微探超高层建筑防火设计

李冠尧

广州一建建设集团有限公司 广东 广州 510000

超高层建筑的高度普遍都在100m以上，由于其高度相对较高，超高层建筑的火灾问题作为人们一直困扰的问题，如何做好超高层建筑的防火设计也是建筑人员持续思考的问题。一旦没有对超高层建筑进行有效的防火设计，那么在极大程度上会使建筑的安全性产生影响，如果发生火灾的情况，也会对住户产生人身、财产威胁。所以，建筑人员为了保障超高层建筑的安全性，应当明确防火设计的目标、完善防火设计方案并且针对建筑的具体情况选择合适的技术，尽可能的减少火灾的发生，并且避免其出现严重的危害，这不但可以保护住户的安全，还可以维护社会秩序的稳定，促进建筑行业乃至社会的发展。

1 超高层建筑概述

1.1 概念

超高层建筑作为建筑工程中较为重要的组成部分，其最主要的特征就是其高度较高，按照我国相关部门的标准而言，如果一座建筑的层数在40层以上且高度在100m以上，那么则可以将其称为超高层建筑。超高层建筑作为我国现代建筑行业发展中而产生的重要成果，其往往与各个国家的建筑行业发展水平以及经济发展水平存在着较为密切的关联，超高层建筑也存在着较为实用的价值，有助于节约国家的土地资源，缓解城市的人口压力。而超高层建筑作为一项较高的工程类型，其在建设的过程中往往也会存在一系列的问题，如供水、供电、人流量、维护等多个方面，而其中最为主要的就是安全问题，特别是火灾安全问题。超高层建筑的高度往往在100m以上，而其在建设的过程中能够很难避免的会使用到可燃的建筑材料，而一旦超高层建筑内发生火灾的情况，不但会使消防和救援存在一定困难，还会使超高层建筑的稳定性受到影响，可能会加重火灾事故危害的严重性[1]。

1.2 特点

1.2.1 交通的垂直性

由于超高层建筑的高度较高，层数较多，在超高层建筑内部，需要借助电梯进行人员的输送，而电梯往往对于承重重量和人数具有较为严格的要求和限制，其运输的人员具有一定的局限性。而在我国今年的社会新闻中，因电梯而引发的安全事故数量也较多，所以，建设人员在对超高层建筑进行设计时，应当积极探索更加安全的垂直运输方式。

1.2.2 建筑材料的复杂性

由于超高层建筑的施工难度相对较大，为了保证超高层建筑的安全性和稳定性，往往需要使用大量的建筑材料，且在不同的空间的不同功能上，其所使用的建筑材料类型也会有所不同，而建筑材料使用的复杂性也是导致火灾发生的重要因素。除此之外，超高层建筑内涉及到的电气设备、线路等较多，因电气设备的使用不当，而引发火灾事故，也是超高层建筑中较为常见的现象。

2 超高层建筑的防火特点

2.1 火灾荷载大

由于超高层建筑往往都具有较为复杂的结构，并且因为用途较为广泛，如住宅、旅馆、商场、办公室等，导致其内部装修尽可能存在较为豪华的现象，其内部的电气设备以及基础设施也较为全面，电路之间都保持着较为密切的距离，其中也存在着较多的可燃物、易燃物。一旦在超高层建筑中发生火灾，那么其则会产生较大的火灾荷载，导致其瞬间蔓延至整个大楼，甚至在一些可燃物被点燃后，极易出现一些有毒气体，无论是对于超高层建筑内的居民或是前往救援的消防人员来说，毒气都会对其身体健康造成威胁[2]。

2.2 烟囱效应强

由于超高层建筑具有较为复杂的结构特点，其在内部空间内往往会形成较为交错的空间，并且空间之间也会建立一定连接，而其中横向的空间主要包含吊顶、空调风管、排烟管道等，纵向的空间主要包含中庭、电梯井、通风管道等。一旦在超高层建筑内发生火灾，那么建筑内连通的管道就成为了火灾蔓延的重要渠道，如果没有采用竖井对其进行防火分隔设计，那么在一分钟之内，就会使火灾蔓延至整个大楼，导致整个建筑被点燃，不仅没有充足的时间对超高层建筑物内的人进行营救，也会对消防人员的高效营救创造一定困难。

