柴慧超
摘要:民用建筑设计中防火相关设计较为复杂,从防火等级确定、建筑防火结构规划、防火分割设计、消防基础设施设计、防火材料选择这5个关键设计环节出发,对设计要点展开探究,以期在防火设计中贯彻落实因地制宜原则,对民用建筑防火设计进行优化,从而形成科学依据,从多角度提高民用建筑防火效果,指导各项防火施工有序落实,在保证建筑实用性基础上,有效提高防火性能。
关键词:民用建筑;建筑设计;建筑防火
民用建筑防火设计是降低火灾险情对建筑安全、民众生命财产威胁性的重要措施。目前民用建筑设计中防火设计相对复杂、要求较多,如何合理布控防火设施、合理选择防火措施,在火灾发生时有效阻隔火势蔓延、控制火灾发展,降低对居民生命财产安全的威胁值得深入研究。因此,在要求设计人员准确掌握消防设计规范基础上,还需进一步探究民用建筑防火设计,为居民打造安全、舒适居住条件。
1 民用建筑防火等级确定
民用建筑防火设计规范中对不同类型民用建筑的防火等级进行了明确划分,在防火设计中,确定防火等级为第一步,后续各项内容均需要围绕防火等级要求展开设计。
1.1 民用建筑分类
根据民用建筑的高度与层数将其分为3种类型,即单层民用建筑、多层民用建筑、高层民用建筑,按照功能分为2种类型,即住宅建筑、公共建筑;而高层建筑根据高度、楼层建筑面积、功能也分为一类建筑与二类建筑。
1.2 耐火等级划分
民用建筑防火分为4个等级,每个级别对建筑构件燃烧性能与耐火极限均有着不同要求。具体来讲:
耐火等级为一级时,要求设计不燃性防火墙、承重墙、柱,耐火极限均为3h;设计不燃性的楼梯间和前室墙、电梯井墙、住宅建筑单元间的墙与分户墙、梁,耐火极限均为2h;设计不燃性的楼板、屋顶承重构件、疏散楼梯,耐火极限均为1.5h;设计不燃性的非承重外墙、疏散走道两侧隔墙、耐火极限均为1h;设计不燃性的房间隔墙,耐火极限为0.75h;设计不燃性吊顶及吊顶格栅,耐火极限为0.25h。
耐火等级为二级时,要求设计不燃性的防火墙,耐火极限为3h;不燃性的承重墙、柱,耐火极限为2.5h;设计不燃性的楼梯间和前室墙、电梯井墙、住宅建筑单元间的墙与分户墙,耐火极限为2h;设计不燃性的梁,耐火極限为1.5h;设计不燃性的非承重外墙、疏散走道两侧隔墙、楼板、屋顶承重构件、疏散楼梯,耐火极限均为1h;设计不燃性的房间隔墙,耐火极限为0.5h;设计不燃性的吊顶及吊顶格栅,耐火极限为0.25h。
耐火等级为三级时,要求设计不燃性的防火墙,耐火极限为3h;设计不燃性的承重墙、柱,耐火极限为2h;设计不燃性的楼梯间和前室墙、电梯井墙、住宅建筑单元间的墙与分户墙,耐火极限为1.5h;设计不燃性的梁,耐火极限为1h;设计不燃性的非承重外墙、疏散走道两侧隔墙、楼板,耐火极限均为0.5h;设计难燃性房间隔墙,耐火极限为0.5h;设计难燃性吊顶及吊顶格栅,耐火极限为0.15h、设计可燃性屋顶承重构件,耐火极限为0.5h。
耐火等级为四级时,非承重外墙、楼板、屋顶承重构件、疏散楼梯、吊顶等均设计为可燃性;防火墙为不燃性,耐火极限为3h;承重墙、梯间和前室墙、电梯井墙、住宅建筑单元间的墙与分户墙、梁为难燃性,耐火极限为0.5h;疏散走道两侧隔墙、房间隔墙为难燃性,耐火极限为0.25h。
2 民用建筑防火结构规划
防火结构设计是民用建筑设计中的重要环节,对防火结构的科学规划可以有效防止火势向内蔓延,以民用建筑建设为例,对防火结构规划展开具体分析,关键要点如下:
2.1 合理设计防火墙结构
结合防火结构设计规范要求与以往经验,在民用建筑的拐角位置设计防火墙时不应选择U形或L形,在火灾发生时防火墙的性能容易受到影响;且相邻位置上如果设计等级不同的防火墙,对具体设计位置未作出特殊规定,但要求两道防火墙边缘之间应相隔2m以上距离,可以保障防火墙使用性能不受影响。
2.2 合理设计管道井结构
以复合型建筑为例,同一栋建筑内有多种功能用室,考虑到防火需求,在100m以下高度,应间隔2~3层设计管道井,且管道井周围应使用不易燃材料;在高度超过100m部分或35层以上建筑,间隔1层设置管道井,并应设计防火门,使建筑内部结构防火性能大幅提升[1]。
