超高层建筑工程的消防安全特性及防火设计.doc

中华人民共和国人民武装警察部队学院课程考核论文/研究报告第一学期课程名称 防火工程概论A 姓 名 陈 鑫 学 号 40740004 教 学 班 15指七1 专 业 消 防 指 挥 中华人民共和国人民武装警察部队学院第一学期防火工程概论A课程考核论文/研究报告 课程编号： 4fhb001N 分数： 超高层建筑消防安全特性及防火设计摘要：经济建设迅速发展，普通高层建筑已经不能满足社会发展需要，在当今社会，各个国家都开始大力建设超高层建筑，不但将之打导致功能齐全、设备完善、完美外观超高层建筑，还会以独特超高层建筑作为都市象征标志，吸引着更多人来欣赏参观或参加建筑功能。此类建筑消防安全性能更是咱们关注重中之重，不能浮现半点差错。由于超高层建筑毕竟尚未全面普遍，在建筑设计、安全特性方面尚未完全成熟，仍有较大思考创新空间，在国内实行建筑防火设计规范中，对超高层未作出较多针对性规范。在参照规范对超高层建筑，特别是40层（100m）以上建筑进行防火设计时遇到某些与建筑安全使用、有效救援相左问题，着重简介了超高层建筑消防安全特点及超高层建筑防火设计工程办法，简要简介了性能化设计有关问题，以“上海环球金融中心工程”为例，对其建筑防火分区、烟气控制系统、紧急控制中心做了简要分析。对超高层建筑必要进行严格防火设计,为保证其真正实现还须有全面总体防火规划,涉及规划、设 计、审核、施工、验收、使用、管理及维修等各种环节。总之，超高层建筑防火设计应立足于“性能化”思想 。 核心词：超高层建筑；消防安全特性；防火设计；性能化设计 随着经济迅速发展，超高层建筑已从最初凤毛麟角而逐渐普及。当代社会发展，都市化进程逐渐进一步，各项建设活动十分频繁，高层建筑建设也成为了十分普遍项目，该行业发展十分迅速。而其中超高层建筑是指高度超过100米建筑，该类建筑在设计是需要考虑因素较多，涉及外观设计、环境和谐、节能环保、抗震因素、构造合理等，因而在消防设计方面受到较大限制及影响，其规范与制度尚未与建筑设计及建筑行业发展形成相应系统，使得超高层建筑在给水及消防设计方面存在较多问题，也导致了许多安全隐患，时刻威胁到人员生命财产安全，需要予以注重，保障建筑物使用安全并延长其使用寿命，创造出良好经济效益及社会效益。一、超高层建筑定义与分类 随着经济发展，都市人口迅速增长，用地紧张困境日益突出，超高层建筑可以更充分地运用有限空间，节约土地，通过集中布设地上、地下各种管线而减少市政工程投资。并且超高层建筑汇集了都市在建筑、构造、机械设备、建筑材料和施工技术等所有科技最高成就，体现了都市社会、经济文化限度和当代化步伐，许多超高层建筑更是成为了一种都市或地区重要景观和地标。此外，超高层建筑面积大，将各种功能，如办公、旅馆、公寓和购物综合在一座建筑里，以便了人们生活。 国内建筑规范中并没有明确规定“超高层建筑”定义，而是把建筑高度超过24米公共建筑和十层及十层以上居住建筑均视为“高层民用建筑”。1972年，在美国宾夕法尼亚洲伯利恒市召开国际高层建筑会议对高层建筑定义获得了较统一结识，把高层建筑划分为四类：第一类高层建筑：916层（最高到50m）；第二类高层建筑：1725层（最高到75m）；第三类高层建筑：2640层（最高到100m）；第四类超高层建筑：40层以上（高度在100m以上）。国内高层民用建筑设计防火规范对超高层虽无明确规定，但对于高度超过100m，层数超过32层建筑在避难层、停机坪、消防水压、灭火设施、正压排烟及火灾自动报警方面均有特殊规定。