佛山鋼構淺議超高層修建的消防安全特性及防火設計
發布時間：[2015-1-4] 查看次數：6658
佛山鋼構淺議超高層修建的消防安全特性及防火設計 隨著經濟的快速發展，超高層修建已從最初的鳳毛麟角而逐步普及。中國的改革開放帶來了經濟和社會的蓬勃發展，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，全國共發作火災888485起，死24564人，傷43422人，直接財產損失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的嚴峻性，急需對傳統的消防手段進行改革，以滿意新時代形勢的需求。 一、超高層修建的定義與分類 隨著經濟的發展，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，通過集中布設地上、地下的各種管線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等一切科技的最高成就，表現了城市社會、經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城市或地區的重要景觀和地標。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的國際高層修建會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：第一類高層修建：9～16層（最高到50m）；第二類高層修建：17～25層（最高到75m）；第三類高層修建：26～40層（最高到100m）；第四類超高層修建：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報警方面都有特殊的要求。 二、超高層修建的消防安全特點 超高層修建作為一個地區和城市的象征，建造耗資巨大，觸及修建、構造、設備、防火、交通、動力、環境等一系列的疑問，是一個地區經濟、科技、美學的綜合結晶。但是，由于這種修建物高度高、人員多、設備及管線系統雜亂，火災事故的危險大，在天然災害（地震、強風）、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，一旦發作火災，分散與補救都好不容易，將直接威脅著生命財產安全，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之一。 （一）功用用途雜亂、點火源多 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、餐飲、娛樂等商業功用使用，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多，數量大，超載、短路、發作小火花的表象增多；車庫停車多、儲油量大；流動人員多，吸煙人多；雷擊表象、周圍環境飛火等也是超高層修建可能發作火災的點火源，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，一旦發作火災，容易沿著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，容易形成煙囪效應，助長煙氣火勢的延伸。修建高度越高，煙囪效應越強烈。實驗資料證明，超高層修建中火災煙氣沿著筆直樓梯間、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火時，要使人員迅速分散到地面或流亡空間好不容易。由于火災時客用電梯必須停止使用，消防電梯主要為消防隊員專用，消防云梯車的高度也有極限，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，人員密布，分散時間也相應大幅增加。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間就會更長。而煙氣的筆直流動速度為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速度要慢超越100倍，并且分散方向與煙火延伸方向相反，進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，缺乏地面消防行動展開的場地，并且從國內現有的超高層修建來看，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輛及供水器材，加上外墻采用固定窗，消防人員接近起火點非常艱難。此外，現有消防裝備遠遠無法滿意超高層修建的救活救援需求。當前，消防登高車的最大救援高度約為100米。超高層修建發作火災，救活用水量比較大，有時需求達到100升/秒以上。經救活演練測試，三輛大功率消防車串聯，通過水泵結合器供水，高度只能達到160米，通過水帶直接供水，高度只要150米，而消防直升機沒有得到普遍應用。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保證，外部手段效果甚微。 此外，還有一個經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。超高層修建的施工周期一般都較長，施工現場臨時動火多，用電量大，易燃、可燃材料集中。同時，消防設施未開通，缺少消防水源和消防通道，只要臨時消防水源，一旦發作火災，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，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，例如防火防煙分區不當，分隔不嚴，關閉或防煙樓梯間的疑問較多；安全分散樓梯安全出口存在數量不足、通道不暢的疑問；普遍存在消防水池容量偏小的疑問，消防水源不足，消防專用電源沒有保證；室內裝修的防火安全疑問突出；消防設施使用管理上存在許多疑問，保護保養無章可循。 就超高層修建而言，香港是一個非常典型的發展案例。作為一個高速發展的城市，香港人員密布，用地緊張，其高層修建的密度堪稱世界之最，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會特別注意以下幾個疑問： 1.設置環形消防車道，至少保證修建物的一個主要立面前可通行消防車輛，且應能保證救生與救活操作的順暢展開； 2.保證附近有充足的水源滿意救活用水的需求，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個小時。 4.保證逃生通道，進行安全分散。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，可使人員處于暫時的安全狀態，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。 結合領先國家和地區的超高層修建消防安全的經驗，我們應遵循“預防為主，防消結合”的消防工作方針，在防火設計時就把握好以下幾個方面： 1.采用混合構造。從防火性能的視點動身，超高層修建的構造采用混合構造優于全鋼構造。高溫下，全鋼構造受熱后，很快會出現塑性變形，從而下降構造的承載才能，溫度達到500℃時，強度會下降50％，超越1000℃時，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，即轟然坍毀，與其采用全鋼構造大有聯系。 2.從全局動身考慮超高層修建的選址和總平面設置。從消防視點，超高層修建一定要遠離火災危險性為甲、乙類廠（庫）房，甲、乙、丙類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煙氣的生成量，并使火災時產生的煙氣迅速排出，從而有效地避免煙氣從著火區向非著火區延伸擴散，特別是避免侵入作為分散通道的走廊、樓梯間及其前室，以保證有一個安全的分散通道和安全分散所需求的時間。只要合理區分防煙分區，才能有效阻止煙霧擴散，將生命財產的損失降到最低。 4.安全分散應成為設計的重點。超高層修建的筆直分散距離遠、人員高度集中，需求分散的時間長。并且火災中，人流分散的速度遠慢于煙氣流動的速度，加之分散方向與煙火延伸的方向、救援人員的前進方向相反，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。為保證火災時不使高溫煙氣進入電梯井內，消防電梯應設前室，設置面積符合規范要求，門口宜設擋水設施。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，采取領先科技手段，設置主動報警系統和主動救活系統、人員分散誘導系統、居住者探測系統等智能系統，以保證火災時的人員生命和財產安全。
