佛山钢构浅议超高层修建的消防安全特性及防火设计
发布时间：[2015-1-4] 查看次数：5321
佛山钢构浅议超高层修建的消防安全特性及防火设计 随着经济的快速发展，超高层修建已从最初的凤毛麟角而逐步普及。中国的改革开放带来了经济和社会的蓬勃发展，城市建设日新月异，但这一期间的火灾明显地出现了严峻化的趋势，据统计，l991年至2000年十年间，全国共发作火灾888485起，死24564人，伤43422人，直接财产损失116.4亿元。这四项数字分别占建国50年火灾总数的25.8%、14.7%、13.6%和58.8%，凸显了包括超高层修建在内的新的消防安全疑问的严峻性，急需对传统的消防手段进行改革，以满意新时代形势的需求。 一、超高层修建的定义与分类 随着经济的发展，城市人员迅速增加，用地紧张的困境日益突出，超高层修建可以更充分地使用有限空间，节约土地，通过集中布设地上、地下的各种管线而下降市政项目的投资。并且超高层修建汇集了城市在修建、构造、机械设备、修建材料和施工技术等一切科技的最高成就，表现了城市社会、经济文化程度和现代化步伐，许多超高层修建更是成为了一个城市或地区的重要景观和地标。此外，超高层修建面积大，将多种功用，如办公、旅馆、公寓和购物综合在一座修建里，方便了人们的生活。 中国的修建规范中并没有明确的规则“超高层修建”的定义，而是把修建高度超越24米的公共修建和十层及十层以上的居住修建均视为“高层民用修建”。1972年，在美国宾夕法尼亚洲伯利恒市召开的国际高层修建会议对高层修建的定义取得了较统一的认识，把高层修建区分为四类：第一类高层修建：9～16层（最高到50m）；第二类高层修建：17～25层（最高到75m）；第三类高层修建：26～40层（最高到100m）；第四类超高层修建：40层以上（高度在100m以上）。中国《高层民用修建设计防火规范》对超高层虽无明确规则，但对于高度超越100m，层数超越32层的修建在流亡层、停机坪、消防水压、救活设施、正压排烟及火灾主动报警方面都有特殊的要求。 二、超高层修建的消防安全特点 超高层修建作为一个地区和城市的象征，建造耗资巨大，触及修建、构造、设备、防火、交通、动力、环境等一系列的疑问，是一个地区经济、科技、美学的综合结晶。但是，由于这种修建物高度高、人员多、设备及管线系统杂乱，火灾事故的危险大，在天然灾害（地震、强风）、内部设备系统故障事故、人为火灾等难以抗拒或防范的情况下，一旦发作火灾，分散与补救都好不容易，将直接威胁着生命财产安全，因此火灾是超高层修建的头号大敌，其消防安全成为不可避免的首要疑问之一。 （一）功用用途杂乱、点火源多 超高层修建主体修建高、功用杂乱，大多数主体修建底层建有裙楼，作为商场、餐饮、娱乐等商业功用使用，主体修建多数作为住宅、办公、宾馆等使用。并且超高层修建的用电设备种类多，数量大，超载、短路、发作小火花的表象增多；车库停车多、储油量大；流动人员多，吸烟人多；雷击表象、周围环境飞火等也是超高层修建可能发作火灾的点火源，火灾荷载密度大。 （二）竖向管井多、可燃物集中，容易形成烟囱效应 超高层修建内部笔直的楼梯间、电梯井、管道井、电缆井、排气道、垃圾道以及其它封堵不严密的各类竖向管井众多，其陈设和装修材料大多是可燃、易燃物品，一旦发作火灾，容易沿着这些竖向管井快速延伸。并且这些竖向管井犹如一座座高耸的烟囱，火灾时，容易形成烟囱效应，助长烟气火势的延伸。修建高度越高，烟囱效应越强烈。实验资料证明，超高层修建中火灾烟气沿着笔直楼梯间、电梯井等竖向井道笔直上升的速度达每秒3到4米，有时甚至可达每秒8米。 （三）安全分散艰难，人员密布，容易形成严重伤亡 40层以上超高层修建着火时，要使人员迅速分散到地面或流亡空间好不容易。由于火灾时客用电梯必须停止使用，消防电梯主要为消防队员专用，消防云梯车的高度也有极限，所以楼梯间是人员笔直分散的唯一手段。但超高层修建的笔直分散距离长，人员密布，分散时间也相应大幅增加。据消防部分的测试，一名消防战士从40层150米的位置下到修建的第一层需求十几分钟，那么普通人员或是老人、小孩等所需求的分散时间就会更长。而烟气的笔直流动速度为2～4米/秒，在笔直方向1分钟就可以延伸几十层。人员的分散速度比烟气流动速度要慢超越100倍，并且分散方向与烟火延伸方向相反，进一步增加了人员分散的艰难和危险性，容易形成严重伤亡。 （四）火灾补救难度大，对装备手段的要求高 超高层修建与普通修建比较，其火灾补救难度相对较大。由于城市高楼林立，缺乏地面消防行动展开的场地，并且从国内现有的超高层修建来看，外墙大多采用玻璃幕墙，破碎后极易形成地面人员伤亡，并对破坏地面的消防车辆及供水器材，加上外墙采用固定窗，消防人员接近起火点非常艰难。此外，现有消防装备远远无法满意超高层修建的救活救援需求。当前，消防登高车的最大救援高度约为100米。超高层修建发作火灾，救活用水量比较大，有时需求达到100升/秒以上。