二、超高层建筑消防安全特点 超高层建筑作为一种地区和都市标志，建造耗资巨大，涉及建筑、构造、设备、防火、交通、能源、环境等一系列问题，是一种地区经济、科技、美学综合结晶。但是，由于这种建筑物高度高、人员多、设备及管线系统复杂，火灾事故隐患大，在自然灾害（地震、强风）、内部设备系统故障事故、人为火灾等难以抗拒或防范状况下，一旦发生火灾，疏散与扑救都十分困难，将直接威胁着生命财产安全，因而火灾是超高层建筑头号大敌，其消防安全成为不可避免首要问题之一。（一）功能用途复杂、点火源多 超高层建筑主体建筑高、功能复杂，大多数主体建筑底层建有裙楼，作为商场、餐饮、娱乐等商业功能使用，主体建筑多数作为住宅、办公、宾馆等使用。并且超高层建筑用电设备种类多，数量大，超载、短路、发生小火花现象增多；车库停车多、储油量大；流动人员多，吸烟人多；雷击现象、周边环境飞火等也是超高层建筑也许发生火灾点火源，火灾荷载密度大。（二）竖向管井多、可燃物集中，容易形成烟囱效应 超高层建筑内部垂直楼梯间、电梯井、管道井、电缆井、排气道、垃圾道以及其他封堵不严密各类竖向管井众多，其陈设和装修材料大多是可燃、易燃物品，一旦发生火灾，容易沿着这些竖向管井迅速蔓延。并且这些竖向管井犹如一座座高耸烟囱，火灾时，容易形成烟囱效应，助长烟气火势蔓延。建筑高度越高，烟囱效应越强烈。实验资料证明，超高层建筑中火灾烟气沿着垂直楼梯间、电梯井等竖向井道垂直上升速度达每秒3到4米，有时甚至可达每秒8米。（三）安全疏散困难，人员密集，容易导致重大伤亡 40层以上超高层建筑着火时，要使人员迅速疏散到地面或避难空间十分困难。由于火灾时客用电梯必要停止使用，消防电梯重要为消防队员专用，消防云梯车高度也有极限，因此楼梯间是人员垂直疏散唯一手段。但超高层建筑垂直疏散距离长，人员密集，疏散时间也相应大幅增长。据消防部门测试，一名消防战士从40层150米位置下到建筑第一层需要十几分钟，那么普通人员或是老人、小孩等所需要疏散时间就会更长。而烟气垂直流动速度为24米/秒，在垂直方向1分钟就可以蔓延几十层。人员疏散速度比烟气流动速度要慢超过100倍，并且疏散方向与烟火蔓延方向相反，进一步增长了人员疏散艰难和危险性，容易导致重大伤亡。（四）火灾扑救难度大，对装备手段规定高 超高层建筑与普通建筑相比，其火灾扑救难度相对较大。由于都市高楼林立，缺少地面消防行动展开场地，并且从国内既有超高层建筑来看，外墙大多采用玻璃幕墙，破碎后极易导致地面人员伤亡，并对破坏地面消防车辆及供水器材，加上外墙采用固定窗，消防人员接近起火点非常困难。此外，既有消防装备远远无法满足超高层建筑灭火救援需要。当前，消防登高车最大救援高度约为100米。超高层建筑发生火灾，灭火用水量比较大，有时需要达到100升/秒以上。经灭火演习测试，三辆大功率消防车串联，通过水泵结合器供水，高度只能达到160米，通过水带直接供水，高度只有150米，而消防直升机尚未得到普遍应用。因而，超过150m楼层几乎只能重要依托建筑内部自身消防设施来保障，外部手段效果甚微。 此外，尚有一种经常被忽视火灾隐患，就是超高层建筑在施工期间消防安全问题。超高层建筑施工周期普通都较长，施工现场暂时动火多，用电量大，易燃、可燃材料集中。同步，消防设施未开通，缺少消防水源和消防通道，只有暂时消防水源，一旦发生火灾，不能保证消防用水水压和水量，消防扑救难度更大，特别是在施工后期发生在中、高层甚至顶层火灾。三、超高层建筑防火设计工程办法 针对超高层建筑一系列突出问题,结合国内消防技术规范进行分析探讨。（一）总体布局（1）设立成成片具备高度防火性能超高层建筑,1949年重庆“九、二”火灾即是如此 ，幸而数幢巨型银行建筑成功地阻挡了蔓延。