超高层建筑防火构造设计思考

邓力频

汉寿县消防救援大队 湖南常德 415900

在我国市场经济的推动之下，城市化进程逐步加快，超高层建筑也是越来越多。虽然高层建筑、超高层建筑的出现在很大程度上解决了城市土地资源紧张的问题，大大提高了城市空间资源的利用率，但是消防安全问题也日益严竣。对于超高层建筑消防安全设计，在很多方面都有着严格的要求，与普通建筑相比其防火构造设计也更为复杂[1]。

1 超高层建筑火灾危害性分析

超高层建筑一旦发生火灾，其危害性远超过普通建筑，这是因为在超高层建筑内人员众多，楼层过高导致疏散线路变长，不便于逃生。在2017 年“6.14”伦敦公寓楼火灾事故中最终遇难人数多达71 人，大火持续时间超过30h[2]。超高层建筑的火灾危害性主要表现在以下几方面：

1.1 火灾蔓延快，难以控制

在超高层建筑内发生火灾后，内部的排气管道、管道井、楼梯间等都会为着火点提供充足的氧气，加上建筑内部存在大量可燃、易燃物品，使火势得到迅速蔓延，燃烧也更加持久，而且在高处风助火势，还会造成大火向周围楼层蔓延，难以控制。有研究显示，在火灾刚刚发生的时候，在水平方向烟气的扩散速度仅为0.3m/ s，但随着火势逐步加大，周围温度快速升高，就会引起空气对流，水平方向的烟气扩散速度快速增高，能够达到0.5～0.8m/ s，而竖向扩散的速度更加恐怖，沿竖向管道能够达到3～4m/ s。这说明，如果当高度达到100m 的超高层建筑发生火灾后，如果火势得不到有效控制，在短短的30s 时间内就可以从地面迅速蔓延到顶部。随着楼层高度的增加，火灾蔓延的速度也随之加快。

1.2 疏散难度大，伤亡过高

超高层建筑的另一个重大危害就是人员较多，不便疏散，容易造成更高的人员伤亡。一是楼层过高，导致人员疏散的线路延长，逃生的时间也变长；二是疏散通道有限，逃生人员过多，造成拥挤，导致疏散慢。三是快速蔓延的大火产生大量浓烟，含有大量有毒气体，再加之浓烟遮挡视线，都增加了逃生的难度。有数据显示，在火灾中因烟熏造成的死亡所占比例最高[2]。

1.3 灭火难度大，不便救援

当超高层建筑发生火灾后，会给灭火工作造成更多的困难和障碍。一是火势快速蔓延，同时伴有较为强烈的热辐射和浓烟，消防人员不能对蔓延的火势形成有效的拦截。二是消防灭火设备高度受到限制，无法在超高层建筑室外展开灭火救援工作，而使用室内水源时又会出现供水不足的问题。四是很多超高层建筑内部并没有安装消防电梯，消防人员到达现场后并不能快速到达着火层，消防器材也不能快速得到有效的补充，严重影响救援工作[3]。

2 超高层建筑防火构造设计的措施

对于超高层建筑而言，其实用性是尤其重要的，所以在进行防火设计的过程中应立足建筑本身的功能性，在避免对功能性造成影响的前提下，依据我国对超高层建筑的消防安全设计标准，进行合理的防火设计优化，从多个角度强化超高层建筑的防火线，确保超高层建筑功能性良好、防火性极佳，进而保障相关人员的生命与财产安全，推动建筑行业的长远发展。

2.1 确保畅通性良好

超高层建筑的特点在于楼高较高且建筑间距较近，所以一旦发生火灾，逃生的畅通性尤为关键，这就需要加强消防通道的设计，确保消防通道能够第一时间为人们提供畅通的逃跑路线，同时也为消防工作提供便利。此外，针对楼间距较小的问题，应在建筑设计方面进行优化，对相邻建筑、空地绿化、广场地点等进行科学规划。

