浅谈高层建筑防火设计

浅谈高层建筑防火设计

【摘 要】我国人口众多，且分布不均，大量人口集中在相对较少的城市中。随着我国房地产业不断扩张，城市化进程的不断加快，城市规模不断扩大和城市人口不断增加，建筑物不断的向高层化、多元化、综合化发展，建筑物越来越高，密度越来越大，形成大量高密度的“钢筋水泥的森林”。建筑的火灾危险性也不断地增大，这样就会导致防火安全的任务变得越来越重。频繁发生的高层建筑火灾不仅造成了大量的财产损失和人员伤亡，而且还造成了不良的社会影响。为了保障国家的财产和人民生命的安全，建筑工程设计中，应严格执行对防火功能的设计要求，从而为火灾时人员逃生和财物的抢救提供有效的保证。本文在分析高层建筑火灾特性的基础上，结合人员在火灾情况下的避难行为和影响安全疏散的因素，分析了高层建筑安全疏散的目标及方法、时间和对策，提出了防火设计中的问题，得出有效安全的防火设计措施。

【关键词】火势蔓延；防火分区；高层建筑

建筑物的防火设计是一门综合性科学，是由多专业（ 建筑、结构、空调、电气、给排水） 共同采取安全措施的综合体现，高层建筑在防火设计上应优先保证人员在火灾中的安全，同时考虑如何减少火灾的发生和火灾的损失防止火灾大面积蔓延，最大限度地降低火灾对人们生命和财产的破坏，利用性能化设计合理划分防火分区、组织人员安全疏散达到高层建筑防火性能总目标的实现，最大限度地保障人民生命财产安全。

1 高层建筑火灾危险性分析

1.1 可燃物较多，火势蔓延较为迅速

在高层建筑的楼梯间、电梯间、管道井、风道、电缆井、排风道等竖向井道部位，如果防火分隔或防火处理不好，一旦发生火灾就好像一座座高耸的烟囱，成为火势迅速蔓延的途径。高级旅馆、图书馆、档案楼、科研楼、办公楼等高层建筑，一般室内装修家具等可燃物较多，一旦起火，发烟量大，燃烧猛烈，火灾容易蔓延。据测定，在火灾初起阶段，因空气对流在水平方向造成的烟气扩散速度为0.3 m/s；在燃烧猛烈阶段，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0.5～0.8 m/s，烟气沿楼梯间或竖向管井扩散速度为3～4 m/s。如一座高100m 的高层建筑，在无阻挡的情况下，烟气能在半分钟内达到顶层。日本在一个医院里做过燃烧试验， 证明在几分钟内就能把每层3500平方米的二十三层大楼都充满烟气。建筑物越高，风速越大。风速增大，火势的蔓延扩大速度也相应增加。据测定：距地面高度10 m 处风速为5 m/s；30 m 处风速为8.7 m/s；60 m处风速为12.3 m/s；90 m处风速为15 m/s。

1.2 建筑高度较高，平面结构复杂，安全疏散困难

高层建筑的特点，一是，层数多，垂直疏散距离长，疏散到地面需要较长的

时间；二是，人员集中，疏散时容易出现拥挤情况；三是，发生火灾时烟气和火势向上蔓延快、且易窜入楼梯间，而火灾发生时人们大量涌向楼梯，增加了疏散难度（平时使用的普通电梯，在火灾时必须切断电源，停止使用，因此，高层建筑的安全疏散主要靠楼梯）。火灾案例分析表明，被烟薰死的（包括被烟薰倒后烧死的），占火灾死亡人数的一半以上。

1.3 火灾扑救难度较大

高层建筑发生火灾时，消防队员使用的灭火救护设施往往不易达到建筑高度，因此，扑救高层建筑火灾主要立足于室内消防给水设施。由于受到各种条件的限制，扑救的难度很大。火灾现场热辐射强、烟雾浓、火势向上蔓延的速度快和途径多，消防队员难以堵截；当火势扩大，形成大面积火灾时，室内消防水量显然不足，需要利用消防车从室外进行补给，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，消防队员则需要“全副武装”的通过楼梯冲上高层，不仅体力消耗大、速度慢，还会与向下疏散的人流发生对撞而延误时间，不能及时到达着火层进行扑救，消防器材也不能随时得到补充，均将严重影响扑救。

