1、浅谈高层建筑防火问题 摘要：为了满足城市化建设的需要，高层建筑增多是必然趋势，这样就会导致防火平安的任务变得越来越重，文章从高层建筑火灾危险性分析出发，提出了防火设计中的问题，得出有效平安的防火设计措施。关键词：火势蔓延；钢结构；防火分区0.前言建筑物的防火平安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) 共同采取平安措施的综合表达，高层建筑在消防系统设计上应优先保证人员在火灾中的平安，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、组织人员平安疏散到达高层建筑防火性能总目标的实现，最大
2、限度地保障人民生命财产平安。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，一旦发生火灾就好似一座座高耸的烟囱，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0.3m/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0.50.8m/s，烟气沿楼梯间或竖向管井扩散速度为34m/s。如一座高100
3、m 的高层建筑，在无阻挡的情况下，烟气能在半分钟内到达顶层。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3500m2 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10m 处风速为5m/s；30m 处风速为8.7m/s；60m 处风速为12.3m/s；90m 处风速为15m/s。1.2 建筑高度较高，平面结构复杂，平安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
4、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，高层建筑的平安疏散主要靠楼梯)。火灾案例分析说明，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到达建筑高度，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，室内消防水量显然缺乏，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，消防队员那么需要
5、“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2.1 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
6、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、消防设施缺乏、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。2.2 火灾对钢结构的影响当火灾发生的时候，随着钢材的温度不断攀升，温度对于钢材的屈服以及抗压的强度等等都有着不同程度的影响，如果在短时间内，钢材所能承受的温度到达了极限，甚至有可能造成建筑整体结构出现破坏，从而造成一定的危险。如果对于建筑的钢结构没有一定的保护措施，仅仅在15 分钟之内，就会到达极限状态，当承受的温度大于200的时候，就容易出现徐变和蓝脆的现象；如果温度位于300 到400 之间，钢材所具有的强度就会出现迅猛的下降趋势；当温度到达
7、了600的时候，钢材那么不具备以往所拥有的刚度与强度。而对于建筑火灾来说，一般都在800 到1000之间，在此温度下，钢结构就容易出现塑性变形，导致局部出现破坏现象，最终影响到建筑物整体结构。2.3 火灾对钢筋混凝土结构的影响对于钢筋混凝土的影响，主要分为以下两类型：其一，单个的构件在受到了火的灼烧之后，其构件外表混凝土的脱落以及烧伤层出现细小的裂缝等损伤；其二，由于火灾发生时，梁柱组成的结构会产生较大的结构温度应力，从而使得结构出现了破坏。钢筋混凝土构件中的普通钢筋当温度小于200时，随着温度的升高，钢筋的屈服强度与极限强度下降时的速度比较慢。当温度在200 到450时，钢筋的强度随着温度的
8、升高而下降的速度逐渐加快。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450650 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
9、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300300 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
10、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 做好防火分隔与平安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、0.8m/s，垂直方向扩散速度为3.4m/s，当烟气无阻拦时，只需1min 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。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
11、。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 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 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
12、筑划为假设干区域。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 m2、1200 m2 和60 m2、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，地下室那么控制在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 平安疏散通道出口为减少火灾伤亡，建筑设计要考虑平安疏散。公共建筑的平安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
13、多的出口。楼层的平安出口为楼梯，开敞的楼梯间易导致烟火蔓延，阻碍疏散，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平安区或避难层。疏散通路上应设紧急照明、疏散方向指示灯和平安出口灯。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
14、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50l/s），是标准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3.00h（住宅楼为2.00h），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
15、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13m， 以防止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30m，在裙房内不大于50m，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0.5Mpa 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0.15Mpa。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，从而防止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标准，20232 火灾自动报警系统设计标准GB 5011698.