2.3 合理设计钢筋保护层
钢筋是民用建筑建设中常用的重要建筑材料,主要发挥提高建筑主体结构强度、承载力的作用,但在高温的作用下,钢筋刚性、强度均会受到不同程度的影响,导致建筑结构整体承载能力下降,从而诱发结构坍塌、结构变形等次生灾害,增加火灾现场危险度,也为救援带来新的阻碍。因此,设计过程中,应根据建筑的高度情况,合理地为钢筋增加保护层并提高保护层厚度,使钢筋耐火性能大幅提升;还需要做好钢筋的防腐工作,使保护层具有良好密封性,阻断钢筋与外部环境直接接触,也能够降低火灾对钢筋结构稳定性的威胁。
2.4 合理控制防火间距
耐火等级设计为一、二级的普通民用建筑应控制防火间距在6m以上,耐火等级设计为三、四级的民用建筑防火间距分别为7m、9m;若为高层建筑,主体之间的距离应控制在13m以上,且裙房与建筑主体之间的防火间距应控制在9m以上,相邻裙房之间的防火间距应控制在6m以上;相邻建筑若较低面为防火墙,且消防设计中要求建筑屋顶承重结构耐火极限>60min,但并未设计天窗时,应控制防火间距在3.5m以上,高层建筑则应控制在4m以上;数座总层数≤6层的住宅建筑且建筑总占地面积不足2500m2时,建筑之间的距离应控制在4m以上[2]。
3 民用建筑防火分割设计
防火分割设计效果可以直接反映民用建筑防火设计水平,其是指以防火分隔设备为物质基础在一定时间内有效阻止火势蔓延至其他建筑部分的空间单元或局部区域。从方向上划分防火分割有2种形态,即水平与竖向。防火墙、防火卷帘、防火门等均属于常见的防火分割,发生火灾事故后,防火分隔可以将烟气、火势阻隔,防止其传播与蔓延,降低火灾对居民生命安全的危害,减少诸多为救援带来不便的因素。但民用建筑设计过程中必须保证以设计规范为依据,合理进行防火分割设置。
通常情况下,根据规范要求应以民用建筑的高度、层数以及防火分割所在位置、耐火等级要求等确定分割区域最大允许面积,其中高层民用建筑且耐火等级设计为一、二级时要求防火分割区域最大允许面积为1500m2;而耐火等级相同的多层或单层民用建筑,要求防火分割区域最大允许面积为2500m2。在实际设计中,还要结合防火分割的具体位置、所属区域的功能、楼层考虑,设计应满足以下要求:防火分割区域内隔墙、玻璃墙的耐火极限均应超过60min,若设置防火卷帘应保证耐火极限超过180min,若设置非隔热性防火玻璃墙应联合自动喷水灭火系统应用;在井道、出口等重点位置必须选择性能达标的防火门。此外,防火分割区域设计中尽量选择防火卷帘或防火隔墙,减少防火玻璃隔墙的使用[3]。
4 民用建筑消防基础设施设计
4.1 疏散通道设计
民用建筑具有人流密集、疏散难度大的特征,火灾发生后为快速疏散被困人群逃离危险环境,应在建筑内部设计合理的疏散通道,发生火灾时由通道疏散人员,提高逃生效率。疏散通道设计具有以下3点要求:一是疏散通道内必须始终保持通畅,不得设置凸出性物体,设计中禁止出现门槛、装饰墙体材料等,避免居民逃生过程中遭受二次伤害。二是选择防火性能达标的铺设材料,且合理设计窗户,保证通道内通风良好,每5层疏散通道内窗户可打开面积应控制在2m2以上;疏散通道内应安装紧急广播,用于指导居民有序逃生,提高逃生效率。三是疏散通风应设计至少2个安全出口,出口之间的距离必须超过500m,避免逃生过程中人员集中在出入口位置,降低逃生速度;并要求疏散通道内楼梯宽度>110cm、疏散平台宽度>130cm。
同时,对不同类型建筑也有特殊要求,根据设计规范,在高层建筑内,安全疏散通道的门与邻近出口之间距离应控制在20m以下,若疏散通道内装配自动喷淋系统,可以将门与邻近出口间距设计为25m,门与相距最远窗户之间的距离也应控制在20m内。此外,建筑每层单元总面积<650m2、建筑总高度为27m时,住户门与安全出口最远距离应在15m以上;建筑总高度介于27~54m之间,但建筑每层单元总面积仍为650m2内时,住户门与安全出口最遠距离应在10m以上;建筑总高度>54m时,疏散通道内必须选择剪刀楼梯且安全出口数量大于2个[4]。
