中庭建筑的防火安全設(shè)計(jì)探討

1、中庭建筑的防火安全設(shè)計(jì)探討隨著建筑業(yè)的發(fā)展， 一種以建筑內(nèi)部空間為核心綜合多種功能的空間結(jié)構(gòu)形式- 中庭，在我國(guó)的高層建筑中使用的越來(lái)越為頻繁和成熟。如上海的金茂大廈、港匯商廈、連卡佛等許多高層建筑，都設(shè)有貫穿若干層或全樓的中庭。中庭的出現(xiàn) , 在創(chuàng)造了一個(gè)引人注目的共享環(huán)境的同時(shí)，也帶來(lái)了特殊的火災(zāi)危險(xiǎn)性。中庭的高度 ( 通常在 20 米以上）會(huì)大大降低自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的有效性，而貫穿全樓或多層的封閉大空間與樓層間的不完全隔離，無(wú)法有效延緩火、 煙由著火層向其他樓層的蔓延，隨著火場(chǎng)溫度的升高，如無(wú)完善的送風(fēng)、排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)，中庭還可能產(chǎn)生明顯的煙囪效應(yīng)， 造成火勢(shì)迅速上竄蔓延， 甚至將導(dǎo)致大量

2、人員傷亡，帶來(lái)不可估計(jì)的損失。 以下我們了解中庭的一些情況及對(duì)中庭建筑的防火安全設(shè)計(jì)進(jìn)行探討 . 一、概況1.1 、中庭的概念短邊長(zhǎng)度不小于 6m(或半徑不小于 6m ）, 橫截面積不小于 100 ，且其共享層數(shù)不少于三層的帶有頂蓋的室內(nèi)庭院. 設(shè)有中庭的建筑稱之為中庭建筑。1。2、防火設(shè)計(jì)中中庭的分類根據(jù)防火分隔設(shè)計(jì)所配備的消防設(shè)施，中庭一般可分為以下三類: 1.2 。1、天井式中庭它是指用耐熱的防火玻璃從建筑中分隔出來(lái)的高大空間，除了用于交通目的之外無(wú)其它使用功能 . 這類中庭由于采用了防火玻璃分隔，一般不會(huì)出現(xiàn)太大的問(wèn)題，火災(zāi)時(shí)利用機(jī)械排煙可達(dá)到控制火災(zāi)蔓延的目的. 1.2.2 、開(kāi)敞式

3、中庭它是指除部分房間裝有玻璃分隔之外，多數(shù)層間與中庭完全相通。 這類中庭在火災(zāi)時(shí)的主要威脅來(lái)自與中庭直接相通的疏散通道及回廊，因此, 需設(shè)計(jì)煙氣控制系統(tǒng)防止煙氣進(jìn)入疏散通道。1。2。3、封閉式中庭它是指用普通玻璃分隔出來(lái)的空間, 具備使用功能，通常可作為娛樂(lè)場(chǎng)所或餐廳. 封閉式中庭在火災(zāi)中即使整個(gè)空間充滿煙氣, 危險(xiǎn)性也不太大，考慮周圍的回廊，房間全滲進(jìn)煙氣，通常要設(shè)置機(jī)械排煙裝置防止煙氣擴(kuò)散. 二、中庭的火災(zāi)危險(xiǎn)性“中庭 能使建筑的內(nèi)部空間達(dá)到最大范圍連接性，并形成整體的內(nèi)部空間視覺(jué)效果以及大面積自然采光, 其莊重美觀、內(nèi)部采光性能好、環(huán)境舒適，但同時(shí)也帶來(lái)了一系列新的問(wèn)題。例如：1967

4、年比利時(shí)布魯塞爾伊若巴施格百貨商店二樓起火 , 共造成 325 人死亡，其中 260 人死于四樓食堂 , 損失約 70 億丹。此次火災(zāi)是由于建筑中中庭部分未設(shè)防火分區(qū)，中庭設(shè)置的感煙探測(cè)器未動(dòng)作, 由于中庭的煙囪效應(yīng)， 使煙氣迅速擴(kuò)散， 火勢(shì)擴(kuò)大， 起火 45 分鐘后 , 玻璃屋頂很快遭到破壞，一部分鋼結(jié)構(gòu)被燒而倒塌，樓內(nèi)人員無(wú)法安全、迅速的疏散，從而造成了此次悲慘事件。中庭建筑的火災(zāi)危險(xiǎn)性：2.1 、易燃、可燃物多中庭大部分都設(shè)置于賓館和商貿(mào)樓等公共場(chǎng)所，滿足諸多功能的需求, 建筑標(biāo)準(zhǔn)高，內(nèi)部裝修豪華，在裝潢過(guò)程中，為追求效果，大量使用木質(zhì)，化纖及高分子合成等易燃、可燃材料，發(fā)生火災(zāi)時(shí)極易形