因而布置成片具备高度防火性能超高层建筑 以形成耐火隔离带不失为一种好办法；（2）按照规范规定设计消防车道和扑救场地。（二）构造耐火设计 （1）超高层建筑中钢构造耐火设计。超高层建筑中大面积使用钢构造耐火设计,会导致耐火能力差,必要以耐火材料包覆,或者喷涂石棉或防火涂料等。对于后者,国内近几年来己经有明显发展,并获得了一定成果。（2）超高层建筑中钢筋混凝土耐火设计钢筋混凝土构造普通具备较好耐火能力,但预应力构件耐火较差,必要时应加防火涂料或厚抹灰加以保护,据调查,国外超高层采用隔墙较普遍是加气混凝土,轻质耐火是最大长处。当前，研究耐火性最活跃领域是对含氟树脂和有机硅改性树脂研究。其中,有机硅改性丙烯酸树脂涂料是此后超耐火性涂料发展方向。（三）防火分区 一种超高层建筑分为若干个独 立单元,每一单元都是独立以防止大火和烟雾蔓延,单元之间用防火墙分隔,每个防火分区面积普通不超过1400平方米。 （四）安全疏散（1）急用路线与惯用路线相结合 国外大某些超高层建筑安装了一组电梯,以利于达到不同层次。到达某某些层次,仅有其中一部电梯可达。发生火灾,疏散人群可以进入和使用原本不提供出入口给发生火灾层次电梯。虽然这种以抓紧运用电梯作为疏散人群思想是不值得倡导,但是作为顺应建筑需求总体疏散战略一某些,必要执行完毕这种任务工作 。（2）不适当设计成“袋型走道” 从超高层建筑火灾人员死亡案例来看,大某些人在浓烟中,由于人趋光性,人们会自然而然地奔向光亮方向。而在超高层中,由于需要天然采光,在走道尽头处设有窗户,极易使人误入死亡圈套。应尽量避免使用袋型走道,而应使用环行双向走道。为了辨认方向,批示警告符号应当明显。（3）避难层A.超高层建筑中设立避难层很必要 在超高层建筑中应设立避难层间,人们在紧急疏散时,只需跑若干层就能安全避难。B.结合国内特点对避难层进行设计 考虑国内人员体型特点 ，人均面积应保证不不大于0.2m/人。 考虑到登高车最大作业高度在30-50米左右,而消防员实测表白,登高超过10层时,心跳和呼吸明显加快,会给扑救带来不利影响,综合以上因素,距地面起到10-15层设立第一避难层。这样,既可控制一种区间疏散时间不会太长,又能在较小扑救范畴作业,并可与设备层布置相结合。为保证避难层在建筑物起火时能正常发挥作用,避难层至少应有两个疏散方向避难通道。通向避难层防烟楼梯,其上、下层应错位布置。(4)屋顶直升飞机停机坪 当前国内购买专用直升机都市很少,据调查上海装备大多是欧美生产,如法国超美洲豹等。但如255米上海长峰大厦等超高层建筑因造型别致而无法满足停机坪规定。为此,本人以为如果破坏了大厦美丽而强行规定要设停机坪,这是没故意义但如果能在顶部扩出一小块平地,以供直升机悬停在上方进行教援倒不失为一种好办法。（五）设备方面（1）自动报警系统 重要涉及三某些：探测器、区域报警器及集中报警器,此外还须设立人工报警电话、报话机及报警按钮等与之配合。消防中心宜设在首层并接近消防车道。（2）自动喷淋 超高层建筑应当立足于自防自救,自动喷淋设施是实现自防自救最有效办法。例如在上海，诸多超高层建筑为了美观,不但外面使用玻璃幕墙,在内装修中也大量使用玻璃墙分隔,除某些耐火极限不不大于1h大块玻璃墙外,别的都要在两侧布置喷头,避免浮现喷头盲区.有甚至安装了两套消防系统。四、性能化设计 仅仅依托现行规范进行超高层建筑设计是不全面 ，国际上广泛采用是性能化设计。（一）性能化超高层建筑防火设计基本内容（1）设计火灾分类 A.火灾发展阶段及其轰燃 对于多数房间,普通都假设火灾处在发展及其轰燃阶段。