高层住宅建筑“核心筒”消防设计探讨

作者简介：

曲化瑞（1979- ），女，汉族，河南南阳人，本科，工程师，研究方向：建设工程消防审查验收。

摘要：

当前我国高层住宅消防安全中的“核心筒”是设计审核的关键。影响消防安全的主要因素包括疏散通道和时间、疏散路径和距离、消防设施和救援场地等设计建设。高层住宅“核心筒”设计要关注电梯前室、连廊、户门、通道等关键环节和消防技术问题。

关键词：高层建筑；消防安全；核心筒设计

引言

随着我国房地产行业的蓬勃发展，城乡居民住房条件得到了极大改善。尤其是近二十年来，我国高层建筑的高度更高、体量更大，同时其火灾事故也时有发生。因此，高层建筑消防设计要有超前意识，注重新技术规范和理念，并提高设计审核管理水平。本文结合当前高层住宅建筑“核心筒”设计提出相关意见，希望给相关从业者提供一定的参考。

一、高层建筑“核心筒”的重要性

为有效减少火灾中的人员伤亡，应做好高层建筑的安全疏散设计，“核心筒”的设计尤为重要。业界认为，“中央核心筒区域竖井较多，容易形成烟囱效应，造成烟火迅速蔓延至其他楼层。因此，中央核心筒区域是阻止烟火蔓延、控制火灾扩大的关键所在。”“中央核心筒区域作为安全区的安全策略在于保证中央核心筒不会发生火灾，同时能够有效防止周围区域的火灾和烟气向中央核心筒区域蔓延，影响人员的疏散安全性。”[1]当前，部分高层建筑剪刀梯“核心筒”设计存在“借助自然通风的排烟模式受到限制”“可开启外窗设置不合理、不规范”“公共面积不足，须增设独立短廊”等问题，需要采用“共用前室与消防电梯前室相套”等优化办法。[2]一般处于高层建筑中央部位的“核心筒”框架由电梯井道、楼梯、通风井以及设备间等构成，其具有束筒空腹与实腹钢筋混凝土剪力墙等结构形式。“核心筒”作为高层建筑的心脏和主动脉，不仅连接建筑内外，还构成高层建筑的结构支撑和安全保护部分。其中，电梯、楼道等作为人员、物资流通的核心通道，科学、安全、合理的设计极为重要。

二、影响高层住宅消防安全的主要因素

高层住宅楼栋“核心筒”有助于改善建筑受力结构，增大利用空间，建筑成本经济性高，同时具有抗震安全性，并有效提高采光面积和楼内交通的便利性。关于高层建筑“核心筒”设计要点，业界认为“核心筒”设计的重中之重是安全疏散系统设计，要合理划分防火分区，发生火灾时可将火势控制在一定范围。[3]基于此，对“核心筒”的设计必须考虑多方面相关因素。

（一）疏散出口和时间

高层建筑疏散通道宽窄、位置、路线、标识和应急照明等都会影响疏散时间，需要全面考虑。我国高层建筑“核心筒”的配套设置主要有安全疏散口、电梯、公共楼道等。关于火灾逃生出口数量及出口门设计，业界认为出口之间要留有适当的消防安全通道、消防车出入口，出口处应设置明显的灭火及逃生标志标识，说明疏散通道、消防救援通道的位置，标明出口名称、疏散方向。多向逃生出口应保证人员能够顺利撤离至安全区域，由具有自动灭火功能的消防救援系统实施消防救援。[4]安全疏散的目的是确保人员人身安全受到火灾威胁之前，疏散到安全区域。高层住宅由于人员复杂、楼梯封闭、烟囱效应等原因，发生火灾时实际的疏散时间会超过理想的疏散时间。《建筑设计防火规范》（GB50016）对剧场、电影院、礼堂等建筑场所的疏散路径和时间都有明确规定，要求人员从一、二级耐火等级建筑空间疏散时间不得大于2min。根据基层工作经验，高层建筑耐火等级一般设计为一、二级，发生火灾后蔓延速度较慢，高层住宅疏散时间建议按1.5min-2min考虑。如果疏散通道设计不合理或者被占用、堵塞等，都会带来极大安全逃生隐患。

