高层建筑防火与防烟排烟设计探讨

一、前言目前，国内一些较大型的高层建筑的中房间、走廊、中庭、避难层、防烟楼梯间及其前室，消防电梯前室或合用前室等采取自然排烟，机械排烟、机械加压送风等几咱处理方式，但各种处理方式所选择的计算方法及计算参数却不尽一致。根据1995年11月1日开始执行实施的高层民用建筑设计防火规范（GB5004595），对高层建筑防火与防排烟设计有了较明确的规定。设计人员应根据其建筑功能、建筑布置、防烟楼梯间及其前室、消防电梯前室或合用前室的布局，全面考虑防火分区及各系统的设置。笔者通过宏兴大厦工程设计体会，试对高层建筑防排烟设计进一步探讨。二、宏兴大厦工程简介宏兴大厦总占地面积为9774.71m2；建筑基底面积为4168.36m2,总建筑面积为25938.3m2。该工程1994年3月开始设计。大厦设计风格独具：由一幢综合楼、一幢高层点式住宅和三幢多层住宅构成，整个群体建筑呈现周边设置，内部则形成较大面积的室外庭园空间。大厦内有商场。杨杰将军纪念展览馆、办公用房，业务用房，商住宅房、“平，战结合”的地下室、卡拉OK厅，餐饮、洗衣房、桑拿健身中心等娱乐休闲设施，是昆明市建筑功能较多的高层建筑这一，祥见图1、图2。根据昆明“四季如春”的气候特点及宏兴大厦的建筑功能，本设计商场、展览厅、商住宅房等部分采用自然通风方式，仅在C区接待住宅住房采用局部空调，A区商住宅和C区接待住房的浴厕采用局部机械排风。地下停车库则按“平、战结合”的原则，和平时期按停车库考虑设机械排风和机械排烟；战时按二个防护单元的人员掩蔽室考虑采用滤毒式机械通风和超正压排风。此外，根据高层建筑防火规范有关规定，对”不具备自然排烟条件的防烟楼梯间、消防电梯前室或合用前室”和“采用自然排烟措施的楼梯间，其不具备自然排烟条件的前室”设置独立的机械加压送风防烟设施；对“无直接天然采光和自然通风，且长度超过20m的内走道”设置机械排烟设施。其通风、排风、排烟系统划分为：1、地下室设二个防护单元的滤毒式机械通风系统（系统略述）2、地下室设二个排风、排烟系统。二系统的机房分别位于A区和C区地下室设备附房内，其排风、排烟风机采用变频调速、平时（各平时期）风机按地下库所需排风量低速运转；火灾时按地下室机械排烟有关规定由消防中心控制切换于高速运行；战时，按滤毒式机械通风所需排风量考虑该系统人防防保护单元的超正压排风。3、C区十二十四层内走道机械排烟系统，见表1、4、C区十二十四层接待住房局部空调系统（系统略述）。5、A区、C区楼梯间区、前室与合用前室防烟系统，见表1。6、浴厕局部排风系统（系统略述）。三、建筑防火设计该大厦综合楼为一类建筑，耐火等级为一级；高层住宅和多层住宅部份为二类建筑，耐火等级为二级，地下室分成四个防火区，高层部份分成三个防火分区，每个防火分区均有二个安全出入口，商场和地下室内设自动喷淋装置。高层综合楼和高层住宅均有1-3以上临空面满足消防要求，此外，多层住宅后面考虑留有消防通道，等等。四、防排烟设计目前，高层建筑防排烟方式一般分为三种。即：1自然排烟；2机械排烟；3机械加压送风防烟了上述方法。具体详见表1。表1防排烟设计名称防排烟方式备注商场及商场业用房自然排烟位于B区展览馆自然排烟位于C区十五层商住宅房自然排烟位于A区四十四层接待住房自然排烟位于C区十二-十四层接待住房走廊机械排烟位于C区十二十四层地下停车库“平、战结合”机械排烟位于B区、C区地下室设备附房机械排烟位于A区、C区地下室防烟楼梯间及合用前室机械加压送风位于A区、C区楼梯间，合用前室。笔者认为，符合下述条件的部分均可自然排烟： 1. 需要排烟的房间可开启外窗不小于该房间面积的2%； 2. 