设计时热量释放率由老式办法决定,稳定热量释放率是由通风条件和燃料表面形状决定。 B.局部火灾 局部火灾是少量易燃物在一种大空间内燃烧,燃烧局限在相对较社区域内。C.窒息火灾 在密闭房间中,当氧被消耗之后火灾被窒息。火被窒息后来,热释放率将迅速减少。但是,如果这时门被打开了,燃烧将再次迅速变大。消防员灭火救援也许是门被打开因素之一。 （2）火灾性状预测 结合也许影响建筑物消防安全性能众多因素，以火灾发生直至人员疏散完毕整个过程为研究对象,分别考虑起火空间内部火灾发生与发展阶段,烟与有毒气体在起火空间内部及外部蔓延阶段,火灾在起火空间之外蔓延阶段,火灾探测与自动消防系统启动阶段,消防队到场灭火阶段以及人员疏散阶段火灾性状特点。（3）建筑构造耐火安全性预测 通过度析构件抗力和荷载效应有关特性,对建筑构造耐火安全性进行预测。（4）人员安全疏散预测 对于建筑物内人员疏散到安全区域提取时间预测成果,与火灾场景中关于发展与烟气流动性状分析 所得届时间进行比较。（5）安全原则 性能化评估办法具备较强合用性,应制定以性能化准则为主,规格指令性准则为辅安全评估原则体系。并针对特殊状况制定补充性准则。（二）安全检查办法 为了进行安全检查，应对每个烟气控制区疏散时间和布满烟气时间进行计算。四、实例分析 下面就“上海环球金融中心工程”消防实例进行探讨。（一）建筑概述 上海环球金融中心是一种大规模超高层多用途建筑物,它有94层（460米高），楼层总面积为335.700平方米,并且可容纳0人,它位于上海金融与贸易区中心。这个建筑物采用核型心筒平面设计。（二）防火分区别为防火单元和疏散单元 防火单元：这个建筑物被分为四个防火单元。在防火单元之间设立了避难层。竖向通井都被分隔：一种防火单元约每15层楼被进一步分为疏散单位。这可以有效地缩短总疏散时间，疏散单位大小是依照模仿所预测总疏散时间以及国内消防规范来拟定。每一疏散单位提供一种避难场合,并且每一种疏散单位大小与位置拟定应容许每一层疏散在 30分钟内完毕。并依照上面提到性能化设计原理来区别大楼里各个区域,如中庭这种燃烧危险系数大空间把它看作是会导致火灾发展阶段及其轰然,而在各个防火分区中房间则可把它看作是会导致局部火灾,像仓库应视作会导致窒息火灾。采用模仿模型可以预测一大群有混合特性人群行为。 咱们通过预测在指定限制范畴内出逃时间来拟定建筑物重要某些疏散安全性。（三）烟气控制系统 为了加强疏散安全性,如下三个指标被用于设计烟雾控制系统：（1）防止烟气渗入安全分隔区 （2）防止烟气蔓延进入其她楼层（3）烟气控制系统在延长时间内运营 为了实现这些目的,安装了压缩烟气控制系统。新鲜空气被送入连廊与电梯井,并且气体从走廊和连接走廊与房间前厅排出,前室被称为“烟雾闸”。由于安装了压缩烟气控制系统,它可以防止烟气蔓延,提供了控制烟气功能。在烟气越过烟气闸蔓延至走廊这种最差状况下，由于连廊与楼梯井增压,此系统可以防止烟气蔓延至上面楼层,依次,从上面楼层疏散可以保证安全。（四）紧急控制中心 主紧急控制中心安顿在第一层上,次控制中心安装在用于第47层避难层。主控制中心和次控制中心建立了信息网络。结束语 随着国民经济水平不断地提高，在寻常生活中人们对于消防问题也越来越关注。防火设计理论发展，对超高层建筑防火设计和防火构造规定也越来越多，诸多火灾也表白，防火设计和性能化设计也是越来越发挥着重大作用。参照文献：1建筑设计防火规范 GB .50016-2防火工程概论.中华人民共和国人民公安大学出版社.3周军良，胡峥辉，张春明.超高层建筑防火设计探析.施工技术,10教师评语： 评阅教师： 年 月 日