（二）疏散路径和距离

疏散路径的安排要按照人员疏散时风险逐级递减的原则进行。首先从“危险区域”到“次危险区域”，再到“相对安全区域”和“室外安全区域”。在疏散过程中，不得因暂时感觉安全再次返回较高等级的危险区域，尤其对于疏散走道要经过房间才能进入另一个安全出口，应予禁止。就疏散安全距离而言，无论是房间内最远点到疏散门，还是从房间疏散门到楼梯间等外部出口，都存在危险区域和次危险区域。高层建筑的电梯前室要设置消防疏散通道、安全逃生出口、避难层以及向外通风的窗户等。“核心筒”与电梯的设计布局和功能是高层住宅建筑设计的重中之重。

（三）消防设施和救援

高层建筑救援是世界性的消防难题，给消防人员和设备带来巨大考验。消防部门配备的举高车作为有效的外攻手段，必须有50米-100米以上的举高。然而，全国目前举升高度超过100米的登高消防车仅有30余辆，均集中在北京、上海等大型城市，而且这类登高消防车均为进口产品，价格昂贵，对城市道路、建筑物周边环境和操控人员的熟练程度依赖性很大。因此，高层建筑的安全疏散主要还是依靠建筑本身的设计来解决。高层住宅“核心筒”作为建筑的心脏和脊柱，其建筑设计不仅关乎人员、物资运输的高效性、舒适性，还要关注空间集约性和结构合理性以及建造成本和消防安全等基本需要。要充分保障建筑消防施工质量，加强设计审核、施工监督和质量监测。高层建筑必须配备合理、充足的消防设备，杜绝设备老化过期、损坏被盗、规格不符等问题。消防栓、消防带、消防斧以及供水设备等应经常检查维护，避免出现各种隐患。

三、高层住宅“核心筒”设计的关键问题

虽然“核心筒”形状根据楼栋整体结构特点可以设计成矩形、圆形、三角形和梭形等，但其使用功能和设计标准是一致的。我国住宅建筑多采用矩形平面式“核心筒”，具有空间利用充分、结构稳定、使用便捷等特点。在“核心筒”施工中，因工程整体较为复杂，施工难点较多，一旦某一环节出现问题，极易发生安全事故，威胁施工人员生命财产安全。作为一项复杂性、系统性工程，“核心筒”施工过程复杂，建设周期长，设计施工方法、工艺多，施工安全风险因素种类繁多，[5]如环境、管理与技术等方面都存在设计风险。

（一）垂直电梯与前室设计

一般“核心筒”的两侧是楼梯间和电梯组群，高层建筑的电梯设计要充分考虑运载能力、速度和效率等。根据实际情况，电梯的楼层平面布局一般有一侧、两侧、十字等多种组合形式，而“核心筒”也和电梯构成相应的位置组合关系，同时还要考虑电梯前室的布局设计。当前，在设计建筑物时，设计者通常忽略了合用前室的设计功能，导致在实际使用过程中，为了扩大建筑物面积，只能将消防梯和客梯合并使用，从而使合用前室的功能发生了变化。在合用前室安装疏散门、窗、洞口等，防火门无法自行关闭。如果发生火灾事故，防火门无法对烟雾进行隔离。[6]

高层建筑电梯前室承担着较大的消防安全职能，火灾时需要能有效阻断火灾蔓延。两个防烟楼梯的前室和消防电梯前室分开设置，通过两扇防火门相连，规避“三合一”前室的短边设计（如图1）。“三合一”前室要保证一个战斗班的消防员和装备进入，要求前室的短边不得小于2.4米。新版《建筑设计防火规范》对消防电梯前室要求和“三合一”前室一致，该设计方案设置了三个前室，分别设置满足条件的防烟设施，可以有效防止烟气进入楼梯间。在该方案中，消防电梯前室作为疏散通道，住宅户门直接开向消防电梯前室，对消防队员灭火会有一定影响。因此，设计时应尽量避免，谨慎实施。

两个防烟楼梯的前室和消防电梯前室分设，通过两个短走道相连，规避开向前室的户门（如图2）。每个短走道有两个安全出口，但其中一个安全出口的疏散路径为危险区域→次危险区域→相对安全区域→次危险区域，从消防电梯前室通过短走道进入防烟楼梯前室，两个安全出口距离一般不足5米，进入前室的门相对住宅来说方向错误，不可行。

