高层建筑防火工作分析

■ 郑蕾 石家庄市消防救援支队藁城区大队

当前国内的经济迅猛发展，特别是一些发达城市，经济发达、城市人口基数大、增长速度快，但由于土地资源有限，很多建筑商将项目重点转向高层建筑。高层建筑能够承载更多人口，但正是由于人员数量多，一旦发生类似于火灾的突发状况会明显增加疏散和撤离工作的难度，若处理不当极容易造成人员伤亡和社会公共财产的损失，为此，应该深入分析高层建筑防火工作问题与原因，找到问题的根源，从而采取针对性的解决措施[1]。

一、高层建筑火灾的特点

（一）诱发起火因素较多

对于高层建筑物来讲，自身建筑面积大、内部结构复杂且内部人员的聚集性较强，建筑使用的大多数装修材料是易燃易爆材料，以上均属于高层建筑起火的隐患[2]。

（二）火灾时火势蔓延快

在高层建筑中，楼道、排气管道、电梯井、管道井等纵向的管道较多，若建筑过程中未科学处理防火分隔，一旦发生火灾，纵向管道均会成为加速火势蔓延的最佳途径[3]。尤其是酒店、综合楼、档案馆、图书馆、实训室等可燃物较多的场所，火灾发生后火势很容易迅速蔓延。

（三）疏散人员难度大

由于高层建筑楼层较多，人员疏散所需时间较长。在火灾发生状态下，建筑内电梯由于自身结构原因绝大多数处于暂停使用状态，所以在高层建筑发生火灾时最主要的疏散方式就是楼梯步行迅速转移，但楼道内混烟气后会使得疏散的速度明显受到影响[4]。除此之外，大部分人并未切身经历过火灾，一旦有火灾发生很容易出现恐惧与不知所措的状态，导致受惊吓人员在拥挤状态下增加疏散工作有序进行的难度。

二、高层建筑防火工作中出现的问题

国内很多高层建筑自设计、施工至交付后装修全过程都存在内在安全隐患，若正式交付使用前未进行彻底排查，很容易在使用中出现一系列防火问题[5]。防火安全隐患集中表现为：（1）很多高层建筑装有玻璃幕墙，由此种材料制成的外墙因材料易碎，很容易在后期使用中破碎而产生掉落；（2）有些高层建筑装修过于奢华，建筑材料大量堆积，一旦发生火灾很容易成为严重的安全隐患；（3）部分建筑防火手续审批和审核过程繁多复杂；（4）高层建筑在设计方面未考虑到消防安全重要性，致使后期安装的消防设施不能完全匹配；（5）高层建筑内部人群未参与火灾安全知识普及和学习，火灾发生后会因安全防护意识薄弱而增加疏散和救援的难度。

三、火灾对于高层建筑结构的影响

（一）对钢结构的影响

在高层建筑中钢型材料的使用率较高，一旦发生火灾后，钢型材料由于自身结构原因，其屈服、抗压强度以及弹性模量等力学性能会随火势蔓延下降，且在短时间内达到刚性材料的极限，最终损坏建筑结构层面[6]。大部分高层建筑因刚性结构未采取防护措施，其耐火性所承受的时间不足15 分钟，在火灾温度高于200℃的情况下刚性材料会发生蓝脆、徐变等现象，在温度达到300 ～400℃之间时，高层建筑内部刚性材料的强度会急速下降，当温度超过400℃时，刚性屈服强度会迅速降低并且低于室内温度下材料强度的一半；当温度高达600℃时，高层建筑内部所有材料就均会丧失强度和原有刚性。通常情况下，大型火灾温度会达到1000℃，此时高层建筑结构强度急速下降并产生形变，最终会引发坍塌事故。

