中庭建筑防火設(shè)計研究

中庭建筑防火設(shè)計研究

1國內(nèi)城市中庭建筑的發(fā)展作為一個共享空間，中庭可以將建筑內(nèi)部的接觸性滲透到最大范圍內(nèi)，形成整個內(nèi)部空間的視覺效果，從而滿足人們的購物、休閑、辦公和觀察的需要。因此，中庭的概念在世界各地的許多建筑設(shè)計師中被廣泛使用，并被各種形式的建筑所使用。隨著我國城市商業(yè)的發(fā)展,一些具有以中庭為特色的建筑在我國許多城市如雨后春筍般不斷涌現(xiàn),有些已經(jīng)成為城市地標(biāo)性的建筑。如上海的金茂大廈,中庭高達(dá)152m,直徑達(dá)27m。而對于中庭這種特殊的建筑類型,目前我國尚無一套較完善、科學(xué)的法規(guī)來規(guī)范其防火設(shè)計研究,提出合理的設(shè)計方法,“規(guī)范”中存在著對中庭建筑定義不明確,且對形式多樣的中庭要求過于單一的特點(diǎn),在日常的建筑防火設(shè)計審核中不能滿足實(shí)際工作的需要。因此,開展中庭建筑防火設(shè)計研究,完善現(xiàn)有的消防技術(shù)法規(guī)對建筑中庭的設(shè)計規(guī)范要求已成為當(dāng)前消防工程領(lǐng)域的迫切需求。2定義2.1人性定義中庭是建筑內(nèi)部帶有玻璃頂蓋的內(nèi)院,是以一個大型建筑內(nèi)部空間為核心,綜合多種使用功能,引入自然構(gòu)景要素,著意創(chuàng)造環(huán)境和休閑氛圍的場所。2.2短邊面積、短邊面積和面積截面積目前在建筑界和業(yè)內(nèi)人士比較認(rèn)同的定義是:短邊長度不小于6m(或半徑不小于6m),橫截面積不小于100m2,且其共享空間不低于三層的帶有頂蓋的室內(nèi)庭院。3家庭火災(zāi)的風(fēng)險3.1防火防煙分隔,以密閉保護(hù)中庭作為共享空間在豐富大型建筑內(nèi)部空間的同時,也為消防安全帶來了極大的挑戰(zhàn)。如果單從安全系數(shù)考慮對中庭進(jìn)行防火防煙分隔,將勢必破壞中庭的空間感和視覺美感,就失去了中庭存在的意義。但中庭建筑的上下空間連為一體,空間一般比較大,一旦發(fā)生火災(zāi),火勢和煙氣可不受限制地迅速擴(kuò)大,將影響整幢建筑安全和內(nèi)部人員人身安全。3.2無阻隔的通道中庭既是聯(lián)系各功能區(qū)域之間的樞紐,又是社交的場所,人員眾多,一旦發(fā)生火災(zāi),疏散量大。特別是一些商業(yè)建筑,在商場購物的顧客或娛樂場的游人,一般只知道他們進(jìn)來的路線。故對大部分人來說,主要的無阻擋的通道應(yīng)是電梯或自動扶梯,對樓內(nèi)步行樓梯位置并不熟悉?；馂?zāi)時,大量人員同時疏散,勢必出現(xiàn)擁擠、混亂,造成疏散通道堵塞,加上火場內(nèi)煙氣濃度大,有害氣體成分多,極易造成群死群傷的悲慘局面。3.3方向擴(kuò)散,損失嚴(yán)重中庭空間形似煙囪,當(dāng)大樓發(fā)生火災(zāi)、室內(nèi)火場溫度升高時,往往形成“煙囪效應(yīng)”,煙氣順著中庭快速向垂直和水平方向擴(kuò)散,造成火勢迅速上竄蔓延,甚至將導(dǎo)致大量人員傷亡,帶來不可估量的損失。如:1967年比利時布魯塞爾伊若巴施格百貨商店二樓起火,共造成325人死亡。此次火災(zāi)由于建筑中庭部分未設(shè)防火分區(qū),中庭設(shè)置的感煙探測器未動作,中庭的“煙囪效應(yīng)”使煙氣迅速擴(kuò)散,火勢迅速擴(kuò)大,樓內(nèi)人員無法安全、迅速疏散,大量人員窒息死亡。