（二）平行交通的连廊设计

住宅的连廊通常存在走道连廊和前室连廊两种情况，风险等级不同，要求的防火间距也不一样。连廊作为疏散走道，属于次危险区域，规范对于疏散走道的门窗洞口无严格要求。连廊仅作为疏散走道，属于次危险区域，规范对于疏散走道并无明确要求，但应考虑一定的安全间距，间距大于2米应满足要求。连廊作为前室通往楼梯间的一部分，风险等级和前室相当，视为相对安全区域。若连廊设计为全开敞式，类似于阳台和凹廊，防烟效果好，一般认为可行，但须考虑和建筑物外墙的安全间距；若连廊设计为两个前室的连接，虽然连廊为开敞式，但疏散路径变为危险区域→相对安全区域→次危险区域（如图3），应不可行。

（三）开向前室的户门设计

一般高层建筑将剪刀梯楼梯间及电梯井筒两个通道结合在一起，缩短人员进出“核心筒”的距离，节约建造成本。高层建筑的楼梯间是火灾时人员在建筑内竖向疏散的唯一通道，应重视开向前室的户门设计。对于建筑高度小于54米的建筑，大部分的消防救援力量可以到达，住宅通过走道疏散，仅设置一个安全出口即可满足要求；对于大于54米的住宅建筑来说，设在走道的户门在疏散方向的选择上只有一个方向，不满足设置两个安全出口的要求，应不可行。直接开向楼梯间的户门必须具有符合要求的乙级防火门，尤其是高层建筑要尽量避免户门直接开向楼梯间的前室。目前来看，也有通过设置疏散走道（如图4）以避免和减少向前室的户门数量。

（四）疏散通道净宽设计

关于如何计算合理的疏散宽度，业界认为“关键是确定使用人数和疏散距离，通常每人需要约0.6平方米的疏散面积。场地面积需准确估算，否则影响疏散宽度确定。” [7]疏散宽度是按人流宽度来计算的，单股人流的宽度为0.55米，住宅建筑按不少于两股人流计算，疏散宽度应不小于1.1米。疏散走道宽度是扣除装修面层、门框、突出柱等相关因素后的净宽度。《建筑设计防火规范》没有关于门开启影响疏散走道净宽度的规定。一些设计者认为住宅建筑人流较小，住宅的户门开启后虽然会影响疏散走道的净宽度，但实际并不影响疏散，《民用建筑设计统一标准》GB50352明确规定开向疏散走道及楼梯间的门扇开足后，不应影响走道及楼梯平台的疏散宽度。住宅的户门打开后对人流的通行会造成一定影响，紧急情况下，影响会更大。对于公寓式住宅来说，疏散人员更多，更应确保户门开启后疏散走道的净宽度满足要求或者户门设置为向内开启。

结语

总之，当前高层建筑不仅是一个城市综合实力的体现，也是建筑科技和工程管理能力提升的结果。新型的建筑材料、楼宇结构体系、设计施工方案和消防审查验收等方面的快速发展，也给相关行业管理提出了更高要求。目前业界比较重视高层、超高层建筑设计的审查工作，认为“在旧规、新规以及新通知的共同实行期间，消防审查部门应切实做好超高层建筑的专项消防设计审查工作。聚焦建筑布局防火设计是否具有安全性、实用性和有效性”。[8]近几年来，针对“核心筒”方案的设计争议较大，说明了广大设计人员对“核心筒”方案设计的重视。方案设计关乎安全通行，设计人员应综合考虑疏散路径并结合当地消防救援力量，避免因设计不合理而引起人员伤亡。注重高层建筑消防安全设计，严格执行消防标准和管控措施，加强监管和审查，从源头消除消防安全隐患。

参考文献

[1]杜文锋.具有核心筒结构的超高层建筑消防安全策略[J].消防科学与技术，2013，32（08）：857-859.

[2]莫朝晖.单元式住宅剪刀梯核心筒设计优化探究[J].房地产世界，2023（22）：39-41.

[3]张家明.超高层建筑核心筒优化设计探讨[J].中文科技期刊数据库（全文版）工程技术，2023（04）：63-66.

[4]闫孟强.超高层建筑核心筒消防安全疏散设计[J].前卫，2022（35）：118-120.

[5]廖程，杨接，何淼.超高层建筑核心筒施工工艺的应用[J].建筑机械化，2020，41（09）：54-57.

[6]李星萌.高层建筑消防设计问题及管理对策解析[J].消防界，2023，9（09）：57-59.

[7]刘志红，李艺，冯俊琪.高层民用建筑消防设计研究[J].消防界（电子版），2023，9（16）：37-39.

[8]罗松.基于超高层建筑的总图消防设计研究[J].建设科技，2024（01）：49-51.