佛山鋼構淺議超高層修建的消防安全特性及防火設計
發(fā)布時(shí)間：[2015-1-4] 查看次數：5410
佛山鋼構淺議超高層修建的消防安全特性及防火設計 隨著(zhù)經(jīng)濟的快速發(fā)展，超高層修建已從最初的鳳毛麟角而逐步普及。中國的改革開(kāi)放帶來(lái)了經(jīng)濟和社會(huì )的蓬勃發(fā)展，城市建設日新月異，但這一期間的火災明顯地出現了嚴峻化的趨勢，據統計，l991年至2000年十年間，全國共發(fā)作火災888485起，死24564人，傷43422人，直接財產(chǎn)損失116.4億元。這四項數字分別占建國50年火災總數的25.8%、14.7%、13.6%和58.8%，凸顯了包括超高層修建在內的新的消防安全疑問(wèn)的嚴峻性，急需對傳統的消防手段進(jìn)行改革，以滿(mǎn)意新時(shí)代形勢的需求。 一、超高層修建的定義與分類(lèi) 隨著(zhù)經(jīng)濟的發(fā)展，城市人員迅速增加，用地緊張的困境日益突出，超高層修建可以更充分地使用有限空間，節約土地，通過(guò)集中布設地上、地下的各種管線(xiàn)而下降市政項目的投資。并且超高層修建匯集了城市在修建、構造、機械設備、修建材料和施工技術(shù)等一切科技的最高成就，表現了城市社會(huì )、經(jīng)濟文化程度和現代化步伐，許多超高層修建更是成為了一個(gè)城市或地區的重要景觀(guān)和地標。此外，超高層修建面積大，將多種功用，如辦公、旅館、公寓和購物綜合在一座修建里，方便了人們的生活。 中國的修建規范中并沒(méi)有明確的規則“超高層修建”的定義，而是把修建高度超越24米的公共修建和十層及十層以上的居住修建均視為“高層民用修建”。1972年，在美國賓夕法尼亞洲伯利恒市召開(kāi)的國際高層修建會(huì )議對高層修建的定義取得了較統一的認識，把高層修建區分為四類(lèi)：第一類(lèi)高層修建：9～16層（最高到50m）；第二類(lèi)高層修建：17～25層（最高到75m）；第三類(lèi)高層修建：26～40層（最高到100m）；第四類(lèi)超高層修建：40層以上（高度在100m以上）。中國《高層民用修建設計防火規范》對超高層雖無(wú)明確規則，但對于高度超越100m，層數超越32層的修建在流亡層、停機坪、消防水壓、救活設施、正壓排煙及火災主動(dòng)報警方面都有特殊的要求。 二、超高層修建的消防安全特點(diǎn) 超高層修建作為一個(gè)地區和城市的象征，建造耗資巨大，觸及修建、構造、設備、防火、交通、動(dòng)力、環(huán)境等一系列的疑問(wèn)，是一個(gè)地區經(jīng)濟、科技、美學(xué)的綜合結晶。但是，由于這種修建物高度高、人員多、設備及管線(xiàn)系統雜亂，火災事故的危險大，在天然災害（地震、強風(fēng)）、內部設備系統故障事故、人為火災等難以抗拒或防范的情況下，一旦發(fā)作火災，分散與補救都好不容易，將直接威脅著(zhù)生命財產(chǎn)安全，因此火災是超高層修建的頭號大敵，其消防安全成為不可避免的首要疑問(wèn)之一。 （一）功用用途雜亂、點(diǎn)火源多 超高層修建主體修建高、功用雜亂，大多數主體修建底層建有裙樓，作為商場(chǎng)、餐飲、娛樂(lè )等商業(yè)功用使用，主體修建多數作為住宅、辦公、賓館等使用。并且超高層修建的用電設備種類(lèi)多，數量大，超載、短路、發(fā)作小火花的表象增多；車(chē)庫停車(chē)多、儲油量大；流動(dòng)人員多，吸煙人多；雷擊表象、周?chē)h(huán)境飛火等也是超高層修建可能發(fā)作火災的點(diǎn)火源，火災荷載密度大。 （二）豎向管井多、可燃物集中，容易形成煙囪效應 超高層修建內部筆直的樓梯間、電梯井、管道井、電纜井、排氣道、垃圾道以及其它封堵不嚴密的各類(lèi)豎向管井眾多，其陳設和裝修材料大多是可燃、易燃物品，一旦發(fā)作火災，容易沿著(zhù)這些豎向管井快速延伸。