（二）对钢筋混凝土结构的影响

高层建筑发生火灾时对建筑钢筋混凝土结构的影响基本可以分为两类：第一类是发生火灾时整体结构中的某一构件受损，比如说在建筑结构表面的混凝土受热开始脱落、火灾位置出现裂缝；第二类就是高层建筑中梁柱整体结构受升温影响产生一定程度上的结构形变，进而使建筑结构被损坏[7]。当钢筋混凝土内部钢筋低于200℃时，即便发生火灾且火势很大，其内部强度下降的速度也相对缓慢，当温度在200 ～450℃时，强度会随着火势有明显变化，当火势温度上升到450℃时，刚性强度会随火势呈线性下降。

四、高层建筑防火工作的有关设计

在高层建筑防火工作的设计过程中最关键的就是要确保建筑的整体结构具有较强的防火性，这体现在以下几个方面：第一，要尽可能避免发生火灾时结构的损坏，最大限度地减少火灾过程中人员伤亡和高层建筑整体结构破坏；第二，一旦火灾发生，要尽量减少受火灾损坏结构的维修费用，缩短修复周期，保证高层建筑尽快恢复使用，间接性挽回经济损失；第三，在建筑设计的过程中要节约用料，从结构入手展开深入分析，尽可能提高高层建筑的结构安全性。现阶段，绝大多数高层建筑的设计以钢筋混凝土和钢结构为主，所以有必要对其设计展开进一步分析。

（一）高层建筑钢结构的设计

在国内的高层建筑中钢结构的使用较为常见，在防火材料的选择方面通常会使用防火性较强的涂料、发泡防火漆或是在常用设施表面包裹防火层。裸露在外的钢结构材料通常选用防火喷涂法进行处理，具体指的就是在高层建筑的刚性结构表面喷涂一层具有防火性的涂料，使其结构的耐火性得以增强。发泡防火漆与喷涂法有所不同，防火漆主要是由成膜剂、阻燃剂、发泡剂等材料综合运用而制成的一种能够抵抗火灾的喷涂材料[8]。这种漆和最常使用的油漆相比，在物理属性方面基本没有显著区别，最明显的不同在于漆面固定干燥之后，防火漆表面形成的漆面能够有效隔绝高温，即便遇到明火也能够避免燃烧到涂有防火漆的可燃物，因此在建筑结构中运用这种漆面能够使防火效果明显增强。在设施表面包覆防火层通常会采用两种方法：现浇成型和喷涂法。现浇成型基本上以实体钢筋混凝土为主，这种类型的钢筋混凝土外表面通常都会有一层钢丝网或者是钢筋，这样能够有效防止由于结构或者环境影响而产生的形变形成，保证整体结构的完整性。喷涂法则是对建筑钢结构表面进行喷涂以形成一层保护层，喷涂过程中可以使用石灰水或者是石膏砂浆，还可以使用珍珠岩、石棉等。

（二）对钢筋混凝土的设计

当高层建筑发生火灾时，建筑中混凝土的结构强度来源于钢筋与混凝土之间的摩擦力、水泥之间的胶结力、二者之间在物理作用下的咬合力。针对这种情况，在钢筋混凝土结构防火设计中应使用强度大且质量达标的混凝土，具体的操作方式：使用活性细粉、耐热粉煤灰以及减水剂以提升混凝土结构的整体强度，在保证其强度达到预期的标准时尽量减少水泥使用量；在建筑过程中要选择使用高温条件下结构依然不发生变化的材料；增加建筑结构保护层的厚度，使保护层的耐性达到最大，尽可能减少由于钢筋受热产生物理形变所引起的混凝土结构损坏发生；将防火材料适量喷涂在注入钢筋混凝土楼板下方，进而在火势蔓延时能够有效实施阻隔。

（三）设计合理的防火区域

在高层建筑防火工作中，要格外注意防火分区与间距，防火分区设计的合理化可以有效减缓火灾发生时火势的蔓延速度，并能得到一定的控制，减少由于火灾造成的人员伤害和社会公共财产的损失，同时也能为消防灭火救援争取更充足的时间。防火区域的划分分为水平和垂直两个区域，其中水平区域是通过具有防火装置的墙体、卷帘门以及注有混凝土的楼板进行搭建。垂直防火分区通常采用抗火系数较高的楼板或者窗槛墙贯穿于防火区域，例如电梯、楼道等。