1.4 发生火灾概率较大

高层建筑内部功能一般较为复杂，用电设备繁多，存在多种着火源和大量可燃物，如管理不善，很容易发生火灾。特别是一些建筑面积较大、层数较多的高层公共建筑，情况就更为复杂，存在大量的火险隐患，一旦发生火灾，将会造成严重后果。

2 高层建筑防火设计中的问题及火灾对高层结构的影响

设计施工存在隐患：

由于从高层建筑的设计开始到建筑施工，最终到房屋的装修，都会存在诸多隐患，如果在这一系列过程中没有引起足够的重视，也会影响到高层建筑防火，而隐患的存在主要是以下几个方面：人员缺乏必要的自我救助意识、消防设施不足、消防设计未能全面考虑、建筑防火的审核存在一定的困难等等。

3 对于高层建筑防火的有效设计措施

3.1 保证建筑主体结构有足够的耐火稳定性

目前国内外高楼多依赖钢结构，虽然它的整体性和稳定性都很好，但耐火性能很差。钢材的抗拉和承重等性能均会因温度的升高而急剧下降，通常在摄氏450～650 度就会失去承载能力，发生变形，钢柱、钢梁弯曲，不能继续使用。一般情况下，不加保护的钢结构耐火极限只有15 分钟。因此，建筑界和消防界在解决这个问题方面仍任重道远。

3.1.1 耐火等级和材料选择

中国按建筑常用结构类型的耐火能力划分为四个耐火等级（高层建筑必须为一或二级）。建筑的耐火能力取决于构件的耐火极限和燃烧性能，在不同耐火等级中对二者分别作了规定。构件的耐火极限主要是指构件从受火的作用起，到被破坏（如失去支承能力等）为止的这段时间（按小时计）。构件的材料依燃烧性能的不同有燃烧体（如木材等）、难燃烧体（如沥青混凝土、刨花板）和非燃烧体（如砖、石、金属等）之分。

3.1.2 建筑物应根据其耐火等级来选定构件材料和构造方式

如一级耐火等级的承重墙、柱须为耐火极限3 小时的非燃烧体（如用砖或混凝土作成180 毫m厚的墙或300×300 毫m的柱），梁须为耐火极限2 小时的非燃烧体，其钢筋保护层须厚30 毫m以上。设计时须保证主体结构的耐火稳定性，以赢得足够的疏散时间，并使建筑物在火灾过后易于修复。隔墙和吊顶等应具有必要的耐火性能，内部装修和家具陈设应力求使用不燃或难燃材料，如采用经过防火处理的吊顶材料和地毯、窗帘等，以减少火灾发生和控制火势蔓延。3.2 做好防火分隔与安全通道设计

高层建筑中因有毒烟气窒息死亡的人员占死亡人数的70%左右，烟气是火灾中的隐形杀手。所以，要充分考虑在建筑内设置防排烟系统的重要性。烟气的水平流动速度为0.3～0.8 m/s，垂直方向扩散速度为3.4 m/s，当烟气无阻拦时，只需1 min 左右就可以扩散到几十层高的大楼。烟气的流动速度大大超过了人的疏散速度。楼梯间、电梯井及各种竖向管井是高层建筑火灾垂直方向蔓延的重要途径，易形成“烟囱效应”。 而楼梯间及其前室或合用前室是火灾时人员临时避难、疏散的场所，消防电梯间及其前室是消防队员进入高层建筑灭火的主要通道。为了阻止烟气进入这些部位或排出这些部位的烟气，保证人员安全疏散和扑救。因此，高层建筑在上述部位设置机械加压送风系统，能够达到疏散和扑救通道上无烟的目的。

3.2.1 防火间距

为防止火势通过辐射热等方式蔓延，建筑物之间应保持一定间距。一、二级耐火等级民用建筑物之间的防火间距不得小于6 m，它们同三、四级耐火等级民用建筑物的防火距离分别为7 m和9 m。高层建筑因火灾时疏散困难，云梯车需要较大工作半径，所以高层主体同一、二级耐火等级建筑物的防火距离不得小于13 m，同三、四级耐火等级建筑物的防火距离不得小于15 m和18 m。厂房内易燃物较多，防火间距应加大，如一、二级耐火等级厂房之间或它们（下转第82页）（上接第71页）和民用建筑物之间的防火距离不得小于10 m，三、四级耐火等级厂房和其他建筑物的防火距离不得小于12 m和14 m。生产或贮存易燃易爆物品的厂房或库房，应远离建筑物。