经救活演练测试，三辆大功率消防车串联，通过水泵结合器供水，高度只能达到160米，通过水带直接供水，高度只要150米，而消防直升机没有得到普遍应用。因此，超越150m的楼层几乎只能主要依托修建内部自身的消防设施来保证，外部手段效果甚微。 此外，还有一个经常被忽略的火灾危险，即是超高层修建在施工期间的消防安全疑问。超高层修建的施工周期一般都较长，施工现场临时动火多，用电量大，易燃、可燃材料集中。同时，消防设施未开通，缺少消防水源和消防通道，只要临时消防水源，一旦发作火灾，不能保证消防用水的水压和水量，消防补救难度更大，尤其是在施工后期发作在中、高层甚至顶层的火灾。 三、超高层修建的防火设计建议 中国的超高层修建建设始于20世纪70年代，其时最典型的即是1976年建成的115米高的广州白云宾馆和1985年在深圳建成的158.95米高的国际贸易中心。后来，1996年建成的深圳地王大厦达到了81层，325米高；1998年建成的上海金茂大厦更是88层，高420.5米，成为新一代的地标性修建。据不完全统计，全国现有百米以上的超高层已经接近1000栋。但是，由于中国超高层修建起步晚，加之曩昔执行规范不严，当前的超高层修建存在许多消防安全方面的疑问，例如防火防烟分区不当，分隔不严，关闭或防烟楼梯间的疑问较多；安全分散楼梯安全出口存在数量不足、通道不畅的疑问；普遍存在消防水池容量偏小的疑问，消防水源不足，消防专用电源没有保证；室内装修的防火安全疑问突出；消防设施使用管理上存在许多疑问，保护保养无章可循。 就超高层修建而言，香港是一个非常典型的发展案例。作为一个高速发展的城市，香港人员密布，用地紧张，其高层修建的密度堪称世界之最，超高层修建也举目皆是。因此，为了有效地保证这些高层修建的消防安全，香港在超高层修建的防火设计时会特别注意以下几个疑问： 1.设置环形消防车道，至少保证修建物的一个主要立面前可通行消防车辆，且应能保证救生与救活操作的顺畅展开； 2.保证附近有充足的水源满意救活用水的需求，消火栓的供水才能不得低于4000L/min，城市主管道的供水压力不得小于170千帕，没有条件的地区则应贮备充足的消防用水； 3.注重修建构造的耐火性，大多数修建都采用的是钢筋混凝土构造，耐火极限的要求为l到4个小时。 4.保证逃生通道，进行安全分散。由于用地紧张，任何修建商都不愿让逃生通道占过多的面积。但香港的消防法规有明确的要求，必须保证足够的逃生通道。此外，高层修建中每隔15层设置有流亡层，可使人员处于暂时的安全状态，然后在消防队的组织指挥下，有秩序地分散到最终的安全区域。 结合领先国家和地区的超高层修建消防安全的经验，我们应遵循“预防为主，防消结合”的消防工作方针，在防火设计时就把握好以下几个方面： 1.采用混合构造。从防火性能的视点动身，超高层修建的构造采用混合构造优于全钢构造。高温下，全钢构造受热后，很快会出现塑性变形，从而下降构造的承载才能，温度达到500℃时，强度会下降50％，超越1000℃时，强度呈几何级数下降，修建的强度下降，加快了坍塌的速度。“9.11”事件中，世贸大厦南部塔楼在被撞后仅小时，即轰然坍毁，与其采用全钢构造大有联系。 2.从全局动身考虑超高层修建的选址和总平面设置。从消防视点，超高层修建一定要远离火灾危险性为甲、乙类厂（库）房，甲、乙、丙类液体和可燃气体储罐以及可燃材料堆物。总平面设置上要充分考虑防火间距、消防车道、消防补救面及特殊房间的位置等。 3.综合考虑超高层修建防排烟设计，最大限度地减少火灾时烟气的生成量，并使火灾时产生的烟气迅速排出，从而有效地避免烟气从着火区向非着火区延伸扩散，特别是避免侵入作为分散通道的走廊、楼梯间及其前室，以保证有一个安全的分散通道和安全分散所需求的时间。只要合理区分防烟分区，才能有效阻止烟雾扩散，将生命财产的损失降到最低。 4.安全分散应成为设计的重点。超高层修建的笔直分散距离远、人员高度集中，需求分散的时间长。并且火灾中，人流分散的速度远慢于烟气流动的速度，加之分散方向与烟火延伸的方向、救援人员的前进方向相反，增加了分散的艰难和危险。超高层修建防火设计中，应将分散列为重中之重，应在修建物的某一部分或楼层设置肯定安全区，如防烟楼梯间、流亡层或流亡间、分散平台等，并设置消防应急照明和安全分散指示象征，引导人员安全分散和逃生自救。 5.按要求设置消防电梯，并对电梯井进行有效防火。防烟分隔电梯是人员笔直通行的主要途径，防烟楼梯间的设置尤为重要。为保证火灾时不使高温烟气进入电梯井内，消防电梯应设前室，设置面积符合规范要求，门口宜设挡水设施。出于天然排烟的考虑，消防电梯间前室宜靠外墙设置。为便于消防人员迅速而有效地使用消防电梯，在首层应设直通室外的出口，设置专供消防队员使用的操作按钮。 此外，还应加大修建的消防科技含量，采取领先科技手段，设置主动报警系统和主动救活系统、人员分散诱导系统、居住者探测系统等智能系统，以保证火灾时的人员生命和财产安全。
