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浅析超高层建筑防火构造设计

【摘要】随着科学技术和世界经济的迅猛发展,超高层建筑的出现已逐渐成为普遍,这些巨人在防火构造设计方面是一个复杂的系统工程,因此,超高层建筑防火设计显得越来越重要。为了预防建筑火灾,人们研究制定了多种防治对策,其中搞好防火构造设计是防止火灾发生、减少火灾损失的关键环节。

超高层建筑的设计是一个复杂的系统工程,尤其是防火构造设计在超高层建筑建设中有着举足轻重的地位,从事建筑行业的相关人员都应对建筑设计的防火规范有充分的认识,本文从超高层火灾的危害性对防火构造设计进行了研究探讨。

1.超高层建筑火灾的危害性

(1)火势蔓延快。高建筑物的排气道、电缆井、楼梯间等竖向井道中,若忽略防火分隔,或方法处理不当,产生火灾时,灾情短时间内会迅速扩大。据测定,火灾刚发生时,因空气对流在水平方向造成的烟气扩散速度为0.3m/s,火势猛烈后,由于高温状态下的热对流而造成的水平方向烟气扩散速度为0.5~0.8m/s,烟气沿楼梯间或其他竖向管井扩散速度为0.3m/s。如一座高度为100m以上的超高层建筑,如无阻挡,只要半分钟即可将火势引至顶层,造成严重影响。风对超高层建筑火灾有较大的影响,测定显示,当建筑物10m高处的风速为5m/s时,在30m高处为8.7m/s,60m高处为12.3m/s,90m高处为15m/s,100m以上风速更快,由于风速增长,导致火势的蔓延,因此更加难以控制和扑灭。

(2)疏散困难。高层建筑的特点:一是层数多,疏散到地面时间长;二是人员较多,不易疏散;三是超高层建筑火势蔓延极快,增加了疏散困难,甚至威胁到生命安全,火灾案例分析表明,在火灾中死亡有一半人数以上是被烟熏死的。

(3)扑救难度大。超高层建筑起火时,受到多种因素的影响,扑救十分困难。例如:热辐射强、烟雾浓、火势向上蔓延的速度快,消防队员难以堵截;消防队使用的灭火及救护设施高度有限,因此室内消防给水设施是扑救超高层建筑火灾的主要设施。当火势扩大,形成大面积火宅时,室内消防水量不足,需要利用消防车向高楼供水,但消防水带耐压能力常常不能适应需要,此外,建筑物如果没有安装消防电梯,消防队员因攀登高楼体力不够,不能及时达到火层进行扑救,消防器材也不能随时补充,均会影响扑救。

(4)火险隐患多。超高层建筑通常功能多元化,易燃物多,若管理不当,发生火灾可能性很大。特别是一些面积大、超高层建筑,情况更为复杂,一旦发生火宅,后果不堪设想。

2.超高层防火疏散设计的措施

超高层建筑在设计时必须结合各类建筑的功能要求,考虑防火安全。设计人员应按照国家及各部门相应规范要求进行防火设计,设计单位应对工程项目的防火设计负责,凡不符合设计防火规范的工程,不能上报审批或交付施工。在设计超高层建筑的防火时,重点应考虑以下几个方面。

(1)总体布局要保证安全畅通。保持与其它各类建筑的防火间距,对广场、空地和绿化做好合理规划,保证消防车可以顺利接近超高层建筑。

(2)合理进行划分防火区。采取每层做水平的区分(以防火墙划分)和垂直的分区(以耐火的楼板划分),将火势控制在起火单元内加以扑灭,防止向上层和相邻单元扩散。同时,对各种管道及线路的设计要尽力消除取火及蔓延的可能性。

(3)构造设计要使建筑物的基本构件(墙、柱、防火门等)具有足够的耐火极限,以保证火灾时结构的耐火支持能力和分区的隔火能力。

(4)安全疏散路线要简明直接。在靠近防火单元的两端布置疏散楼梯,控制最远房间到安全疏散出口的距离,做好疏散楼梯的防火封闭和排烟措施,以保证人员安全迅速地撤离。

(5)尽量做到建筑物内部装修、隔断、家具的不燃化或难燃化,以减少火照的发生和降低蔓延速度。

(6)做好建筑物的室内、外消防给水系统的设计,保证足够的消防用水量和最不利点的灭火设备所需的水压。

(7)采用先进可靠的自动报警和灭火系统并正确地处理安装位置及联动控制功能,控制和智慧报警、灭火、排烟、疏散等。总之,超高层建筑的设计必须严格执行国家颁布的设计防火规范,包括各种正在制定,即将公布的有关专业规范。必须从整体考虑,包括各种正在制订,即将公布的有关专业规范。必须从整体考虑,加强建筑与结构、给排水、暖通、电气等工种的配合,使防火设计成为一个完整的体系。

