高层建筑防火设计浅议.doc

高层建筑防火设计浅议 摘要 本文从各国高层建筑的发展及其火灾危害出发.在介绍国内外具有代表性的高层建筑防火设计的基础上.对各国高层建筑防火对策进行了综合论述，并提出总体防火计划这一全面性观点，对我国高层建筑的防火安全和现代化建设事业具有十分积极的作用。关键词 高层建筑 防火设计 灭火系统一、高层建筑的特点和火灾危害的严重性高层建筑的高度大、层数多、人员集中。这个特点使火灾时的安全疏散和消防队扑救产生了很大的困难。高层建筑的功能复杂、设备繁多、装修量大,从而带来了大量的可燃物和着火源，有时还影响疏散通道的流畅，增加了火灾发生和蔓延的可能及疏散的困难性。高层建筑内各种竖井林立，很容易造成烟火的迅速扩散并增加人员的伤亡。高层建筑所承受的风力大，增加了失火的可能性和助长火势的蔓延。同时，高层建筑遭受的雷击次数也较多，这也是引起火灾的一个原因。高层建筑结构主要是钢筋混凝土结构、预应力钢筋混凝土和钢结构，其材料主要是混凝土和钢材。混凝土是由水泥、水、骨料和外加剂经搅拌、浇捣和硬化过程形成的一种水硬性复合材料。在高温作用下，混凝土将发生热分解，从而改变混凝土的力学性能。温度达100度时，混凝土排出游离水，200度时，排出化学结合水，350度时，硅酸钙和铝酸钙脱水，570度时，氢氧化钙脱水分解，导致混凝土结构破坏，使得混凝土强度大大降低。同时，混凝土的弹性模量也随温度升高而降低，当温度达500度时，弹性模量为原来的50%，当温度达700度时，弹性模量约为原来的25%。钢筋的高温性能直接影响火灾中钢筋混凝土的结构的防火性能。由不同品种，不同规格的钢材构成的建筑结构与温度的关系是十分复杂的。一般来说钢材是一种耐热而不耐火的材料，其强度和变形性能都随温度的升高发生急剧变化，其结果与钢材的种类、荷载水平、升温速率、高温蠕变等因素有关。二、耐火构造和防火设计在高层建筑的防火设计中，需要使建筑全体结构具有足够的耐火能力，以保证疏散人员和扑救有足够的时间和通道，尽量减少伤亡和损失，同时使建筑在火灾后基本保持完整，经过维修加固能重新使用。建筑物的耐火能力取决于建筑构件的耐火能力，包括两个内容，即构件材料的燃烧性和构件的耐火极限。高层建筑主要构件的耐火能力，自上而下地愈加增强(这与防火分区越是上层越要从严正好相反)，即是说，下层的耐火性比上层更为重要。由统计得知，一般高层建筑基本上越到下层其火灾发生率越高，结构受到破坏的可能性也越大，以疏散而言，集聚在上层的人数多且疏散距离长，必须提供能顺利到达底层对外出口的安全通道，而下层结构在烈火中是否稳定，则是问题的关键之一，从结构受力的角度而论，由于下层主要构件承受着建筑上部传来的荷载,其断面必然增大。以上三者均导致下部结构耐火能力相应的增强。综上所述,高层建筑的耐火构造和防火设计是非常重要的，特别对于钢结构，必须采取可靠的防火措施，才能保证火灾时的安全稳定性。三、防火对策的综合探析3.1. 高层建筑的规划、布局建造于城市中的高层建筑，不仅要交通方便易于扑救和保持间距，还可从城市防灾考虑，使其成为、下的防火屏障例如日本东京的新宿区付都心的十余幢超高层大厦，其间配以大量绿化和街道，不仅可避免火灾蔓延，还能截档街市的大火。在修建地段上的高层建筑布局，除应考虑其功能、造型、空间、景观等之外，还需在建筑四周设置消防车道和扑救场地，以保证云梯车能不受附休阻碍而直接架设，并且与四周建筑保持防火间距。这些问题在我国防火规范中已做了细致规定。3.2. 高层建筑防火分区高层建筑通常面积庞大功能复杂，公共空间多通透开阔，一旦失火则将造成水平、垂直方向的迅速蔓延。例如美国奥海尔旅馆大火席卷10余层的中庭米高梅饭店火势横扫多个餐厅并沿竖井向上层扩散。我国深圳端溪酒家烟火从2层直逼其上各层，均造成十分严重的生命财产损失。因此需在每层水平方向上按一定面积以防火墙划为若干分区，在垂直方向上应以各层楼板作耐火分隔对贯穿部分如中庭、自动扶梯、楼梯、电梯等，须有相应的耐火封闭措施。中庭是贯穿多层的封闭空间甚易造成烟火的四处蔓延，因此各国均对中庭的防火做了细致规定。例如美国要求中庭宽度应在6m以上，完全向中庭敞开的层数不得超过3层，建筑内部遍设自动喷水设备，中庭须部须设排烟口等等。日本主要采取以防火卷帘分区及设置自动喷水和排烟设备等方式。我国在吸收国外先进经验的基础上，规定中庭四周应设防火卷帘及防火门分隔，并设自动报警、自动喷水设施保护，以及顶部采取排烟措施等。3.3. 高层建筑的安全疏散对水平疏散而言，走道是第一安全区域，它应简捷顺畅并有事故照明、方向指示、排烟、灭火等措施。其安全出口的布置应构成双向疏散口对于袋形走道。