5、成氣體火災(zāi)且難以控制。2。2、易性形成“煙囪效應(yīng)” , 煙火蔓延快煙囪效應(yīng)是指由建筑內(nèi)、 外部空氣的溫度及密度差而引起的在建筑內(nèi)部垂直的方向上的自然空氣流動(dòng)現(xiàn)象。中庭空間形似煙囪， 當(dāng)大樓發(fā)生火災(zāi)， 室內(nèi)火場(chǎng)溫度升時(shí)，往往形成“煙囪效應(yīng)” ，風(fēng)助火勢(shì)，火借風(fēng)威，煙氣順著中庭快速向垂直和水平方向擴(kuò)散，造成豎向、橫向延燒。2.3 、疏散困難大具有中庭的建筑一般都有相當(dāng)?shù)母叨? 電梯、自動(dòng)扶梯是主要的垂直交通工具?；馂?zāi)時(shí)因斷電致使電梯和自動(dòng)扶梯不能使用，人員只能依賴樓梯進(jìn)行緊急疏散。然而，這類建筑一般供人員使用的步行樓梯設(shè)計(jì)時(shí)位置安排的比較隱蔽，每天進(jìn)出的大量非固定人員對(duì)樓內(nèi)結(jié)構(gòu)不熟悉。火災(zāi)時(shí)，大量

6、人員同時(shí)疏散， 極易出現(xiàn)擁擠、 混亂, 造成疏散通道堵塞， 加上火場(chǎng)內(nèi)煙氣濃度大， 有害氣體成分多，極易造成群死群傷的悲慘局面. 2。4、火災(zāi)撲救困難大2。4.1 、消防隊(duì)同時(shí)要在數(shù)樓層進(jìn)行滅火，需要調(diào)集大量兵力；2.4.2 、消防隊(duì)員不得不沿著疏散人員逃生的相反方向進(jìn)入，這就會(huì)在出入的通道上相撞；2.4 。3、火災(zāi)迅速擴(kuò)大，應(yīng)當(dāng)阻止火勢(shì)擴(kuò)大的開(kāi)口很多，很難確定從何處著手；2.4.4 、煙霧迅速擴(kuò)散并充滿空間，嚴(yán)重影響消防活動(dòng)；2.4 。5、火災(zāi)時(shí)，屋頂和壁面玻璃爆裂散落，對(duì)消防隊(duì)員構(gòu)成威脅。三、中庭建筑的防火安全設(shè)計(jì)由于中庭建筑存在上述的火災(zāi)危險(xiǎn)性, 尤其以煙氣的火災(zāi)危險(xiǎn)性最大，火災(zāi)統(tǒng)計(jì)資料

7、說(shuō)明，火災(zāi)死亡的人數(shù)中, 由于煙熏死亡的占一半以上，在被火燒死的人當(dāng)中多數(shù)也是因?yàn)橄戎卸尽⒅舷灥购蟊换馃赖?。日本“千日”百貨大樓火?zāi)，死亡的人 118 人當(dāng)中就有 93 人是被煙熏死的。因此，有必要在中庭設(shè)計(jì)一種合理的煙氣控制系統(tǒng)以阻止著火空間的熱氣流和有毒煙氣通過(guò)中庭向公共空間擴(kuò)散是極其重要的 . 下面本人就以防排煙設(shè)計(jì)為重點(diǎn)談?wù)勚型ソㄖ姆阑鸢踩O(shè)計(jì)。3.1 、防排煙設(shè)計(jì)中庭的防排煙設(shè)計(jì)是一個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題，檢驗(yàn)防排煙系統(tǒng)能否及時(shí)、 有效的防排煙，必須滿足以下的目的：(1) 在人員撤離所需時(shí)間內(nèi)，利用排煙設(shè)施保持大容量空間建筑出口的有序環(huán)境；（2）控制并減少煙在著火區(qū)向附近空間擴(kuò)散；（