长度不超过60m的内走道，可开启外窗面积不应小于走道面积的2%。 3. 净空高小于12m的中庭可开启天窗或高侧窗的面积不应小于该中庭地面积的5%； 4. 排烟窗设置于上方，并设有方便开启的装置。 自然排烟是利用热压、风压使室内外空气对流并通过外窗，阳台等建筑设施排烟。但其效果受许多不稳定因素影响，如风压随风速、风向、作用位置的不同而变化。当着火层房间的窗户处于背风时，能起到很好的排烟效果；但当其处在迎风面时，反而会降低排烟效电动机，甚至把烟气吹进走廊或其它房间，引起火势的扩散。因此，采取自然排烟措施的部位应严格遵照高层民用建筑设计防火规范有关规定。而采用机械排烟则只能在火灾初期，在正确的位置上报警，就可使烟气分离并排出，使烟难以流进避难层或其它房间，这是它的优点，另一方面，也有它的不足之处，即排烟能力受到限制，如果烟气向几个区域同时扩散的话，就毫不办法。因此，及整个机械排烟设施时，其排烟风机设备选型和风量、风压选取、排烟风口位置、排烟管道材料以及整个系统的控制应符合现行的高层民用建筑设计防火规范有关规定。在上述不具备自然排烟设施的楼梯间，设置独立的机械防烟系统，分别防烟楼梯间及其前室、消防电梯井及其前室或合用前室加压送风，以造成一个压力差，防止烟气侵入这些通道。即：火警时，由消防中心联动，开启火灾层与上下层相邻楼层防烟送风口。同时，关闭其它未受灾层的防烟送风口，用风机通过竖井混凝土同道作灾层与上下相邻楼层的机械加压送风。其控制系统简单、安全，可靠，近年来已成为国内、外高层建筑广泛采用的主要防烟方式。笔者通过工程设计总结得知，设计机械加压送风系统时主要需确定： 1. 加压风机的风压； 2. 加压送风风量； 3. 加压送风系统与消防中心联动控制； 4. 加压送风道断面尺寸和其送风口断面尺寸。 其系统的设计要点是： 1. 楼梯间和合用前室应分别独立设置加压送风系统。 2. 为保证有效的防烟效果，设计时计算确定的加压送风量不应小于高层民用建筑设计防火规范所规定的数值。 详见表2。表2加压送风风量（m3/h）序号机械加压送风部位系统负担层数=20层系统负担层数20-32层1仅对防烟楼梯间加压（前室不送风）25000-3000035000-400002对防烟梯间及其合用前室分别加压楼梯间16000-2000020000-25000前室12000-1600018000-220003仅对消防电梯前室加压15000-2000022000-270004仅对前定和合用前室加压（楼梯间自然排烟）22000-2700028000-320005对全封闭避难层（间）加压按避难层净面积每平方米不小于30m3/h计算注：表中1-4风量按开启2.0m1.6m的双扇门定，当采用单扇门时，表中风量乘0.75，当有两个或两个以上出入口进，表中风量乘1.5-1.75。当建筑物超过32层时，加压送风系统应分段设置。3、为保证有效的防烟效果，设计时应使楼梯间加压送风的压力高于前室压力，前室压力高于走廊或室内压力，需符合高层民用建筑设计防火规范要求“防烟楼梯间为500Pa”，“前室、合用前室、消防电梯前室，封闭避难层（间）为25Pa”的有关规定。4、楼梯间每隔二至三层可设一个加压送风口；前室的加压送风口应每层设一个。风口应采用自垂式百叶风口或常开百叶风口，当采用常开百叶风口时，应在加压机压出管道上设置逆止装置。5、前室的加压送风口应每层设一个，送风口为常闭式。当火灾烟感器探得火灾讯号时，其讯号将立即送至消防控制中心，并立即使加风机启动同时将火灾层上、下邻楼层前室的送风口找开，对前室进行加压送风。6、对于超高层建筑，为了减少热压对机械加压送风系统的影响，可采用楼井竖向分区，在两区的送风之间设密闭门（或利用避难层隔断），分区设置