科技与生活杂志：超高层建筑防火设计要点分析 |
| 2012-09-20 17:08 作者：王 涛 来源：硅谷网 HV： 编辑： 【搜索试试】
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【硅谷网9月20日讯】据《科技与生活》杂志2012年第13期刊文称，超高层建筑是今后建筑发展的必然趋势，然而防火问题一直是制约其发展的重要因素之一。本文从超高层建筑火灾特点出发，得出了超高层建筑防火设计要点为：合理布置高层建筑总体布局和防火分区、确保建筑物耐火能力、加强自然排烟设计及安全疏散设施设置。并给出了避难层、屋顶停机坪、玻璃幕墙三种超高层建筑防火措施。
超高层建筑是今后建筑发展的必然趋势，然而防火问题一直是制约其发展的重要因素之一。由于导致高层建筑发生火灾的因素较多，扑救难度大，高层建筑应立足于自防自救，采取可靠的防火措施，达到预防火灾的目的。本文从超高层建筑火灾特点出发，得出了超高层建筑防火设计要点，并给出了三种超高层建筑防火措施。
1超高层建筑火灾特点
超高层建筑火灾具有以下几个特点：
1）火势蔓延快：高层建筑各专业竖井林立，发生火灾时，这些竖井就像高耸的烟囱，构成火势迅速蔓延的主要途径。试验证明，烟气竖向扩散速度为3m/s～4m/s，100m的高层建筑在25m/s～35m/s左右，烟气即顺垂直通道从底层扩散到顶层，与此同时，火势也将蔓延扩大。
2）人员疏散困难：高层建筑层数多，人员集中，垂直疏散距离远，发生火灾时，要使人员迅速疏散到地面或建筑物内避难层及不受火灾威胁的安全部位，是十分艰难的。数千人、甚至数万人若从整幢大楼疏散到地面，少则几十分钟，多则几小时。
3）火灾扑救难度大：高层建筑火灾的扑救由于受到消防设施条件的限制，给灭火工作带来很大难度。如果超过消防登高车辆的高度则无法从室外扑救，只能依靠自救，即依靠室内的消防疏散设施。
2超高层建筑防火设计要点
按规定，我国高度超过100米的建筑为超高层建筑，防火设计按《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95执行。由于导致高层建筑发生火灾的因素较多，扑救难度大，因此高层建筑应立足于自防自救，采取可靠的防火措施，达到预防火灾的目的。因此，针对一上特点，高层建筑防火设计必须强调几个问题：
1）合理布置高层建筑总体布局和防火分区
总平面布置中的主，附体关系，该建筑与四周建筑的间距及车道的设置等等，均属与防止蔓延和迅速扑救密切相关的问题，也是进行建筑方面设计方案时须首先考虑的重要因素之一。合理的总平面布置，不但有利于火灾扑救，而且对防止火势蔓延有极大帮助。设计时需不折不扣执行。
防火分区是延缓火势蔓延的重要措施，包括水平和竖向两种。水平防火分区是应用防火墙，防火门及防火卷帘等将各楼层在水平方向分隔为两个或几个防火分区，根据《高规》要求，每一分区内要相应装设一些使防火门能自动关闭的装置，并且在建筑施工时，要做到防火卷帘安装时，卷筒与梁，卷筒与墙壁之间不能留有缝隙，能充分发挥其防火、阻烟作用。竖向防火分区主要指对建筑内部的垃圾井、水井（水管井）、电井（强、弱电）及楼、电梯间实行防火阻隔（水井、电井要求封堵），最大限度地降低火势蔓延速度，控制火灾燃烧面积。
2）确保建筑物耐火能力
《高层民用建筑设计防火规范》规定，一类高层建筑的耐火等级为一级，二类高层建筑耐火等级不低于二级，在高层建筑防火设计中应保证建筑物的耐火等级，使火灾发生时建筑物结构在较短时间内不会损坏，为人员疏散赢得时间，同时也减少火灾损失。可靠的耐火构造能减少起火，蔓延及保护人和建筑的安全。设计中除了应首先保证主体结构的耐火能力之外，还须对天棚，墙面等装修部位的耐火性能给予充分的考虑。
了追求建筑外观效果，部分高级公寓和住宅采用了玻璃幕墙，国内外建筑界对此颇有争议（日本、德国等国家明文规定禁止使用）。其中部分原因在于玻璃幕墙不但因抽风作用而成为火势蔓延的途径，而且在火灾发生后，常常等不到人员疏散完毕，幕墙就已达到耐火极限而向下掉落，严重影响人群的疏散。
3）加强自然排烟设计及安全疏散设施设置