并且這些豎向管井猶如一座座高聳的煙囪，火災時(shí)，容易形成煙囪效應，助長(cháng)煙氣火勢的延伸。修建高度越高，煙囪效應越強烈。實(shí)驗資料證明，超高層修建中火災煙氣沿著(zhù)筆直樓梯間、電梯井等豎向井道筆直上升的速度達每秒3到4米，有時(shí)甚至可達每秒8米。 （三）安全分散艱難，人員密布，容易形成嚴重傷亡 40層以上超高層修建著(zhù)火時(shí)，要使人員迅速分散到地面或流亡空間好不容易。由于火災時(shí)客用電梯必須停止使用，消防電梯主要為消防隊員專(zhuān)用，消防云梯車(chē)的高度也有極限，所以樓梯間是人員筆直分散的唯一手段。但超高層修建的筆直分散距離長(cháng)，人員密布，分散時(shí)間也相應大幅增加。據消防部分的測試，一名消防戰士從40層150米的位置下到修建的第一層需求十幾分鐘，那么普通人員或是老人、小孩等所需求的分散時(shí)間就會(huì )更長(cháng)。而煙氣的筆直流動(dòng)速度為2～4米/秒，在筆直方向1分鐘就可以延伸幾十層。人員的分散速度比煙氣流動(dòng)速度要慢超越100倍，并且分散方向與煙火延伸方向相反，進(jìn)一步增加了人員分散的艱難和危險性，容易形成嚴重傷亡。 （四）火災補救難度大，對裝備手段的要求高 超高層修建與普通修建比較，其火災補救難度相對較大。由于城市高樓林立，缺乏地面消防行動(dòng)展開(kāi)的場(chǎng)地，并且從國內現有的超高層修建來(lái)看，外墻大多采用玻璃幕墻，破碎后極易形成地面人員傷亡，并對破壞地面的消防車(chē)輛及供水器材，加上外墻采用固定窗，消防人員接近起火點(diǎn)非常艱難。此外，現有消防裝備遠遠無(wú)法滿(mǎn)意超高層修建的救活救援需求。當前，消防登高車(chē)的最大救援高度約為100米。超高層修建發(fā)作火災，救活用水量比較大，有時(shí)需求達到100升/秒以上。經(jīng)救活演練測試，三輛大功率消防車(chē)串聯(lián)，通過(guò)水泵結合器供水，高度只能達到160米，通過(guò)水帶直接供水，高度只要150米，而消防直升機沒(méi)有得到普遍應用。因此，超越150m的樓層幾乎只能主要依托修建內部自身的消防設施來(lái)保證，外部手段效果甚微。 此外，還有一個(gè)經(jīng)常被忽略的火災危險，即是超高層修建在施工期間的消防安全疑問(wèn)。超高層修建的施工周期一般都較長(cháng)，施工現場(chǎng)臨時(shí)動(dòng)火多，用電量大，易燃、可燃材料集中。同時(shí)，消防設施未開(kāi)通，缺少消防水源和消防通道，只要臨時(shí)消防水源，一旦發(fā)作火災，不能保證消防用水的水壓和水量，消防補救難度更大，尤其是在施工后期發(fā)作在中、高層甚至頂層的火災。 三、超高層修建的防火設計建議 中國的超高層修建建設始于20世紀70年代，其時(shí)最典型的即是1976年建成的115米高的廣州白云賓館和1985年在深圳建成的158.95米高的國際貿易中心。后來(lái)，1996年建成的深圳地王大廈達到了81層，325米高；1998年建成的上海金茂大廈更是88層，高420.5米，成為新一代的地標性修建。據不完全統計，全國現有百米以上的超高層已經(jīng)接近1000棟。但是，由于中國超高層修建起步晚，加之曩昔執行規范不嚴，當前的超高層修建存在許多消防安全方面的疑問(wèn)，例如防火防煙分區不當，分隔不嚴，關(guān)閉或防煙樓梯間的疑問(wèn)較多；安全分散樓梯安全出口存在數量不足、通道不暢的疑問(wèn)；普遍存在消防水池容量偏小的疑問(wèn)，消防水源不足，消防專(zhuān)用電源沒(méi)有保證；室內裝修的防火安全疑問(wèn)突出；消防設施使用管理上存在許多疑問(wèn)，保護保養無(wú)章可循。 就超高層修建而言，香港是一個(gè)非常典型的發(fā)展案例。