3.4中庭屋頂自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范的要求普通的探測器只能探測到20m以下的火災(zāi),而很多的中庭貫穿整個建筑,在30m以上,而且中庭的頂棚還是煙氣聚積的主要場所,如果按照現(xiàn)行的《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定探測器必須安裝在頂棚的位置,那么當(dāng)煙氣到達(dá)中庭頂棚的時候,火災(zāi)已經(jīng)發(fā)展了一段時間,有可能著火層以上的樓層已有煙氣擴(kuò)散,就不能起到及時報警的作用。3.5普通螺釘過濾器從中國初始測定中庭內(nèi)裝閥為10m現(xiàn)行《自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》第6.1.1條規(guī)定:采用閉式噴水滅火系統(tǒng)場所的最大凈空高度為12m。根據(jù)該條規(guī)定,高于12m的中庭不能采用閉式系統(tǒng),普通噴頭已經(jīng)不能滿足保護(hù)要求。但不設(shè)噴水滅火系統(tǒng)則無法保護(hù)和控制中庭火災(zāi)的范圍,使中庭完全裸露于火災(zāi)之中,增加了中庭的火災(zāi)危險性。3.6確定退火方向火災(zāi)時,建筑物的各主要出口有可能被緊急疏散的人員所占用,迫使消防員另外尋找進(jìn)攻路線;當(dāng)火災(zāi)蔓延成空間立體火災(zāi),難以確定起火點(diǎn),很難正確判斷應(yīng)當(dāng)從何處切斷火勢,消防員要在數(shù)個樓層同時展開滅火戰(zhàn)斗行動,牽涉的滅火力量大;而且,煙氣迅速擴(kuò)散并充滿中庭,將嚴(yán)重影響人員疏散和滅火戰(zhàn)斗行動。4家庭裝飾設(shè)計4.1平面布局設(shè)計4.1.1防火分區(qū)的劃分現(xiàn)行規(guī)范將整個中庭作為一個獨(dú)立的防火分區(qū)在水平方向上與中庭相連的其他使用區(qū)域作了分隔。但就豎向分隔上,并沒有采取可行的分隔措施,而中庭作為豎向共享空間,筆者認(rèn)為僅僅以防火分區(qū)面積來進(jìn)行劃分不太合理。防火分區(qū)的劃分應(yīng)根據(jù)不同使用功能區(qū)域加以區(qū)別對待,應(yīng)根據(jù)建筑空間高度的不同、建筑內(nèi)火災(zāi)荷載的不同、建筑內(nèi)消防系統(tǒng)設(shè)計的不同來劃分,從而對建筑的防火分區(qū)設(shè)計提出不同的要求。象中庭這樣的建筑形式,筆者認(rèn)為應(yīng)該充分考慮高度因素,從體積上來進(jìn)行防火分區(qū)的劃分。可采取類似于防火卷簾、防火分隔水幕進(jìn)行分隔的形式在中庭內(nèi)進(jìn)行縱向區(qū)間的劃分,將火災(zāi)、煙氣控制在一定范圍之內(nèi)。當(dāng)然,鑒于中庭結(jié)構(gòu)的上下貫通性,對中庭的裝修和建筑材料采用不燃材料,在中庭內(nèi)控制可燃物的種類和數(shù)量,盡可能不放置可燃物,減少中庭的火災(zāi)荷載,從而降低中庭內(nèi)發(fā)生火災(zāi)的可能性。4.1.2區(qū)域內(nèi)噴霧防護(hù)的設(shè)計目前建筑上采用的防火分隔措施主要有:防火墻、防火卷簾、防火門、窗、防火玻璃和水幕。對于中庭建筑,由于其使用功能的復(fù)雜性和不確定性、人員密度和火災(zāi)荷載都較大等特點(diǎn),合理進(jìn)行防火分隔十分必要。但如果單純按照規(guī)范的一些條文去執(zhí)行,其實(shí)際工作是很難開展的。因此,在實(shí)際工程中,應(yīng)根據(jù)建筑空間的特點(diǎn)靈活地使用不同的防火分隔措施。(1)在回廊中設(shè)置自動噴水滅火系統(tǒng)。