目前，高层建筑中玻璃幕墙和竖向管道常常成为火势蔓延的途径，造成火势跳跃防火分区，扩大火灾损失；其次，大量高层建筑火灾证明了烟是高层建筑火灾中最大的杀手。因此，防排烟设计与安全疏散设施的设置是高层建筑防火设计中十分重要的环节。
国家明确规定电梯前室及相关地方增设防排烟系统，疏散楼梯增设正压送风系统。此外，还要加强自然排烟设计。自然排烟是一种经济、简单、易操作的排烟方式，宜优先采用；但由于楼梯间存在热压差（即烟囱效应），烟气往往充满楼梯间，使人们无法疏散，因此，要求楼梯间有一定的开窗面积，且排烟窗应设在墙面上方，同时要求能方便开启。
除了按规定设置不同形式的、数量足够且分布合理的疏散楼梯外，必须在防火门及疏散通道前上方及其附近设置明显的指示标志，以使人员能顺利疏散。
3超高层建筑防火措施
3.1避难层
有资料显示，城市安全部门曾经做过一个试验，让一名身强力壮的消防员从第33层跑到第1层，用了35分钟。如果是一名身体素质一般的人员或老人、小孩，所需时间肯定会更高，并且人在紧张慌乱的情形下，要在楼梯间内长时间行走，绝大多数的人会体力不支。而火借风势，30秒内就可以从第1层到达第33层。这样算来，在超高层建筑中人们跑到楼外逃生的可能性几乎为零。因此，在高层建筑中设置避难区域是解决这一问题的最有效办法，为疏散中的人群提供休息的场所，为残疾和受伤人员提供保护，直到得到消防人员的救助。这些避难层也可以用作救援队的疏散指挥点，实现建筑内的有序疏散。因此，我国《高层民用建筑设计防火规范》规定：建筑高度超过100米的公共建筑，应设置避难层（间）。
3.2屋顶停机坪
据了解，高层建筑火灾发展速度快，极易形成“冲天火柱”，因此居高临下的侦察显得尤为重要。直升机可以在很短时间飞抵火场，利用空中优势正确寻找起火部位、判断出燃烧物的性质，观察人员逃生情况，并把信息及时反馈到火场总指挥部。这些都能为火场指挥员做出正确部署灭火力量提供科学依据。
而在形势危急的情况下，直升机便将直接充当空中消防车的作用。据介绍，目前用于灭火的直升机都带有一个喷射炮的装置，其可以将携带的灭火材料喷向火海。除此以外，还可以利用直升机与地面泵车联合，由地面泵车负责供水。这样便可以克服高度限制，将水源源不断地送往空中。
直升机的另一重要用途是用于救生。高层大火时向下的通道很容易被火势切断，人员只能选择逃往楼顶。如果楼顶地形适合降落的话，直升机便能降下来救走被困者；如其地形难以着陆，直升机还能通过抛下软梯，实施救援。
3.3玻璃幕墙防火
玻璃幕墙在外墙装饰上外表华贵而又不失庄重，并且可以减轻建筑物的结构荷载，因此应用广泛。但其在火灾情况下的安全性设计更需高度重视，钢材和铝合金型材的耐火性能都比较差，钢型材在300℃～400℃高温下强度下降，600℃时失去承载能力，而铝合金结构型材的耐火性能更差，受热条件下极易发生结构变形，250℃～300℃左右既失去承载能力。目前的玻璃幕墙结构设计中虽然考虑了玻璃和铝合金在温度骤变情况下因变形伸缩不一致而发生的“冷桥”现象，玻璃和铝框中间采用橡胶、聚乙烯泡沫材料相隔，但是能承受的温度变化范围仅在－40℃～＋50℃之间。建筑物内发生火灾，辐射热、高温烟气都使结构温度变化范围远远大于＋50℃，结构受热膨胀变形过大，造成玻璃破碎、脱落。另外隐框玻璃幕墙的玻璃用硅硐胶、橡胶与铝合金框胶合，硅硐胶的耐高温程度也只有200℃，超过了200℃胶的作用即会发生变化，粘合力降低也会使玻璃脱落。火灾过程中，高温烟气、辐射热使幕墙结构升温非常快，常常等不到人员在建筑物内疏散完毕，就已达到结构极限，发生结构破坏，向下掉落各种结构碎片。因此疏散出口上方作玻璃幕墙的公共高层建筑，一定要在安全出口上方设置防护挑檐。
4结论
本文从超高层建筑火灾特点出发，得出了超高层建筑防火设计要点为：合理布置高层建筑总体布局和防火分区、确保建筑物耐火能力、加强自然排烟设计及安全疏散设施设置。并给出了避难层、屋顶停机坪、玻璃幕墙三种超高层建筑防火措施。
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