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。