。建筑高度越高,烟囱效应越强烈。实验资料证明,超高层建筑中火灾烟气沿着垂直楼梯间、电梯井等竖向井道垂直上升的速度达每秒3到4米,有时甚至可达每秒8米。

(三)安全疏散困难,人员密集,容易造成重大伤亡

40层以上超高层建筑着火时,要使人员迅速疏散到地面或避难空间十分困难。由于火灾时客用电梯必须停止使用,消防电梯主要为消防队员专用,消防云梯车的高度也有极限,所以楼梯间是人员垂直疏散的唯一手段。但超高层建筑的垂直疏散距离长,人员密集,疏散时间也相应大幅增加。据消防部门的测试,一名消防战士从40层150米的位置下到建筑的第一层需要十几分钟,那么普通人员或是老人、小孩等所需要的疏散时间就会更长。而烟气的垂直流动速度为2~4米/秒,在垂直方向1分钟就可以蔓延几十层。人员的疏散速度比烟气流动速度要慢超过100倍,而且疏散方向与烟火蔓延方向相反,进一步增加了人员疏散的艰难和危险性,容易造成重大伤亡。

(四)火灾扑救难度大,对装备手段的要求高

超高层建筑与普通建筑相比,其火灾扑救难度相对较大。由于城市高楼林立,缺乏地面消防行动展开的场地,而且从国内现有的超高层建筑来看,外墙大多采用玻璃幕墙,破碎后极易造成地面人员伤亡,并对破坏地面的消防车辆及供水器材,加上外墙采用固定窗,消防人员接近起火点非常困难。此外,现有消防装备远远无法满足超高层建筑的灭火救援需要。目前,消防登高车的最大救援高度约为100米。超高层建筑发生火灾,灭火用水量比较大,有时需要达到100升/秒以上。经灭火演练测试,三辆大功率消防车串联,通过水泵结合器供水,高度只能达到160米,通过水带直接供水,高度只有150米,而消防直升机尚未得到普遍应用。因此,超过150m的楼层几乎只能主要依靠建筑内部自身的消防设施来保障,外部手段效果甚微。

此外,还有一个经常被忽略的火灾隐患,就是超高层建筑在施工期间的消防安全问题。超高层建筑的施工周期一般都较长,施工现场临时动火多,用电量大,易燃、可燃材料集中。同时,消防设施未开通,缺少消防水源和消防通道,只有临时消防水源,一旦发生火灾,不能保证消防用水的水压和水量,消防扑救难度更大,尤其是在施工后期发生在中、高层甚至顶层的火灾。

三、超高层建筑的防火设计建议

我国的超高层建筑建设始于20世纪70年代,当时最典型的就是1976年建成的115米高的广州白云宾馆和1985年在深圳建成的158.95米高的国际贸易中心。后来,1996年建成的深圳地王大厦达到了81层,325米高;1998年建成的上海金茂大厦更是88层,高420.5米,成为新一代的地标性建筑。据不完全统计,全国现有百米以上的超高层已经接近1000栋。但是,由于我国超高层建筑起步晚,加之过去执行规范不严,目前的超高层建筑存在许多消防安全方面的问题,例如防火防烟分区不当,分隔不严,封闭或防烟楼梯间的问题较多;安全疏散楼梯安全出口存在数量不足、通道不畅的问题;普遍存在消防水池容量偏小的问题,消防水源不足,消防专用电源没有保障;室内装修的防火安全问题突出;消防设施使用管理上存在许多问题,维护保养无章可循。

就超高层建筑而言,香港是一个非常典型的发展案例。作为一个高速发展的城市,香港人口密集,用地紧张,其高层建筑的密度堪称世界之最,超高层建筑也比比皆是。因此,为了有效地保证这些高层建筑的消防安全,香港在超高层建筑的防火设计时会特别注意以下几个问题:

1.设置环形消防车道,至少确保建筑物的一个主要立面前可通行消防车辆,且应能保证救生与灭火操作的顺利展开;

2.保证附近有充足的水源满足灭火用水的需要,消火栓的供水能力不得低于4000L/min,城市主管道的供水压力不得小于170千帕,没有条件的地区则应贮备充足的消防用水;

3.注重建筑结构的耐火性,大多数建筑都采用的是钢筋混凝土结构,耐火极限的要求为l到4个小时。

4.保证逃生通道,进行安全疏散。由于用地紧张,任何建筑商都不愿让逃生通道占过多的面积。但香港的消防法规有明确的要求,必须保证足够的逃生通道。此外,高层建筑中每隔15层设置有避难层,可使人员处于暂时的安全状态,然后在消防队的组织指挥下,有秩序地疏散到最终的安全区域。

结合先进国家和地区的超高层建筑消防安全的经验,我们应遵循“预防为主,防消结合”的消防工作方针,在防火设计时就把握好以下几个方面:

1.采用混合结构。从防火性能的角度出发,超高层建筑的结构采用混合结构优于全钢结构。高温下,全钢结构受热后,很快会出现塑性变形,从而降低结构的承载能力,温度达到500℃时,强度会降低50%,超过1000℃时,强度呈几何级数下降,建筑的强度降低,加快了坍塌的速度。“9.11”事件中,世贸大厦南部塔楼在被撞后仅小时,即轰然倒塌,与其采用全钢结构大有关系。

2.从全局出发考虑超高层建筑的选址和总平面设置。从消防角度,超高层建筑一定要远离火灾危险性为甲、乙类厂(库)房,甲、乙、丙类液体和可燃气体储罐以及可燃材料堆物。总平面设置上要充分考虑防火间距、消防车道、消防扑救面及特殊房间的位置等。

3.综合考虑超高层建筑防排烟设计,最大限度地减少火灾时烟气的生成量,并使火灾时产生的烟气迅速排出,从而有效地防止烟气从着火区向非着火区蔓延扩散,特别是防止侵入作为疏散通道的走廊、楼梯间及其前室,以确保有一个安全的疏散通道和安全疏散所需要的时间。只有合理划分防烟分区,才能有效阻止烟雾扩散,将生命财产的损失降到最低。

4.安全疏散应成为设计的重点。超高层建筑的垂直疏散距离远、人员高度集中,需要疏散的时间长。而且火灾中,人流疏散的速度远慢于烟气流动的速度,加之疏散方向与烟火蔓延的方向、救援人员的前进方向相反,增加了疏散的困难和危险。超高层建筑防火设计中,应将疏散列为重中之重,应在建筑物的某一部分或楼层设置绝对安全区,如防烟楼梯间、避难层或避难间、疏散平台等,并设置消防应急照明和安全疏散指示标志,引导人员安全疏散和逃生自救。

5.按要求设置消防电梯,并对电梯井进行有效防火。防烟分隔电梯是人员垂直通行的主要途径,防烟楼梯间的设置尤为重要。为确保火灾时不使高温烟气进入电梯井内,消防电梯应设前室,设置面积符合规范要求,门口宜设挡水设施。出于自然排烟的考虑,消防电梯间前室宜靠外墙设置。为便于消防人员迅速而有效地利用消防电梯,在首层应设直通室外的出口,设置专供消防队员使用的操作按钮。

此外,还应加大建筑的消防科技含量,采取先进科技手段,设置自动报警系统和自动灭火系统、人员疏散诱导系统、居住者探测系统等智能系统,以确保火灾时的人员生命和财产安全。



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