4.2 自动报警装置设计
自动报警装置有助于加速逃生,在现代智慧消防背景下,应在民用建筑设计中考虑配备自动报警装置,火灾发生后通过烟感等传感器快速识别火情,并自动启动报警装置,通知建筑内部人员逃离;且装置与所属辖区内消防中心关联,立即向消防中心发送火灾警情,以便缩短救援人员到达火灾现场的时间,以高效的救援提高居民的生还概率。同时,应将自动报警装置同建筑内部火灾风险较高的电气设备关联,利用计算机程序将装置与电气设备以串联的方式联系在一起,可以对电气设备的运行状态展开全天候监测,计算机系统可以对潜在的安全风险进行处理,一旦因电气设备引发火灾,装置会自动报警。
4.3 消防电梯设计
现阶段,高层民用建筑数量越来越多,发生火灾后,高层居民逃生难度大,加之缺少消防常识,有人在慌乱中为了快速逃出建筑选择乘坐电梯,而在火灾现场密闭的电梯在高温作用下将会成为加速死亡的空间。因此,在民用建筑设计中也需要从消防角度考虑电梯结构设计,为了杜绝火灾发生后有人乘坐电梯,应装配自动断电装置,火灾发生后立即切断电梯电源,使电梯无法使用;而电梯电路中所用装置、设施、线路均应具备一定的防火与防水能力,避免火灾与营救对电梯电路系统造成破坏。同时,可以直接安装消防电梯,消防电梯速度快、承重能力强,通常情况下从一层至顶层的时间需要设定在1min以内,承重至少在1t,消防电梯制造中使用的所有材料均为高级别防火材料,且具有良好的抗压性,发生火灾后消防电梯可以用于逃生,消防人员也可以乘坐电梯快速达到火灾楼层。
4.4 电气防火设计
现代民用建筑当中机电设备数量多,电气着火概率高,对建筑的各项功能存在直接影响。因此,电气防火也是关键的设计环节。为了提高电气防火效能,应基于PLC技术针对电气设施展开自动化控制,电气设施的所有明敷线缆均应使用具有低烟、低毒性特性的阻燃型线缆,并为每条线缆配备传感器,监测其安全状态。但不同类型的建筑对电气防火也有着特殊要求,建筑总高度超过100m或总层数超过35层时,要求为消防设施供电的干线必须选择矿物绝缘线缆,且100m线缆内应安装3~5组传感器;建筑总高度介于50~100m之间、总层数介于19~34层之间,防火等级设计为一级的一类高层建筑,要求为消防设施供电的干线必须选择阻燃耐火线缆,且100m线缆内应安装1~3组传感器;而建筑总层数介于10~18层之间,防火等级设计为一、二级的二类高层住宅,要求为消防设施供电的干线必须选择阻燃耐火线缆,且需要在线路中装配传感器。而以上线缆中所装配的传感器均应处于独立运行状态,自己为单独的运行单元,由其所在模块完成传感器参数采集,传回系统内进行分析与处理,及时发现隐患,提高电气防火有效性与可靠性。
4.5 防火避难层设计
防火避难层也是民用建筑防火的重要场所,在建筑总高度超过60m的民用建筑内应单独设置避难空间。根据设计规范要求,以2000m2作为划分依据,区域面积≤2000m2时每个分区内应设置2道消防楼梯、区域面积>2000m2时应设置3~4道消防楼梯;且间隔14层需要设置避难层,单层高度较高建筑,应在54m以下设置第一个避难层,避难层内地板、楼梯、天花板等均使用具有防火性与耐火性的特殊阻燃材料,且避难层内需要装配增压设备,火灾发生后居民逃离至避难层,利用增压设备将空气向外排出,预防烈火与浓烟对人体造成伤害,只要楼体不出现倒塌,处于避难层内的居民安全则可以得到保障。
5 民用建筑防火材料选择
防火材料的合理選择是提高民用建筑耐火能力的重要方法之一,对于建筑中应用的各项材料除考虑质量问题外,还需要对材料耐火性以及防火性进行考虑。从近年来我国火灾事故调查报告了解到,民用建筑内部发生火灾且快速蔓延的重要原因之一则是建材助燃,导致火灾蔓延范围过大,救援难度增加,造成严重的伤亡。因此,设计环节必须对材料的耐燃性、耐火性进行明确。具体来讲:
建筑保温层应选择综合性能稳定、无毒、高温时不可燃的JC复合板。