8、3）在著火區(qū)外提供有利條件, 使之有助于消防人員進(jìn)行搜索和救援行動(dòng)，及探明和控制火勢(shì) ; （4）保護(hù)生命和財(cái)產(chǎn)的損失；（5）火災(zāi)發(fā)生后使煙散去 . 基于上述目的 , 對(duì)于那些通過(guò)中庭連接的樓層，最重要的一點(diǎn)是確保人們從各層之間向有保護(hù)的疏散通道 （前室、樓梯間）疏散時(shí)煙和熱控制在人們所能忍受的范圍內(nèi)，中庭建筑火災(zāi)時(shí)煙的生成和流出分為幾個(gè)階段, 著火房間發(fā)生的火災(zāi)，經(jīng)開(kāi)口向中庭等相鄰空間流動(dòng)， 或在中庭底層發(fā)生火災(zāi) , 煙氣向上部流動(dòng) ;煙氣在流動(dòng)過(guò)程中卷吸周圍空氣在火焰上方升起, 形成煙柱。根據(jù)煙氣的流動(dòng)特征，我們可以對(duì)中庭的控制采取以下幾種方法：（1) 利用中庭頂部的排煙設(shè)施，將煙層保持在與

9、中庭相通的最高居住面上部，稱之為對(duì)流貫穿式排煙法；（2）利用擋煙垂壁等輔助設(shè)施形成貯煙倉(cāng)，將起火層產(chǎn)生的煙氣就地排除，阻止煙氣進(jìn)入中庭，稱之為起火間排煙法；（3） 將煙氣引入中庭四周的回廊 （或陽(yáng)臺(tái)）， 回廊與中庭之間設(shè)置擋煙垂壁，將回廊作為貯煙倉(cāng)，利用回廊內(nèi)的排煙系統(tǒng)，將煙氣排除，稱之為回廊排煙法；（4）對(duì)于高度較高，或?qū)訑?shù)較多的中庭, 下面幾層中采用對(duì)流貫穿式排煙，使煙層的高度符合這幾層的疏散要求, 上面幾層中庭采用擋煙垂壁, 使煙氣不侵入上面幾層的中庭，稱之為混合排煙法。(5）對(duì)于高度較低或?qū)訑?shù)較少的中庭, 可以借助室內(nèi)外氣體溫度差引起的熱壓作用和室外風(fēng)力造成的風(fēng)壓作用而形成的室內(nèi)煙氣和

10、室外空氣的對(duì)流運(yùn)動(dòng)進(jìn)行排煙 , 稱之為自然排煙法；上述中庭的排煙方法其適用條件有所不同，我們根據(jù)其中庭形式的不同區(qū)別對(duì)待。3。1。1、對(duì)流貫穿式排煙法對(duì)流貫穿式排煙法由于其對(duì)中庭建筑的輔助要求最少, 因此是比較理想的方法。但對(duì)其使用卻有條件上的限制，根據(jù)國(guó)外資料表明, 第一、當(dāng)煙氣質(zhì)量流量達(dá)到 150-200kg/s 時(shí)，煙氣控制系統(tǒng)將不再具有實(shí)用價(jià)值；第二、如果煙氣卷吸冷空氣使熱量損失較大，煙層會(huì)出現(xiàn)比預(yù)想的高度低很多的情況, 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示當(dāng)煙氣比周圍環(huán)境溫度僅1520時(shí), 利用自然和機(jī)械排煙系統(tǒng)排煙都將是無(wú)效的，因此理想的煙層應(yīng)保持較高溫。3。1.2 、起火間排煙法由于對(duì)流貫穿式排煙對(duì)于三