2.2 结合超高层建筑的情况设置分区防火

对于分区防火的设计而言，一方面要借助于防火墙来实现，另一方面则是要借助于耐火楼板的合理设计，通过耐火楼板进行垂直方向的防火分区，只有确保水平与垂直方向的彻底隔绝，才能避免火势蔓延。除此之外，在进行管道与线路的设计时，也应充分考虑防火性。

2.3 充分考虑超高层建筑基本构成的耐火性

一旦火灾发生，建筑就会产生坍塌的风险，而此时建筑梁、柱、防火门等基础构成的耐火性就直接影响了火灾发生后对建筑本身的损伤，也就决定了火灾接下来的走向，所以基础结构的耐火性考量至关重要。

2.4 应保障安全疏散路线的疏散效果

疏散通道关系着人们的逃生效果，所以防火单元旁应设计疏散出楼和楼梯，确保疏散通道的设计符合消防安全设计标准，同时也要保障疏散通道的排烟性能和防火封闭性能良好，确保为人员逃离提供充足的时间。

2.5 避免易燃材料的使用

一旦发生火灾，易燃的装修材料就成了火灾的助力，进一步加剧了火势，而选择防火材料装修却可以最大限度的阻隔火灾蔓延，为人员逃生和消防救援提供充足的时间，由此可见装修材料选择的重要性。

2.6 确保供水系统的效率

首先，应确保水压和水量满足消防用水的需求，避免因火灾而出现无法供水的情况；其次，则是要确保消防距离的充足，在进行供水管道的设计时应注意合理性，确保供水管道耐火性良好。

2.7 构建完善的联网报警系统和智能化灭火系统

在信息技术和互联网技术的迅速发展下，高层建筑也应构建起一体化、智能化的联动系统，确保火灾发生时，第一时间实现火灾报警，并打开灭火、排烟、疏散等相关系统，在火灾发生的初期实现最优的控制，降低经济损失和人员伤亡。

3 超高层建筑防火构造设计要点分析

3.1 特殊防火设计要求

根据我国现行《建筑设计防火规范》相关规定，针对超高层建筑的防火构造设计，必须严格执行普通高层建筑中有关消防设计的基本条款，同时对高度超过100m 的超高层建筑专门做出要求，主要包含以下几点：

（1）在超高层建筑内，电缆井、管道井等部位所使用的材料其耐火等级必需达到2h，楼板耐火等级达到1.5h，并且必需与其他部位进行有效的分割。

（2）在超高层建筑内必需设置专供发生火灾时人员临时避难使用的避难层或者避难间。

（3）针对标准层建筑面积达到1000m2以上的超高层公共建筑，应当在楼顶位置设置专门用于救援的直升机停机坪，或者可以供直升机起飞、降落的相关设施，一旦发生火灾便于快速展开救援工作。

（4）在超高层建筑内部的消防最不利点应设置静水压力达到0.15MPa 以上的消防栓，以备火灾发生时能够快速有效的开展灭火工作；假如超高层建筑内部静水压力达不到标准要求，则应该采取增压措施，确保静水压力达到标准要求。

（5）在超高层建筑内的一些特殊场所必需安装自动喷淋装置，当火灾发生时可以起到很好的灭火效果。

3.2 防火门设计

防火门在建筑消防安全系统中是非常重要的一部分，其组成主要有门框、门扇和控制结构等主要部分构成，这些结构部分的性能是影响防火门防火、隔烟能力的关键。按照防火规范中的要求，防火门必需具备一定的耐火性能，可以划分了甲、乙、丙三个等级，其中甲级最高，依次为乙级和丙级。按照燃烧的特性，防火门可以划分为非燃烧体和难燃烧体两类，非燃烧体类的材质主要是钢板、石棉板、矿棉等非可燃材料制成，而难燃烧体则是将非燃烧材料覆盖在可燃烧材料的表面加工而成。