2.3 疏散困难

由于超高层建筑的层数较多，其中房间的数量也相对较多，且超高层建筑物中房间的用途较为广泛，导致其成为了人员较为密集的场所，由于超高层火灾蔓延的速度较快，楼梯作为人员疏散的重要渠道，由于人存在求生的本能，往往会在发生危险的时候产生较为恐惧、紧张、慌张的心理状态，其难以听从消防人员的疏散安排，楼梯间内也会产生大量的人员汇集，导致在人员疏散的过程中，发生踩踏、摔伤等事故，不仅会影响人员疏散的效率，甚至还会使居民产生不必要的损伤。除此之外，由于超高层层数较高，人员下楼所需要的时间较长，这无疑也增加了人员疏散的难度[3]。

2.4 救火困难

大多数超高层建筑的占地面积相对较小，并且建筑周围的建筑数量也较少，一旦发生火灾时，消防人员难以从外部进行灭火，导致其救火存在较大的困难。除此之外，在消防人员进入到超高层建筑内进行救火时，需要携带救火设备上楼，在此过程中极易与逃生的居民相撞，消防人员到达着火点需要较长的时间，救火不及时，着火点的火势也会出现蔓延，加大了救火的难度。而且，在多数超高层建筑中，其特殊的结构导致其难以将建筑内的烟雾排出，导致消防人员对在建筑内部空间内，难以对前方的火灾情况进行细致的观察，也使救火存在一定困难。在超高层建筑内部出现火灾时，极易导致其内部供电中断，消防设备没有了电力的支持，则导致救火工作难以顺利开展。

3 超高层建筑防火设计的策略

3.1 防火分隔设计

在对超高层建筑进行防火设计时，想要提升超高层建筑的防火性能，就需要使用防火设备对建筑物进行分隔，使分隔出的空间都能够被防火材料所包围，一旦在超高层建筑物内部发生火灾情况，防火分隔设计可以避免火势的快速蔓延，防止火情扩大。而在进行防火分隔设计时，其具体的设计方法可以根据超高层建筑物的用途、类型、特征等进行确定，对于不同类型的超高层建筑物进行不同的防火分隔设计，以保证防火分隔设计可以对超高层建筑物火灾的蔓延产生抑制的效果，进而为消防人员提供更多的营救时间，尽可能降低火灾造成的损失，保护住户的人身安全。根据《建筑高度大于250m民用建筑防火设计加强性技术要求（试行）》中第九条的规定，建筑外墙上、下层开口之间应设置高度不小于1.5m的不燃性实体墙，且在楼板上的高度不应小于0.6m，即楼板边沿的上、下均需设置实体墙。此时应采用超高层外墙箱型钢管梁防火分隔设计。

超高层外墙箱型钢管梁防火分隔设计和施工技术主要被应用于各类型的超高层建筑的外墙防火分隔中，其主要是采用箱型钢管混凝土梁与建筑同层楼板板面上的实体墙进行组合，并形成建筑外墙上、下层开口之间高度不小于1.5m的不燃性实体墙，且钢管梁与水平钢结构一起吊装，无需另外设置操作平台，梁内混凝土与楼板混凝土同时浇筑，无需搭设支撑模板。从具体上来说，箱型钢管梁防火分隔主要包括：悬挑钢梁、箱型边梁、加劲板、栓钉和高强螺栓等5个部件，悬挑钢梁焊接在原结构主钢梁上，箱型边梁通过高强螺栓连接于悬挑钢梁端部，悬挑钢梁端部设置加劲板，箱型钢梁梁面设置栓钉，如图1[4]。

图1 箱型钢管梁剖面图

箱型钢管梁防火分隔施工流程主要分为以下几个步骤：首先，将钢结构深化图上报至设计院进行审核，待其同意后可开始施工；其次，构件工厂需要按照图纸标准进行相关钢结构构件的加工，并在工厂内将加劲板焊接在悬挑钢梁上，与钢结构构件一同运输至施工现场；再次，施工人员需要将悬挑钢梁与原结构主梁进行焊接，并将其吊装在塔楼外围结构上，再采取分段的方式将箱型边梁吊装在悬挑钢梁上，借助高强螺丝将其进行连接和固定，并对该楼层剩余的钢梁进行安装，铺设钢筋桁架楼承板，施工栓钉，对该楼层的钢筋进行扎绑；然后，施工人员需要对上述施工质量进行验收，在对其验收合格之后，对该楼层楼板进行混凝土的浇筑，并对箱型钢梁内的混凝土进行同步浇筑；最后，在整体施工完成之后，在箱型钢梁内灌注的混凝土与楼板上方的实体墙则会一同构成超高层建筑楼层之间的防火分隔。