作為一個(gè)高速發(fā)展的城市，香港人員密布，用地緊張，其高層修建的密度堪稱(chēng)世界之最，超高層修建也舉目皆是。因此，為了有效地保證這些高層修建的消防安全，香港在超高層修建的防火設計時(shí)會(huì )特別注意以下幾個(gè)疑問(wèn)： 1.設置環(huán)形消防車(chē)道，至少保證修建物的一個(gè)主要立面前可通行消防車(chē)輛，且應能保證救生與救活操作的順暢展開(kāi)； 2.保證附近有充足的水源滿(mǎn)意救活用水的需求，消火栓的供水才能不得低于4000L/min，城市主管道的供水壓力不得小于170千帕，沒(méi)有條件的地區則應貯備充足的消防用水； 3.注重修建構造的耐火性，大多數修建都采用的是鋼筋混凝土構造，耐火極限的要求為l到4個(gè)小時(shí)。 4.保證逃生通道，進(jìn)行安全分散。由于用地緊張，任何修建商都不愿讓逃生通道占過(guò)多的面積。但香港的消防法規有明確的要求，必須保證足夠的逃生通道。此外，高層修建中每隔15層設置有流亡層，可使人員處于暫時(shí)的安全狀態(tài)，然后在消防隊的組織指揮下，有秩序地分散到最終的安全區域。 結合領(lǐng)先國家和地區的超高層修建消防安全的經(jīng)驗，我們應遵循“預防為主，防消結合”的消防工作方針，在防火設計時(shí)就把握好以下幾個(gè)方面： 1.采用混合構造。從防火性能的視點(diǎn)動(dòng)身，超高層修建的構造采用混合構造優(yōu)于全鋼構造。高溫下，全鋼構造受熱后，很快會(huì )出現塑性變形，從而下降構造的承載才能，溫度達到500℃時(shí)，強度會(huì )下降50％，超越1000℃時(shí)，強度呈幾何級數下降，修建的強度下降，加快了坍塌的速度。“9.11”事件中，世貿大廈南部塔樓在被撞后僅小時(shí)，即轟然坍毀，與其采用全鋼構造大有聯(lián)系。 2.從全局動(dòng)身考慮超高層修建的選址和總平面設置。從消防視點(diǎn)，超高層修建一定要遠離火災危險性為甲、乙類(lèi)廠(chǎng)（庫）房，甲、乙、丙類(lèi)液體和可燃氣體儲罐以及可燃材料堆物。總平面設置上要充分考慮防火間距、消防車(chē)道、消防補救面及特殊房間的位置等。 3.綜合考慮超高層修建防排煙設計，最大限度地減少火災時(shí)煙氣的生成量，并使火災時(shí)產(chǎn)生的煙氣迅速排出，從而有效地避免煙氣從著(zhù)火區向非著(zhù)火區延伸擴散，特別是避免侵入作為分散通道的走廊、樓梯間及其前室，以保證有一個(gè)安全的分散通道和安全分散所需求的時(shí)間。只要合理區分防煙分區，才能有效阻止煙霧擴散，將生命財產(chǎn)的損失降到最低。 4.安全分散應成為設計的重點(diǎn)。超高層修建的筆直分散距離遠、人員高度集中，需求分散的時(shí)間長(cháng)。并且火災中，人流分散的速度遠慢于煙氣流動(dòng)的速度，加之分散方向與煙火延伸的方向、救援人員的前進(jìn)方向相反，增加了分散的艱難和危險。超高層修建防火設計中，應將分散列為重中之重，應在修建物的某一部分或樓層設置肯定安全區，如防煙樓梯間、流亡層或流亡間、分散平臺等，并設置消防應急照明和安全分散指示象征，引導人員安全分散和逃生自救。 5.按要求設置消防電梯，并對電梯井進(jìn)行有效防火。防煙分隔電梯是人員筆直通行的主要途徑，防煙樓梯間的設置尤為重要。為保證火災時(shí)不使高溫煙氣進(jìn)入電梯井內，消防電梯應設前室，設置面積符合規范要求，門(mén)口宜設擋水設施。出于天然排煙的考慮，消防電梯間前室宜靠外墻設置。為便于消防人員迅速而有效地使用消防電梯，在首層應設直通室外的出口，設置專(zhuān)供消防隊員使用的操作按鈕。 此外，還應加大修建的消防科技含量，采取領(lǐng)先科技手段，設置主動(dòng)報警系統和主動(dòng)救活系統、人員分散誘導系統、居住者探測系統等智能系統，以保證火災時(shí)的人員生命和財產(chǎn)安全。