3.防火构造

3.1高层建筑防火设计的有关规定。在我国《高层建筑防火设计规范》有关内容中规定超高层建筑除执行高层建筑防火设计的有关规定外,对超高层建筑提出了特殊的防火设计要求,如:

(1)建筑高度超过100m的高层建筑,其应在电缆井、管道井每层楼板处用相当于楼板耐火极限的不燃烧体作防火分隔;

(2)建筑高度超过100m的公共建筑,应设置避难层(间),并应符合有关规定;

(3)建筑高度超过100m,且标准层建筑面积超过1000平方米的公共建筑,宜设置屋顶直升机停机坪或供直升机救助的设施,并应符合有关规定;

(4)当建筑高度超过100m时,高层建筑最不利点消火栓静水压力不应低于0.15MPa。当高位消防水箱不能满足上述静压要求时,应设增压设施;

(5)建筑高度超过100m的高层建筑及其裙房,除游泳池、溜冰场、建筑面积小于5.00m2的卫生间、不设集中空调且户门为甲级防火门的住宅的户内用房和不宜用水扑救的部位外,均应设自动喷水灭火系统。

3.2新型防火材料。

3.2.1新型复合轻质材料。

(1)石膏。石膏是一种新的建筑材料,它的优点是:水化快,凝结硬化迅速;强度较低,硬化后孔隙率大、有隔热保温以及吸声的功能;水化硬化后体积有少许膨胀;石膏制品虽然有优良的防火性能;但是耐水性不好。因为石膏优良的防火性能,水幕防止火势蔓延(绝热阻燃物是无水硫酸钙),所以现代的建筑物,尤其是高层建筑物的吊顶和墙体,都使用石膏制品。

(2)新型阻燃剂。ZRY天然纤维阻燃液,具有良好的阻燃性能。它无毒、无味、无色透明、没有腐蚀性,只要是麻织物、棉织物、刨花板、纤维板、木材、纸张、胶合板和其他植物纤维制品,经过ZRY阻燃处理和整理以后,就会有明显的阻燃效果,它遇火不会燃烧(只出现局部炭化),可以有效地抑制火焰蔓延,避免发生火灾。

(3)金属板材以及金属复合板材。金属复合板俗称夹心板,其上下两面都是非常薄金属板,但是芯材的材料是能够保温、高刚度、低强度复合材料。由于它有承载力的一种结构板材,这种材料需要专门的自动化生产线才能进行复合生产,主要有金属板材、微穿孔吸声板、金属复合板材。复合材料的应用之处为钢结构厂房的外墙、屋顶,洁净区的顶板和它的隔断、分隔板材以及冷库箱体或,还有一个用处就是建筑工地办公地方材料以及职工的宿舍建材等。

(4)新型防火板。最新的WA2F防火板有耐火、不燃、吸声、隔热、密度低、抗腐蚀、防虫蛀等优点,它是一种新型的防火装饰板。板材的强度高、板质轻、价格低、安装方便,是一种优良的不燃性装饰材料。

3.2.2新型无机轻质防火材料。(1)矿渣棉和岩棉。岩棉是天然岩石经过高温熔融制成的,因为它有导热系数低以及不燃等优点,所以可以做一些防火构件,也能做防火的隔热板材。由于岩棉熔点高而且比较抗高温收缩,在建筑结构中使用时可以形成比较有效的防火屏障,阻止火势蔓延。其自身既不能燃烧,也不会放出有毒的气体,是“A”级(或“A1”级)的建筑防火材料。(2)玻璃棉。玻璃棉及其制品是继岩棉之后,出现的新的绝热性好、容重轻的隔热保温材料。它是用白云石、石英砂、蜡石等天然矿石做成的纤维状的不燃材料。它在建筑工程中具有良好的绝热、隔冷、保温、吸声等优点。其制品主要有玻璃棉板、玻璃棉毡、玻璃棉保温管、玻璃棉带等。(3)硅酸铝纤维。硅酸铝纤维俗称陶瓷棉,是一种特殊的新型轻质耐火材料,它是用天然焦宝石为原料制成的棉丝状无机纤维耐火材料,其制品具有导热系数小,抗压强度高,施工方便,能反复利用的优点。可以作防火门的芯材、吊顶板材、玻璃幕墙填充隔热材料,起防火隔热的作用。(4)硅酸钙。硅酸钙材料的耐热性能及热稳定性好,耐火性好,是不燃材料。它是用钙质材料,硅质材料和纤维等为主要原料,制成的轻质板材。纤维增强性硅酸钙板优点很多,如密度低,湿胀率小,比强度高,防蛀,防潮,防火,防霉以及可加工性好等。可作为公用和民用建筑的隔墙以及吊顶,经过表面防水处理后还能用作建筑物的外墙。因为此种板材的防火性很高,所以尤其适合用于高层以及超高层的建筑。