3.3 楼梯间设计

当火灾发生后，超高层建筑内部的楼梯间是人们疏散逃生的重要通道，按照防火规范的要求疏散楼梯的耐火等级必需达到1h 以上。因此，在楼梯间设计时所选用的材料其耐火等级必需达到规范的标准要求，一般钢筋混凝土楼板的耐火等级为1h。另外，疏散楼梯的设计应尽量避免采用螺旋、扇形等形式，否则要确保满足以下要求，上下两级平面角度不超过10°，距离扶手250mm 处必须保证踏步深度在220mm 以上。

3.4 电梯间的设计

通常在超高层建筑内客用电梯会通向每个楼层，从第一层开始会在每个楼层都设置前室，因此无法使用防火门进行密闭处理。为达到每个楼层间密闭的效果，可以在电梯间两端出口位置安装重力式自动密闭门，一旦出现某楼层着火，重力式密闭门就会启动并关闭（普通电梯不可以作为逃生的通道）。因为火势会由下向上蔓延，此时将着火层以上的各楼层的密闭门全部启动，着火层以上的各个楼层都会形成密闭空间，将着火楼层隔绝。自动重力式密闭门需要专门设计，可采用断电后由重力锤使其自动关闭方法。

3.5 防火墙设计

防火墙是有效阻止火势蔓延的墙体，并且还可以有效降低热辐射，防火墙具有较高的耐火性。在超高层建筑中，防火墙的划分是保障消防安全的关键。在规范中对防火墙的设置有着严格的要求，防火墙的耐火等级必需达到3h 以上，而在一些有着特殊功能的建筑中耐火等级还要高。防火墙的材料主要以全现浇钢筋混凝土、框架结构砌体填充墙为主。在设置防火墙时应参考以下要求：

（1）防火墙应直接建在建筑基础或承重结构上。

（2）防火墙横截面中心线，与天窗端面的距离必须要控制在4m 以内。

（3）防火墙通常不能设置在建筑的转角位置，如果防火墙与转角位置距离较近，必须要满足内转角两侧门窗的边缘距离必须要超过4m。

（4）通常防火墙上不可以开设门窗，如果是有着特殊要求必需开设，则必需使用固定式门窗，或者当火灾发生后能够自动闭合，并且门窗的防火等级达到甲级。

3.6 排烟系统设计

在超高层建筑火灾事故中，致人受伤和死亡的重要原因即是吸入了过多的有害气体，所以超高层建筑进行设计时也应充分考虑火灾发生后烟雾的排放问题。火灾发生后，通常释放出大量的一氧化碳和二氧化碳等有机化合物，空气中氧气含量随之减少，长时间处在这样的环境下会导致窒息并影响逃生，因此在进行超高层建筑设计时，必须配备排烟系统，可以在楼梯间中设计加压送风系统，一旦火灾发生在联动系统的作用下进行加压送风，也就大幅减少了有害烟雾对逃生造成的影响。

3.7 避难区设计

受到建筑高度的影响，逃生难度随之增大，所以必须充分考虑无法逃生情况下应急避难区的设计，在建筑中设计出相对独立的避难层。具体而言，应每间隔15 层设计一个避免层，并且应确保避难层的面积满足避难人数要求，通常可以按每平米4—5 人进行计算，同时疏散通道虽然属于避难区的连接通道，但疏散通道不能计入避难层的面积。此外，则是针对避难层位置的设计，应尽可能设计在消防登高面的一侧，从而为后续的救援提供便利。

4 结语

综上所述，当前我国建筑高层化发展趋势显著，超高层建筑也是越来越多，而建筑消防安全问题也引起了社会的高度重视。因为其自身的特点，超高层建筑一旦发生火灾，其危害是巨大的。因此在消防设计中应结合超高层建筑的特点，采取科学的设计方案，提升超高层建筑的消防安全性能，保障居民生命财产安全。