宜在其端设置避难口、避难阳台等辅助设施以策安全，而环形走道有利于双向疏散。现代高层建筑的附体公共空间中，其平时交通主要由自动扶梯组织，设于四周的楼梯间也应起到层间交通的辅助作用，因而宜开设宽大门洞，该洞口设防火卷帘而其旁设防火门，火灾时卷帘应能下降到位，封闭洞口。人员则通过防火门进人楼梯间疏散。对垂直疏散而言，楼梯间是第二安全区域，建筑较高或较重要时应设防烟楼梯间，而裙房和高层主体应各自设置楼梯间，以免避人员的交叉。超高层建筑由于向下疏散通路长，故应在疏散途中每隔10余层设置避难区(层)，以使人员得以缓冲和暂时避难，并为消防队员提供灭火救生的空间基地。避难区中须设防烟、照明、报警、灭火等设备，并应有将人流引人的措施。同时，各国还研究如何使疏散更具应变能力和更为快捷安全。其一是宜在屋顶设置直升机停机坪，其二是以电梯配合疏散。3.4. 耐火构造高层建筑的主体结构必须具有足够的耐火稳定性，国外高层建筑多依赖钢结构而形成，但其耐火能力很差，必须采取保护措施，如用耐火材料包覆，或者喷涂石棉或防火涂料等。我国近年来研制出应用于各种结构及装修材料的防火涂料，并在工程中充分发挥其作用。美国堪萨斯州银行大厦除对钢梁采用耐火包覆外，还对其5根承重空心钢柱采用灌注可防冻结和腐蚀的溶液，火灾时溶液吸收钢柱热量后通过管道对流，其循环吸热保证了结构的安全性。64层的匹兹堡钢铁公司大厦，其多根空心钢柱的防火与之类似。从而，以先进的科技保障了结构的耐火稳定性。钢筋混凝土结构特别是墙、柱及现浇整体式梁板具有很好的耐火能力房间的耐火分隔采用加气混凝土因其质轻耐火。在各国高层建筑中普遍应用作隔墙。:我国近年来还研制了大型防火玻璃隔墙其耐火极限达到lh以上且透明美观。我国在1995年颁布了“建筑内部装修设计防火规范” 。其中要求高层建筑内装修基本采用不燃和难燃材料、家具、窗帘等亦应做阻燃处理，目前我国在防火涂料、浸料及阻燃家具、织物等方面已有很大发展。随着它们的实际应用，高层建筑火灾也将得到很好的控制。3.5. 消防设备高层建筑的自动报警系统主要包括探测器、区域报警器及集中报警器三个部分。此外还须设置人工报警的电话、报话机及报警按钮等与之配合消防中心宜设在首层并靠近消防车道，目前国内外的消防中心均采用计算机管理，具有很高的自动化水平。例如英国早在70年代就在格拉斯哥市开始应用，消防队火警中心的电脑里贮藏着全市几百万座建筑的信息，某建筑失火后其全部有关图形及数据都自动传送到消防车的接收设备上，以供其做出正确的扑救方案。高层建筑火灾死亡人数中60%以上均死于烟气，因此防、排烟是各国防火设计中必不可少的环节。防、排烟方式分为两类:一是自然方式，即通过外窗、阳台乃至竖井将烟排出。二是机械方式，它又分加压防烟和减压排烟两种，自然方式因易受风向、地区影响而效果难以保证，因此我国规定公共建筑超过50m或居住建筑超过10Om时不应采用自然方式。在某些建筑中(特别是居住建筑)设置天井，使位于内部的防烟楼梯间、消防电梯前室等向其开窗自然排烟.是非常有效的方式。同时、竖井亦可用于地下层的楼梯间，对平时采光通风及火灾时排烟均很有利。对机械方式而言.其加压防烟主要用于防烟楼梯间及合用前室等部位，减压排烟则主要用于一些封闭空间、中庭、地下室及疏散走道等。高层建筑火灾必须立足于自救，因此灭火设备具有极其重要的作用初期灭火主要采用自动喷水灭火系统和手动灭火设施，正规灭火则主要设置室内外消火栓灭火系统，以供消防队使用。据统计，自动喷水系统的灭火成功率高达98%以上。是各国高层建筑必须普遍安装的系统之一，而超高层建筑因疏散和扑救更加困难，其防火设计应从严考虑。在建筑中的每一部位均装设自动报警、自动喷水灭火系统或其它自动灭火设备。对防烟楼梯间、合用前室等则加压防烟。同时，再设置避难区、屋顶直升机停机坪并考虑电梯配合疏散等。这样，可使其防火安全得到最妥善的保障。四、高层建筑的总体防火计划 众所周知，高层建筑是当代建筑领域中的一个重要课题，它在城市规划、建筑设计、结构、施工、暖通、给排水、电气等方面，都有着特殊的要求，并均与防火有着非常密切的关系。因此，在设计高层建筑时，必须对上述各方面做严格的防火设计，因此必须有一个全面的总体防火计划，它应包括规划、设计、审核、施工、验收、使用、管理及维修等多个环节。对规划、设计全部完成后，须送消防部门进行审核。近年来，国内许多消防机关已对重要高层建筑组织有关专家开展论证或咨询活动，从而使防火设计更为科学合理和更具实施性。综上所述，有关部门及设计人员应改变只着重于建筑本身防火设计的单一性概念，而必须建立总体防火计划的全面性战略观点。在这个计划