為了防止因?yàn)闊煔庠谪Q向空間的流動速度過快,而影響系統(tǒng)保護(hù)的有效性,建議使用快速響應(yīng)噴頭以提高系統(tǒng)對于煙氣蔓延的反應(yīng)速度。(2)回廊走道設(shè)置隔墻。隔墻耐火極限應(yīng)不低于高層建筑公共走道墻體的耐火極限值即1.0h,且應(yīng)砌至樓板底部,同時走道上所開設(shè)的門窗的耐火極限宜不小于0.6h或在這些開口部位上方設(shè)置灑水噴頭直接保護(hù),如采用透明玻璃分隔,建議采用耐火時間不小于1h的防火玻璃,并在其兩側(cè)安裝加密噴淋系統(tǒng)予以保護(hù)。(3)與中庭回廊相通的房間設(shè)置能夠自行關(guān)閉的乙級防火門窗,而與中庭相通的過廳、通道則要設(shè)乙級防火門或耐火極限不低于3h的防火卷簾。與中庭回廊相通的乙級防火門窗應(yīng)與火災(zāi)自動報警系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng),因?yàn)檫@些門窗是中庭與房間的有效防火分隔,萬一火災(zāi)時房間門窗沒有關(guān)閉,那么中庭的煙火很可能通過敞開的門窗蔓延至其他區(qū)域,甚至是樓梯間,從而擴(kuò)大火災(zāi)的破壞性和影響人員的安全疏散和生命安全。而通過與火災(zāi)自動報警系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng),平時也可處于敞開狀態(tài),但在收到火災(zāi)報警信號后,門窗能自行關(guān)閉,但內(nèi)部的人員可將門推開進(jìn)行逃生。(4)對于人員較多,設(shè)置防火卷簾會影響人員疏散的回廊等處可采用水幕系統(tǒng)。對水幕系統(tǒng)的設(shè)計要求是一定要形成水幕帶,其有效寬度不應(yīng)小于6m,噴頭布置不少于3排,噴頭的供水強(qiáng)度為2～3L·(s·m2)-1。水幕系統(tǒng)的啟動可采用自動或手動開啟裝置,確?；馂?zāi)發(fā)生時水幕系統(tǒng)起到防火隔煙作用。4.2從最小煙量的確定無論是多層建筑的中庭,還是高層建筑的中庭,《建規(guī)》及《高規(guī)》均明確要求設(shè)置排煙設(shè)施,對排煙量均作了相同的要求,即:設(shè)置機(jī)械排煙設(shè)施的中庭,其排煙量以中庭為單位,按換氣次數(shù)確定,中庭體積小于17000m3時,其排煙量按其體積的6次/h計算;中庭大于17000m3時,其排煙量按其體積的4次/h計算,但最小排煙量不小于102000m3/h。規(guī)范也說明,由于國內(nèi)目前尚無實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及理論依據(jù),因此也參照了國外相關(guān)資料。然而,根據(jù)國外研究表明,僅僅根據(jù)中庭體積來確定排煙量是不合理的,采用換氣次數(shù)法計算排煙量的方法過于簡單、粗糙,不能解決結(jié)構(gòu)形式、造型以及功能上越來越復(fù)雜化和綜合化的中庭建筑的煙氣控制設(shè)計。防排煙的目的就是有效地將上層煙氣排出或不讓煙氣進(jìn)入,使之不會下降到對人、物構(gòu)成危害的高度。因此,在實(shí)際設(shè)計中,適宜將兩種排煙方式有機(jī)結(jié)合起來使用。一方面,應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持設(shè)計面積足夠大的自然排煙口,另一方面,在那些不宜采用自然排煙的局部區(qū)域,或排煙口無法加大的局部區(qū)域,安裝排煙風(fēng)機(jī)。為了減少風(fēng)機(jī)運(yùn)行時對室內(nèi)空氣流動的攪動,宜采取多臺風(fēng)機(jī)合理分布安裝,同時,在建筑物頂部設(shè)計的蓄煙池也有助于增強(qiáng)排煙效果,并可限制煙氣的蔓延。