11、層以上的中庭已經(jīng)受到限制，因此一些層數(shù)多,沿中庭四周布置的大型商業(yè)廳可以采用起火間排煙法，將煙氣控制在起火間內(nèi)，防止向其它區(qū)域擴(kuò)散， 可采用設(shè)于火災(zāi)區(qū)域內(nèi)的專用排煙設(shè)備，也可以與通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)兼用。向中庭敞開(kāi)部分應(yīng)設(shè)置固定擋煙垂壁或由火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)的活動(dòng)式擋煙垂壁 , 擋煙垂壁的設(shè)置應(yīng)使煙層的底部不低于垂壁的底部，防煙分區(qū)可選擇在 2000 左右，煙氣的形式按軸對(duì)稱煙縷確定。3。1.3 、回廊排煙法對(duì)于中庭建筑中常見(jiàn)購(gòu)物中心， 這類中庭四周布置許多單元商店，每個(gè)店的面積較小，如果每個(gè)商店均要設(shè)置排煙設(shè)備是非常困難的，而且絕對(duì)是不經(jīng)濟(jì)的，因?yàn)榕艧熛到y(tǒng)要運(yùn)用于每一個(gè)店, 甚至是小店鋪，才能保

12、護(hù)整個(gè)建筑，況且排煙系統(tǒng)的控制又很復(fù)雜。如果火災(zāi)在著火間形成, 煙氣將經(jīng)過(guò)房間開(kāi)口流入回廊，再向中庭擴(kuò)散。 為了防止煙氣涌入中庭， 應(yīng)該在回廊將煙氣排除， 因此回廊邊緣設(shè)置擋煙垂壁，利用回廊作為“貯煙倉(cāng)”, 回廊內(nèi)的排煙設(shè)備將煙氣排除. 3.1 。4、混合排煙法對(duì)于結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜， 用途廣泛的中庭建筑 , 可以采用混合排煙法 . 如常見(jiàn)的一些中庭建筑下面幾層為公共場(chǎng)所，上面幾層為辦公場(chǎng)所， 對(duì)于此類型的建筑， 火災(zāi)時(shí)為確保下面公共層人員疏散的安全，可采用混合排煙法， 即下部采用對(duì)流貫穿式排煙法， 使煙層底部的高度維持在人員的居住面之上，而其它的樓層則與中庭封閉起來(lái)，封閉的方式可以采用設(shè)置卷簾等防

13、火分隔方法。3.1 。5、自然排煙法它利用高溫?zé)煔夥e聚在開(kāi)敞的最高部位這一特點(diǎn)，在中庭的頂部設(shè)置面積大于中庭地面面積5% 的天窗或高側(cè)窗，統(tǒng)一將煙氣排至室外。但這種排煙方法對(duì)中庭的高度有一定的限制, 一般在 25 層之間。當(dāng)中庭高度過(guò)高時(shí)， 由于火災(zāi)初期煙氣溫度較低，煙氣在上升過(guò)程中遇冷（如受空調(diào)影響等）而使其密度加大。當(dāng)熱煙氣流到與其密度相等的空氣高度時(shí)便轉(zhuǎn)由水平方向擴(kuò)展并隨著溫度的降低還會(huì)下降，使得煙氣無(wú)法從頂部高窗排到室外. 因此，對(duì)于使用性質(zhì)極為重要的建筑在投資條件許可的情況下，雖然具有開(kāi)啟外窗的自然排煙條件，仍應(yīng)采用可靠的機(jī)械防煙裝置。3。1.6 、排煙系統(tǒng)的補(bǔ)風(fēng)要有效地進(jìn)行中庭的排

14、煙，必須考慮補(bǔ)風(fēng)，以替換被排放出去的煙氣, 補(bǔ)風(fēng)量應(yīng)不小于排煙量的70，補(bǔ)充的空氣可以采用自然的補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng), 如果可利用的進(jìn)風(fēng)口面積有限， 可以考慮設(shè)置機(jī)械的補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)。 補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)通過(guò)安全門入口的風(fēng)速必需小于5m/s ，以避免對(duì)這些出口疏散的人群造成傷害，補(bǔ)風(fēng)口設(shè)于下部，補(bǔ)充的空氣必須低于煙層， 排煙時(shí)應(yīng)采用相鄰防煙分區(qū)補(bǔ)風(fēng)，但補(bǔ)風(fēng)口應(yīng)遠(yuǎn)離排煙口，補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)與排煙系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)起來(lái)。3。2、防火分隔措施在中庭建筑中開(kāi)敞式中庭的火災(zāi)危險(xiǎn)性最大，根據(jù)國(guó)內(nèi)有關(guān)中庭防火設(shè)計(jì)規(guī)定并結(jié)合本人在學(xué)習(xí)中的體會(huì)，當(dāng)中庭上下層連通的面積超過(guò)一個(gè)防火分區(qū)時(shí)，應(yīng)采取以下的設(shè)計(jì)。3.2.1 、中庭回廊的防火設(shè)計(jì)中庭的每層回廊要設(shè)