建筑外墙装饰材料,燃烧性必须在B2级以上,若建筑为非幕墙形式,总高度>100m时外墙装饰材料燃烧性应为A级,总高度介于60~100m时外墙装饰材料燃烧性应>B2级且每层均设置防火隔离层,总高度介于24~50m时外墙装饰材料燃烧性应>B2级且间隔两层设置防火隔离层,总高度<24m时外墙装饰材料燃烧性应>B2级且间隔3层设施防火隔离层;除上述以外的其他类型民用建筑,总高度>50m时外墙装饰材料燃烧性应达到A级,总高度介于24~50m时外墙装饰材料燃烧性应>B1级且每层均应设置防火隔离层,总高度<24m时外墙装饰材料燃烧性应>B2级且每层均应设置防火隔离层。
建筑屋顶所用装饰性材料燃烧性应>B2级;且若设计中规定建筑耐火极限>60min时,屋顶所用装饰材料燃烧性必须高于B2级。
6 结语
综上所述,民用建筑内部人流量大,火灾救援难度高,容易造成重大生命财产损失,因此,在民用建筑设计环节做好建筑本身防火、耐火设计至关重要。设计中应结合规范要求科学合理运用防火措施,对民用建筑防火进行妥善安排,从而有效提高建筑防火性能,提升建筑消防安全等级,减轻火灾危害,保障居民安全。
参考文献:
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[2]朱飞.民用建筑设计中建筑防火技术的运用[J].居舍,2021(35):103-105.
[3]付叶飞.民用建筑设计中防火技术的运用思考[J].今日消防,2021,6
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[4]王文森.防火技术在民用建筑设计中的应用[J].消防界(电子版),2021,7(21):113-114.
Application of building fire protection technology in civil building design
Chai Huichao
(Jiaxing Nanhu District Fire and Rescue Section,Zhejiang Jiaxing 314000)
Abstract: Civil building design fire-related design is more complex, from the fire level determination, building fire structure planning, fire protection design, fire protection infrastructure design, fire protection material selection of these five key design aspects, the design of the key points to explore, with a view to implementing the principle of local conditions in the design of fire protection, fire protection design of civil buildings optimized, so as to form the basis of science, from a variety of perspectives to improve Civil building fire prevention effect, guide the fire prevention construction in an orderly manner, in order to ensure the practicality of the building on the basis of effectively improve the fire performance.
Keywords: civil building; building design; building fire prevention