在大面積和大空間建筑中,這種措施更為適用。4.3安全配置設(shè)計4.3.1中庭建筑人員安全疏散設(shè)計的規(guī)范要求與性能化設(shè)計方法疏散的基本原則是使建筑物中的人能盡快地離開火災(zāi)現(xiàn)場,到達(dá)安全區(qū)?！鞍踩珔^(qū)”可以是室外空地,也可以是室內(nèi)安全地段。一般地說,建筑發(fā)生火災(zāi)后,將樓內(nèi)人員盡快疏散到樓外的安全區(qū)域是最保險的手段。由于現(xiàn)行規(guī)范對中庭建筑的人員安全疏散沒有具體的要求,故在對中庭建筑的人員安全疏散設(shè)計時,采用規(guī)范要求與性能化設(shè)計方法相結(jié)合的方法進(jìn)行設(shè)計。建筑物發(fā)生火災(zāi)后,其中的人員能否安全疏散取決于兩個特征時間,一是火災(zāi)發(fā)展到對人構(gòu)成危險所需的時間,或稱可用安全疏散時間(ASET,AvailableSafetyEgressTime),一個是人員疏散到達(dá)安全區(qū)域所需要的時間,或稱所需安全疏散時間(RSET,RequiredSafetyEgressTime),如果人員能在火災(zāi)達(dá)到危險狀態(tài)之前全部疏散到安全區(qū)域,便可認(rèn)為該建筑物的防火安全設(shè)計對于火災(zāi)中的人員是安全的?？捎冒踩枭r間ASET就是從起火到火災(zāi)構(gòu)成危險狀態(tài)的時間間隔,所需安全疏散時間RSET就是從起火到人員成功撤離這些危險區(qū)域所必需的時間,因而,保證人員安全疏散的基本條件是:ASET>RSET。4.3.2防火門、窗鑒于中庭的建筑類型與高層民用建筑里的觀眾廳、展覽廳、商場營業(yè)廳等基本相似,因此可參照《高規(guī)》第6.1.7條,室內(nèi)任何一點(diǎn)至最近的疏散出口的直線距離,不宜超過30m。因?yàn)楦鶕?jù)中庭防火分區(qū)設(shè)置的要求:房間與中庭回廊相通的門、窗,應(yīng)設(shè)自行關(guān)閉的乙級防火門、窗;與中庭相通的過廳、通道等,應(yīng)設(shè)乙級防火門或耐火極限大于3h的防火卷簾分隔,我們可以這樣理解:中庭內(nèi)任何一點(diǎn)到最近的與中庭相通的過廳、通道、房間,即到了另一防火分區(qū),過廳、通道和房間門即可認(rèn)為是最近的疏散出口,對于回廊式中庭建筑來說,中庭的直徑距離可長達(dá)60m,中庭的最大面積為S=3.14×900=2826m2,與中庭的防火分區(qū)面積3000m2相一致。4.4水槍滅火系統(tǒng)根據(jù)《自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》第6.1.1條規(guī)定,民用建筑設(shè)置閉式噴水滅火系統(tǒng)場所的最大凈空高度為12m。因此,對高度小于12m的中庭,可以設(shè)置閉式自動噴水滅火系統(tǒng)。而對高度超過12m的中庭,根據(jù)國外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn),可借鑒設(shè)置以下自動消防給水系統(tǒng):(1)小型水槍滅火系統(tǒng)在日本、英國的一些展廳、體育館等大空間建筑內(nèi)開始采用與火災(zāi)探測器聯(lián)動的小型水槍滅火系統(tǒng)——可自動探測和對焦的“走查型”噴水器,這種消防設(shè)施在中庭中的使用將是十分方便和有效的。這種水槍可方便地安裝在中庭的側(cè)墻上,能根據(jù)探測到的火災(zāi)位置定向噴水滅火,其最大的射程在15m左右,有助于控制煙氣流動和冷卻煙氣。