（四）设计安全疏散通道

对于高层建筑来讲，消防安全是整个建筑的重中之重，对此，要设计相关的安全疏散通道。建造高层建筑安全疏散通道时要注重防火设计，安全疏散通道的目的就是为发生灾害时高层建筑内部人群能够快速、安全地撤离并在火势蔓延之前确保所有人员安全到达指定位置。所以在设计时要注重安全疏散管道的出口、疏散通道的数量、通道的宽度、设计的位置以及通道到达安全区域的位置，各防火区域要设置多个出口大门，人员疏散时撤离的路线到安全出口大门的距离一定要最短，在疏散通道的选择上尽量选择楼梯形式，在疏散的方向上也要做到双向甚至是多向，并保证疏散时人员之间要留出足够大的空间，避免由于疏散拥挤造成人员踩踏事件发生。在防火设计的过程中还要注意要设计防烟专用的楼梯间，增设应急照明灯以及疏散标识等。

（五）设计防排烟系统

高层建筑一旦发生火灾，不仅火势会对人员造成一定的伤害，烟气也是最主要的危害因素，对此要在高层建筑中建设消防排烟系统[9]。垂直管道井是火势爆发时火势竖直扩散的唯一渠道，在建筑出现火灾的情况下，电梯井则是内部人员暂时躲避的良好地点。消防专用电梯间是火灾发生时消防队员迅速进入高层建筑内部的良好途径，也能够避免烟雾在管道中扩散，确保救援人员和临时避难人员的人身安全。高层建筑在建筑设计过程中需在楼梯间和管道井处设置高压排风装置，并将装置设置成火灾自动触发模式，这样一旦发生火灾，高压排风装置能够立即运转，借助巨大抽力将楼梯间、管道井内的因火灾产生的烟气排出，并注入新鲜的空气，在装置高速运转状态下也可防止烟气再次通过管道流入其中。此外，需在建筑内部标注高压排风装置的位置，对此区域加强日常的巡视和监督，定期开展消防设施的日常维护保养和更换工作，确保发生火灾等突发状况时装置能正常运行。

（六）防火储水设计

若建筑物的水压与水资源储备量不足则会对防火工作的开展产生不利影响。为此，在建筑防火设计方面，应增加设置建筑储水设备，科学设置专业消防给水途径，在建筑内部设置备用水箱，以免引起给水系统压力不足的问题而致使火势蔓延，尽可能降低建筑灭火状态下断水故障的发生率，使得建筑灭火装置水资源充足，进而确保建筑内部人群的生命财产安全。

（七）建筑防火墙设计

建筑防火墙体设计在建筑物的防火设计中同样占据重要地位，特别是墙体厚度与应用材料。应尽量保证防火墙厚度与具体要求吻合，若出现火灾问题，应尽量提高防火墙支撑能力，而在重大火灾状态下应避免建筑物倒塌，以确保灭火工作的正常开展。选择防火墙材料的时候，应保证材料防火性与耐高温性达标，尽量确保材料强度理想，且满足成本要求。在设计建筑物内部防火墙的过程中，需加大检查与管理的力度，尽量减少防火墙孔洞开设数量，对防火墙使用性能与质量予以全面维护。

五、结语

在我国高层建筑的建造过程中，要注重防火工作设计的重要作用。火灾的危害性极大，会对人身安全和社会公共财富造成不可逆的损伤。特别是部分高层建筑，其复杂结构和建筑材料都是引起火灾并增大火势的主要原因。对此，就需要合理安排和加强设计，提高防火设计水平以减少火灾发生隐患，这样一旦出现问题能够及时发现、有效疏散、及时处理，最大限度地降低人员的伤亡和社会公共财产的损失。