3.2.2 防火分区

建筑中为阻止烟火蔓延必须进行防火分区，即采用防火墙等把建筑划为若干区域。一、二级耐火等级建筑长度超过150 m要设防火墙，分区的最大允许面积为2500 m2；三、四级耐火等级建筑的上述指标分别为100 m、1200 m2 和60 m、600 m2。一、二级防火等级的高层建筑防火分区面积限制在1000 m2 或1500 m2 内，地下室则控制在500 m2内。防火墙应为耐火极限4 小时的非燃烧体，上面如有洞口应装设甲级防火门窗，各种管道均不宜穿过防火墙。不能设防火墙的可设防火卷帘，用水幕保护。

3.2.3 安全疏散通道出口

为减少火灾伤亡，建筑设计要考虑安全疏散。公共建筑的安全出口一般不能少于两个，影剧院、体育馆等观众密集的场所，要经过计算设置更多的出口。楼层的安全出口为楼梯，开敞的楼梯间易导致烟火蔓延，妨碍疏散，封闭的楼梯间能阻挡烟气，利于疏散。防烟楼梯间因设有前室，更有利于疏散。高层建筑须设封闭的或防烟的楼梯间，楼梯间应布置成有两个疏散方向。超高层建筑应增设暂时安全区或避难层。疏散通路上应设紧急照明、疏散方向指示灯和安全出口灯。

3.3 强化报警系统和灭火装置，设置自动报警装置和自动灭火装置

前者的探测器有感温、感烟和感光等多种类型；后者主要为自动喷水设备，不宜用水灭火的部位可采用二氧化碳、干粉或卤化烷等自动灭火设备。设有自动报警装置和自动灭火装置的建筑应设消防控制中心，对报警、疏散、灭火、排烟及防火门窗、消防电梯、紧急照明等进行控制和指挥。考虑到高层建筑以自防自救为主，室内消防用水量比室外的要大些，室内消火栓用水量为40 l/s （住宅楼为30 l/s），即消火栓用水量70 l/s（住宅楼为50 l/s），是规范规定的建筑物消防用水的上限值。一般情况下，超高层建筑具备两种及两种以上使用功能。因此，其火灾延续时间为3.00 h（住宅楼为2.00 h），考虑到市政给水状况，由此可确定是否设置室外消防水池及其容量。

3.3.1 室内消火栓的设置范围

（1）高层建筑的主体及裙房内；（2）消防电梯前室或与防烟楼梯间的合用前室内，方便消防队员尽快利用消火栓向火灾发起进攻和开辟通道；（3） 避难层内设置用于人员自救保护；（4）屋顶或直升飞机停机坪处，用于检查消火栓压力和防止火灾蔓延至顶层及保护人员的作用；（5）室内消火栓箱内应设消防卷盘，用于非消防专业人员扑救初起火灾。

3.3.2 室内消火栓设置的技术要求

（1）消火栓充实水柱需经水力计算，且不小于13 m， 以避免浓烟高热对灭火工作的影响，又能保证消防队员正常使用；（2）消火栓间距在高层内不大于30 m，在裙房内不大于50 m，保证两股充实水柱同时到达同层内任何部位；（3）采用分区给水系统，有串联供水和并联供水两种方式，当消火栓栓口处的出水压力大于0.5 MPa 时，应设减压装置；（4）屋顶水箱。为了保证初起火灾时消防

用水量和消防水压的要求，超高层建筑屋顶水箱设置高度应满足最不利点消火栓静水压力0.15 MPa。不能满足时，应设气压水罐或稳压泵等增压设施。如是并联给水方式，其分区消防水箱的容量应与高位消防水箱的容量相同，发生火灾时，消防水泵供给的消防用水应进入高位水箱，而串联给水方式中是允许的；（5）水泵接合器。在消防车供水压力范围内的各个分区均需分别设置水泵接合器。

4 结语

通过本文中的设计理念以及具体的防火措施，对于高层建筑的防火能力有大幅度的提高，从而避免了发生重大的火灾事故而给人员以及财产带来严重的危害。

【参考文献】

[1]GB50045-1995 高层民用建筑设计防火规范[S].2005.

[2]GB 50116-98 火灾自动报警系统设计规范[S].