中庭防火设计探析

中庭防火设计探析摘要：本文作者介绍了中庭的火灾危险性，提出了中庭的消防设计方法，供同行参考。关键词：中庭；防火设计；探析中图分类号：TU9文献标识码：A文章编号：随着商业的发展，中庭建筑如雨后春笋般不断涌现，有些成为了城市的地标建筑。比较著名的有上海的金贸大厦，它的中庭高达152m。随着建筑物的大规模化和综合化的发展趋势，中庭的高度越来越高、使用功能越来越复杂、火灾荷载越来越大。由于功能的需要，中庭很难进行防烟、防火分隔，一旦中庭内部或与中庭相通的结构起火，烟气就会在整个建筑内部蔓延，严重影响人员和物资的安全。做好中庭建筑的消防设计对于减小火灾发生的概率，快速发现和控制火灾具有非常重要的意义。一般来说,建筑物的中庭高度比较大,并且屋顶常采用大跨度轻型钢结构、玻璃采光顶。目前,中庭在建筑界中尚无明确的定义,高层民用建筑设计防火规范第5.1.5条条文说明解释到:中庭是由露天庭院(天井)发展而来,是在天井上加盖屋顶,形成的内部空间受限的区域。根据火灾烟气运动相关理论,发生火灾时,高温烟气在竖直方向的运动速度为34m/s,中庭作为上下连通的空间,能够产生明显的“烟囱效应”,是对当前建筑防火分区的严峻挑战。另外,建筑设计防火规范(GB50016-2006)将有关中庭的条文从原“87版本”的附注修改为强制性条文。由此可见,中庭防火已受到社会各界的高度重视。1中庭的火灾危险性中庭最早起源于罗马时期，又称为“四季厅”或者“共享空间”，是设置在建筑内，四面围合且设有顶棚的空间。中庭使人们有了整体的视觉效果，特别适合于商业、休闲、办公一体化的大型综合建筑。大多数中庭的屋顶或者外墙的一部分采用钢结构或者玻璃，这样就可以使阳光充满整个内部空间。大多数中庭中采用空调系统并且布置有生态绿化，使中庭内形成一个如同室外自然环境一般的美妙环境，带给居住者愉悦的心情。1.1火灾易扩大中庭建筑的显著特点就是顶棚很高，因此传统的火灾探测器和自动喷水灭火系统等方法不能迅速的发现火灾并在火灾初期将火灾扑灭。并且即使在顶棚下方设置了自动洒水水喷头，由于喷头位置太高，喷头温度达不到动作温度，喷头就无法自动出水灭火或者不能及时的动作喷水，这样自动喷水灭火系统就失去了其原有的功能，发生火灾时就很容易扩大。1.2烟气迅速扩散上下贯穿数层的中庭就像一个烟囱一样，易形成烟囱效应。发生火灾后烟气沿着中庭快速向水平和垂直方向扩散很快就能够充满整个建筑空间。1967年比利时布鲁塞尔伊若巴施格百货商店发生了火灾，由于中庭内设置的火灾探测器未动作，火灾迅速扩大，烟气很快就充满了整个建筑，人员无法迅速、安全地疏散，最终造成了325人死亡，其中大部分是由于烟气窒息而死。1.3疏散危险中庭是各功能区之间的联系枢纽，中庭内人员众多，疏散量大。对于一些商业建筑（如说商场和娱乐场所）来说，中庭内容纳了大量不熟悉建筑构造的人，这些人一般只记得自己进入时的路线，发生火灾时就会将入口作为首选的逃生路线。大量人员同时疏散时势必会造成部分入口的拥挤、混乱，阻塞出入口造成群死群伤的情况。1.4中庭的灭火和救援活动困难中庭建筑发生火灾时，建筑的主要出入口被疏散人员所占用，迫使消防人员逆疏散人流方向进入火场，进入火场所需时间长；中庭建筑内的火灾很可能在几层内同时发生，这样消防人员就要在几层楼内同时灭火，灭火力量要求高；由于中庭的烟囱效应使得烟气在中庭内迅速扩散，严重影响了消防救援活动的开展；中庭是一个敞开的大空间，中庭内的火灾能够沿多方位蔓延扩大，消防队难以对火灾进行围堵，灭火困难。2中庭的消防设计2.1防火分区设计中庭从结构上一般分为屏蔽型、回廊型、开敞型三种，中庭的形式不同，采用的防火分隔措施也不同。屏蔽型中庭是指中庭与周围建筑之间采用隔墙隔断，中庭与周围建筑相互独立，可以独立的划分防火分区，隔墙的耐火极限要不小于3h。