3.2.3新型轻质板材和砲块。(1)加气混凝土砲块及板材。加气混凝土又叫做发气混凝土,是由含钙材料、含硅材料和发气剂等作为原料生产而成的。其制品有砌块和条板两种,既能用作非承重墙体、承重墙体又能做保温材料等。(2)粉煤灰墙体材料。粉煤灰墙体材料具体可分为灰小型的空心砌块和灰砌块。前者的主要制成原料为粉煤灰、水泥等,详细又可以分成有承重、非承重民用砌块两种,在建筑中的应用十分广泛。粉煤灰砌块主要原料为的石膏、石灰、粉煤灰等,主要在工业、建筑墙体等方面进行应用。

3.3楼梯、防火门及防火墙的设计。

3.3.1楼梯。楼梯是火灾时人员逃生的安全出口,是重要通道。建筑疏散楼梯应采用耐火极限不低于1小时的不燃烧体。所以这就决定了,做为疏散楼梯,一些材质不能被应用,只能用钢筋混凝土楼梯等耐火极限能达到1小时的不燃烧体。疏散用楼梯和疏散通道上的阶梯不宜采用螺旋楼梯和扇形踏步。当必须采用时,踏步上下两级所形成的平面角度不应大于10°,且每级离扶手250mm处的踏步深度不应小于220mm。公共建筑的室内疏散楼梯两梯段扶手间的水平净距不宜小于150mm。

3.3.2防火门。防火门是由门框、门扇、控制设备和附件等组成,它们的构造和质量对防火门的防火和隔烟性能都有直接影响。按照耐火极限把防火门分为甲、乙、丙三级;按燃烧特性分为非燃烧体和难燃烧体。非燃烧体防火门由钢板、镀锌铁皮、石棉板、矿棉等组成,而难燃烧体防火门是在可燃的木材、毛毡等外侧钉不燃材料制成。

3.3.3防火墙。防火墙是由不燃烧材料构成的,为减小或避免建筑、结构、设备遭受热辐射危害和防止火灾蔓延,设置的竖向分隔体或直接设置在建筑物基础上或钢筋混凝土框架上具有耐火性的墙。防火墙是防火分区的主要建筑构件。规范中要求防火墙的耐火极限不得低于3小时,对于特殊建筑如甲、乙类厂房和甲、乙、丙类仓库等的防火墙要提高到4小时。通常防火墙有内防火墙、外防火墙和室外独立墙几种类型。防火墙的材料一般有全现浇钢筋混凝土墙或框架结构砌体填充墙。还有一些建设单位在需要防火墙的部位使用纸面石膏板、纤维石膏板、难燃胶合板、难燃木材、泡沫夹心板等重量轻、安装方便的不燃性材料或难燃性材料作为墙体隔断,这些材料往往达不到防火墙的设置要求。防火墙的设置部位、燃烧性能、耐火极限和构造一般应符合以下要求:

(1)防火墙应直接设置在建筑物的基础或钢筋混凝土框架、梁等承重结构上(轻质防火墙体可不受此限)。防火墙应从楼地面基层隔断至顶板底面基层。当屋顶承重结构和屋面板的耐火极限低于0.50h,高层厂房(仓库)屋面板的耐火极限低于1.00h时,防火墙应高出不燃烧体屋面0.4m以上,高出燃烧体或难燃烧体屋面0.5m以上。其它情况时,防火墙可不高出屋面,但应砌至屋面结构层的底面。

(2)防火墙横截面中心线距天窗端面的水平距离小于4m,且天窗端面为燃烧体时,应采取防止火势蔓延的措施。当建筑物的外墙为难燃烧体时,防火墙应凸出墙的外表面0.4m以上,且在防火墙两侧的外墙应为宽度不小于2m的不燃烧体,其耐火极限不应低于该外墙的耐火极限;当建筑物的外墙为不燃烧体时,防火墙可不凸出墙的外表面。紧靠防火墙两侧的门、窗洞口之间最近边缘的水平距离不应小于2m;但装有固定窗扇或火灾时可自动关闭的乙级防火窗时,该距离可不限。

(3)建筑物内的防火墙不宜设置在转角处。如设置在转角附近,内转角两侧墙上的门、窗洞口之间最近边缘的水平距离不应小于4m。

(4)防火墙上不应开设门窗洞口,当必须开设时,应设置固定的或火灾时能自动关闭的甲级防火门窗。

(5)可燃气体和甲、乙、丙类液体的管道严禁穿过防火墙。其它管道不宜穿过防火墙,当必须穿过时,应采用防火封堵材料将墙与管道之间的空隙紧密填实;当管道为难燃及可燃材质时,应在防火墙两侧的管道上采取防火措施。防火墙内不应设置排气道。

4.结束语

随着国民经济水平不断地提高,在日常生活中人们对于消防问题也越来越关注。随着防火设计理论的发展,对超高层建筑防火构造的要求也越来越多,诸多的火灾也表明,防火构造设计也是越来越发挥重大作用。



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