為了充分發(fā)揮水的滅火作用,在水中加入一定的可增強(qiáng)水滅火性能的添加劑也值得考慮。(2)自動消防炮滅火系統(tǒng)自動消防炮滅火系統(tǒng),早期是一種常用于大型露天油庫、碼頭等的滅火系統(tǒng),近年被越來越多地用于展廳等大空間、中庭場所。自動消防炮滅火系統(tǒng)融入了自動控制技術(shù),可以遠(yuǎn)程控制并自動搜索火源,對準(zhǔn)著火點(diǎn)自動噴灑滅火,可與火災(zāi)自動報警系統(tǒng)聯(lián)動,既可手動控制,也可實(shí)現(xiàn)計算機(jī)自動操作,適宜用于撲救中庭等大空間內(nèi)的早期火災(zāi)。4.5火災(zāi)探測器的布置中庭建筑形式的多元化和功能的重疊組合,給自動消防報警系統(tǒng)提出了更高的要求。對大體積、大高度中庭的火災(zāi)自動探測的可靠度問題,傳統(tǒng)的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)很難解決,有必要對適合中庭建筑的火災(zāi)自動探測報警系統(tǒng)予以研究。對以煙氣流動為主的中庭,應(yīng)該選擇感煙式探測器。目前國際上較通用的一種辦法是在中庭內(nèi)每隔10m左右的間距布置一對自動紅外對射型火災(zāi)探測器,但由于來自日光和人工光源的影響,這種方式在有采光功能的中庭內(nèi)不適合,且在截面尺寸較大的空間內(nèi),其可靠性也受到置疑,此類中庭最好選用點(diǎn)型(離子、光電)感煙式探測器,而在內(nèi)置式中庭內(nèi),可在合適的情況下選用線型(激光、紅外光束)感煙式探測器。當(dāng)火勢擴(kuò)大,溫度不斷升高,感溫式探測器才能發(fā)揮作用,因此此類探測器在中庭內(nèi)主要布置在頂棚,當(dāng)頂棚空間溫度或溫度上升速率達(dá)到一定值時,就發(fā)出報警信號,并同時啟動噴淋保護(hù)。同時應(yīng)考慮到日常運(yùn)行中,建筑物內(nèi)部用能設(shè)備和人群的散熱及太陽輻射熱都匯集到中庭的頂部,感溫式探測器的溫度設(shè)定值要綜合考慮。由于CO是火災(zāi)煙氣的主要產(chǎn)物,也是危害人員生命的主兇,當(dāng)可見煙氣被發(fā)現(xiàn)時,CO可能早就擴(kuò)散到人員所在區(qū)域,在火災(zāi)案例中,常有當(dāng)人們發(fā)現(xiàn)濃煙時,有人已經(jīng)因吸入CO而無力逃生。因此,有必要在人員密集場所布置CO探測器。如果在中庭內(nèi)放置有易燃可燃物品,為了預(yù)報早期火災(zāi),可在中庭內(nèi)布置火焰探測器,對夜間火災(zāi)探測非常有效?；馂?zāi)探測器、火災(zāi)報警器宜選用同一廠家的配套產(chǎn)品。4.6中上部建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計要求中庭結(jié)構(gòu)主要以鋼結(jié)構(gòu)為主,其承受的構(gòu)件大都是采光玻璃,對其所需的耐火極限應(yīng)根據(jù)中庭在建筑物中的位置、中庭內(nèi)火災(zāi)荷載的大小以及鋼結(jié)構(gòu)對主體建筑的影響提出不同的要求。對于中上部就是主體高層建筑的,其鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限應(yīng)不小于1.5h(參照樓板的耐火極限要求),采光玻璃也應(yīng)為1h以上的防火玻璃,對于展覽館、商場等火災(zāi)荷載較大的建筑中的中庭,其鋼結(jié)構(gòu)耐火極限應(yīng)高些,而辦公樓、賓館等建筑的中庭,其鋼結(jié)構(gòu)耐火極限要求可