3.2 科学选择建筑材料

建筑材料作为影响超高层建筑防火性能的重要因素，在对超高层建筑进行施工设计时，应当重视消防防火设计，提升超高层建筑物的防火性能，设计人员需要科学的选择建筑材料，并且尽可能避免使用可燃、易燃的建筑材料。与全钢结构相比，钢-混凝土组合结构具有更强的耐高温性能，因此，在超高层施工设计中，应当采用钢-混凝土组合结构，一旦在超高层建筑内发生火灾，建筑物则会长期处于高温的环境当中，钢-混凝土组合结构耐高温性较强且具有较强的抗倒塌能力与抗冲击能力，使得超高层建筑物可以持续较长的时间，不仅可以使火灾的损害程度有所减弱，也可以为消防人员创造程度的营救时间，完成人员的疏散，进而更好的进行灭火[5]。

3.3 设计防火避难层

在现代超高层建筑防护体系中，防火避难层的设计也是其中较为重要的一部分，也是超高层防火设计中较为关键的内容，一旦在超高层建筑内发生火灾，防火避难层可以保护建筑物内人员的安全。所以，建筑设计人员应当重视对防火避难层的设计，且在对其进行设计时，应当注意以下要点：其一，第一个避难层地面的高度与灭火救援场地地面的高度之间的差距应当在50m以内，并且每层避难层之间的距离也应当在50m以内，这样可以使消防救援的需求得到满足。并且，通向避难层的疏散楼梯应当在避难层分隔、同层错位或上下层断开；其次，在对开窗自然排烟系统进行设计时，设计人员应当采用FDS软件进行模拟，确保其排出的烟雾与热辐射不会进入到相邻或是相近的建筑物内，并且需要对正压送风系统进行优化，确保消防救援机械设备的最高救援点应当在50m左右。如果超高层建筑物发生火灾，不仅可以对其内部的浓烟和热气进行排出，降低建筑物内的温度，还可以避免隔壁楼受到火灾的影响，避免火灾出现蔓延的情况；其三，在对避难层兼作设备层进行设计时，应当对其所需的机械设备进行集中处理，保证管道区域中的具有较高的耐火等级，有助于分隔设计等工作的顺利开展[6]。

3.4 设计防火疏散通道

在超高层建筑物当中，部分建设方或是施工方为了对降低自身的经济支出，提升自身的经济效益，往往会出现安全指示标志缺失的问题，虽然在正常生活中不会产生影响，而一旦发生火灾情况，那么则会影响建筑物内住户顺利逃生。所以，在对超高层建筑物的疏散通道进行设计时，应当保证疏散指示标志设计的明显性、及时性和合理性，需要保证每个安全疏散标志间距的合理，普遍应当小于20m，如果距离太远则会使住户难以寻找，如果距离太近则会容易产生错误引导。所以，为了保证人们正确的找到疏散通道，设计人员应当将疏散指示标志设置在拐角处、出口处等为主，或是通过安装疏散指示灯的方式，指引住户找到疏散通道，帮助其顺利逃生[7]。

3.5 设计消防电梯

消防电梯作为火灾发生时超高层建筑物内住户逃生的重要途径，也是消防人员前往建筑物内救火的重要渠道，在对超高层建筑进行防火设计时，应当重视对消防电梯的设计。设计人员在对超高层建筑消防电梯进行设计时，应当根据建筑物内住户的人数进行消防电梯数量的确定和安装，还需要在消防电梯的门上安装挡水装置，避免火灾的高温和烟雾进入消防电梯内。除此之外，消防电梯安装的位置应当尽可能的贴近外墙，并且其达到室外的通道长度应当小于30m。如果在发生火灾时，消防电梯应当对自身的运行状态进行感应，一旦发现电梯内有人，那么消防电梯则会直接下降至一楼，帮助电梯内的人员进行逃生[8]。

4 结束语

综上所述，由于超高层建筑物存在一定的特殊性，其消防安全问题应当受到关注。所以，设计人员在对超高层建筑进行防火设计时，应当通过防火分隔设计、科学选择建筑材料、设计防火避难层、设计防火疏散通道、设计消防电梯等方式，对其进行优化，在火灾发生时，尽可能保护超高层建筑物内的人员安全。