回廊型和开敞型中庭一般通过设置防火卷帘来划分防火分区。发生火灾时防火卷帘下降到底部。高层民用建筑设计防火规范GB50045-95对中庭的防火设计有如下具体规定：房间与中庭相通的门、窗应设置能够自行关闭的乙级防火门、窗；与中庭相连的过厅、通道应设乙级防火门，或用耐火极限大于三小时的防火卷帘分隔；中庭每层回廊都要设置自动喷水灭火设备，喷头的间距在2m到2.8m之内，以提高灭火和隔火的效果。2.2防排烟设计中庭的排烟方式主要分为机械排烟和自然排烟两种，排烟方式的选取主要是根据中庭的形式、高度和面积确定的。一般来说，净空高度不超过12m的中庭适合采用自然排烟，排烟口设置在中庭顶部或者侧壁的上部并且设置有方便开启的装置。建筑防火设计规范中规定排烟口的尺寸不应小于中庭面积的5%。发生火灾时，安装在中庭顶部的感烟探测器探测到烟气，自动开启排烟口，利用热烟气流的浮力和外部风力引起的室内烟气与室外空气自然对流排烟。排烟口可以是建筑物的外窗，也可以使专门设置的排烟口。自然排烟方式不需要动力和复杂的设备支持，但是排烟效果受风的影响较大。高层民用建筑设计防火规范GB50045-95中规定不具备自然排烟条件的中庭或者高度超过12m的中庭应采用机械排烟。机械排烟是在中庭较低的侧壁设置正压送风口，较高的侧壁或者顶棚上设置机械排烟口。机械排烟方式防烟效果好、受外界环境影响较小，但是需要机械设备，投资高、维护保养复杂。鉴于我国的经济实力和消防设备的现状，宜尽量采用自然排烟方式。2.3自动报警系统设计中庭建筑形式的多元化和功能的复杂化对自动报警系统提出了更高的要求。传统的火灾报警系统很难及时、可靠的探测到大空间的中庭内的火灾，因此要选用适合于中庭的火灾报警系统。考虑到中庭发生火灾时烟气首先到达顶棚，中庭中的火灾探测器优先选用感烟探测器。感烟探测器分为点型、线型对射式、空气采样感烟探测器三种，三种方式的选择要根据实际情况决定。同时，为了确保火灾探测的准确性和可靠性和考虑到烟气的毒性，往往使用CO气体探测器等配合感烟探测器使用。2.4疏散设计建筑发生火灾时，为了使失火建筑内人员尽快的撤离，方便消防人员迅速的进行灭火救援，需要根据建筑物的使用性质、火灾危险性大小、容纳人数、面积大小进行合理的疏散设计、布置疏散设施。进行疏散设计最重要的就是要合理的组织疏散流线，做到人车分流，人货分流，住宅与办公分流，并尽量将常用路线与疏散路线结合起来，这样火灾时人员才能快速、安全的进行疏散。2.5中庭结构的保护对于中庭建筑，其结构主要以钢结构为主，顶棚大都采用玻璃制成。如果火灾时钢结构或者采光玻璃发生破坏，如长时间受高温作用顶棚玻璃受热破裂而散落，极易造成大面积的人员伤亡。因此对其结构有一定的耐火极限要求。钢结构的耐火极限不应小于1.5h（以楼板的耐火极限为参照），采光玻璃不应小于1h。长廊式中庭、封闭式中庭可不予保护。正常情况下,由于防火分隔水幕的用水量特别大,而且火灾延续时间按3h计算,一般中庭的开口尺寸很大,实际计算出的消防用水量特别大,需配套相当的消防水泵及其动力,需要投入大量的资金。所以现在大多数工程的中庭都不设置消防分隔水幕系统,而是采用防火卷帘分隔,并且采用包括背火面温升为判定条件的特级防火卷帘,因为它比普通防火卷帘省去了冷却保护的喷水系统。3结束语本文从中庭建筑的起源，发展出发，探讨了中庭的火灾危险性，并从防火分区、防排烟、自动报警系统设计、疏散设计、中庭结构的保护等方面结合规范要求和实际的案例进行了系统的分析，提出了解决问题的方法，指出了现有措施中的不足。随着建筑业的发展，中庭建筑还会越来越多，中庭中存在的防火问题将会逐一得到解决。中庭这种建筑方式将会更加广泛的应用于商业、服