15、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)和自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)。對(duì)于中庭較高的回廊還應(yīng)設(shè)防火卷簾。3.2.2 、房間，過(guò)廳等處的防火分隔對(duì)于房間與中庭回廊相通的門窗應(yīng)是能夠自行關(guān)閉的乙級(jí)防火門窗, 而與中庭相通的過(guò)廳、 通道則要設(shè)乙級(jí)防火門或耐火極限大于3 小時(shí)的防火卷簾。 在一些要求不占空間、 不影響建筑裝潢的防火分隔設(shè)計(jì)中可以使用防火卷簾。卷簾平時(shí)收藏在吊頂上， 發(fā)生火災(zāi)時(shí)可以自動(dòng)或手動(dòng)降下隔斷火焰，若采用防火防煙卷簾還可以起到防火隔煙的雙重功能。3.2.3 、水幕系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用對(duì)于人員較多 , 設(shè)置防火卷簾會(huì)影響人員疏散的回廊等處可采用水幕系統(tǒng)。對(duì)水幕系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求是一定要形成水幕帶，其有效寬度不應(yīng)小于6m ，噴

16、頭布置不少于 3 排, 噴頭的供水強(qiáng)度為23l/s。水幕系統(tǒng)的啟動(dòng)可采用自動(dòng)或手動(dòng)開(kāi)啟裝置，確?；馂?zāi)發(fā)生時(shí)水幕系統(tǒng)起到防火隔煙作用. 3。3、安裝雙自動(dòng)系統(tǒng)在中庭頂蓋及各層走道、房間等部位遍設(shè)感煙探測(cè)器和自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng).感煙探測(cè)器應(yīng)與排煙天窗及自動(dòng)噴水系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，并且由大樓的消防中心自動(dòng)或手動(dòng)控制。 當(dāng)火災(zāi)發(fā)生在中庭范圍內(nèi)而煙感器報(bào)警后，自動(dòng)噴水系統(tǒng)就可立即啟動(dòng)。3。4、中庭鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的保護(hù)除了要對(duì)建筑整體作統(tǒng)一的防火設(shè)計(jì)外，還應(yīng)充分考慮各種類型中庭結(jié)構(gòu)本身的消防安全。 中庭鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件主要承受的是采光玻璃，對(duì)其所需的耐火極限應(yīng)根據(jù)中庭在建筑物中的位置、 中庭內(nèi)火災(zāi)荷載的大小、 以及鋼結(jié)構(gòu)對(duì)主體建筑的影響提出了不同的要求。對(duì)于中庭上部就是主體高層建筑的, 其鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限應(yīng)不小于 1.5 小時(shí)（參照樓板的耐火極限要求） ，采光玻璃也應(yīng)為1 小時(shí)以上的防火玻璃，對(duì)于展覽館、商場(chǎng)等火災(zāi)荷載較大的建筑物的中庭, 其鋼結(jié)構(gòu)耐火極限應(yīng)更高些，而辦公樓、賓館等建筑的中庭, 其鋼結(jié)構(gòu)耐火極限的要求可適當(dāng)降低，封閉式中庭 , 其鋼結(jié)構(gòu)可不予保護(hù)。目前常用保護(hù)措施有三種：（1）冷卻法 . 設(shè)置噴淋系統(tǒng)， 火災(zāi)情況下對(duì)結(jié)構(gòu)實(shí)施冷卻保護(hù)。但對(duì)于設(shè)置了噴淋系統(tǒng)保護(hù)的中庭在考慮其應(yīng)具有充分排煙量的同時(shí)，還應(yīng)于中庭頂棚部分設(shè)計(jì)有效的“貯煙倉(cāng)” 。否則，火災(zāi)情況下噴淋設(shè)備會(huì)因其周圍空間溫度達(dá)不到