某高層辦公建筑內(nèi)天井排煙研究

1、某高層辦公建筑內(nèi)天井排煙研究王宗存 智會(huì)強(qiáng) 謝天光摘要:在某高層辦公建筑防火設(shè)計(jì)中, 結(jié)合其設(shè)有雙內(nèi)天井的實(shí)際情況, 提出了 辦公房間之間及其與疏散走道的防火分隔、 疏散走道排煙窗設(shè)置等防火設(shè)計(jì)方案。 同時(shí)結(jié)合數(shù)值計(jì)算模擬, 分析了煙氣在內(nèi)天井的蔓延情況, 通過人員安全疏散模 擬計(jì)算, 驗(yàn)證了該雙內(nèi)天井的平面布置可在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)給建筑內(nèi)的人員提供安全 的疏散環(huán)境,滿足火災(zāi)初期人員安全疏散需要。關(guān)鍵詞:內(nèi)天井;排煙;安全疏散1 引言一般認(rèn)為天井為四面有房屋或三面有房屋另一面有圍墻或兩面有房屋另兩 面有圍墻時(shí)中間的空地。在我國(guó)有些地方天井作為建筑的組成部份 , 一般為單進(jìn) 或多進(jìn)房屋中前后為正間 ,

2、 兩邊為廂房包圍 , 寬與正間同 , 進(jìn)深與廂房等長(zhǎng)的空地, 因面積較小, 光線為高屋圍堵顯得較暗, 狀如深井, 而稱為天井, 以區(qū)別于院子。 根據(jù)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)民用建筑設(shè)計(jì)術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn) GB 50504第 2.5.33條 “ 天井 ” 為, 被建筑圍合的露天空間,主要用以解決建筑物的采光和通風(fēng)。 “ 庭院 ” 為,附屬于 建筑物的室外圍合場(chǎng)地, 可供人們進(jìn)行室外活動(dòng)。 天井作為庭院的一種特殊形式, 受限于其平面布置, 具有獨(dú)特的空間特征, 表現(xiàn)為其高度遠(yuǎn)大于其他兩個(gè)方向尺 寸。 此外, 天井與中庭這一建筑中貫通多層的室內(nèi)大廳所不同的是, 天井頂部與 大氣環(huán)境直接相通, 具有室外空間的屬性。 本文結(jié)

3、合某設(shè)置雙內(nèi)天井的辦公建筑, 研究該種布局的內(nèi)天井排煙的可行性。2 建筑概況2.1 平面布置某辦公建筑共 18層,建筑高度為 99.5m ,采用鋼筋混凝土框剪結(jié)構(gòu),占地 面積 2394.3m 2,總建筑面積 36263.5m 2。該建筑地上一層為商店,二層 十八層 為辦公,按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范 GB 50045-1995(2005年版 (以下簡(jiǎn)稱高規(guī) 進(jìn)行防火設(shè)計(jì)。該辦公建筑長(zhǎng) 67.2m ,寬 36m ,設(shè)有 2個(gè)內(nèi)天井,其平面布置如圖 1所示。2.2 2.2. 的下 位, 度超 定窗 一個(gè) 按照 60m 部風(fēng) 道面 內(nèi)走防火設(shè)計(jì) .1 疏散走 高規(guī)第 下列部位應(yīng) 1 長(zhǎng)度

4、超 2 面積超 3 高層建 第 8.4.1條 應(yīng)設(shè)置機(jī) 1 無(wú)直接 超過 60m 的 2 面積超窗的房間。 3 不具備 4 除利用 個(gè)房間面積 由圖 1可 照上述規(guī)范 m 應(yīng)設(shè)置機(jī) 風(fēng)向等自然 面積的 15.4 走道采用可 計(jì)難點(diǎn)走道排煙第 8.1.3條規(guī) 應(yīng)設(shè)排煙設(shè)施 超過 20m 的 超過 100m 2, 建筑的中庭 條規(guī)定, 一類 機(jī)械排煙設(shè)施 接自然通風(fēng) 內(nèi)走道。超過 100m 2,備自然排煙 用窗井等開 積超過 50m 2, 可以看出, 該 范規(guī)定,長(zhǎng)度 機(jī)械排煙設(shè)施 條件的直接 4%,具有較 可開啟外窗的 規(guī)定,一類高 施:內(nèi)走道。且經(jīng)常有 庭和經(jīng)常有人 類高層建筑和 施:風(fēng),且長(zhǎng)

5、度超 且經(jīng)常有 煙條件或凈空 開窗進(jìn)行自然 且經(jīng)常有 該建筑的內(nèi)走 度超過 20m 施。 該建筑 接影響,且 較好的自然排 的自然排煙 圖 1 天井平 高層建筑和 有人停留或可 人停留或可 和建筑高度 超過 20m 的 有人停留或可 空高度超過 然排煙的房 有人停留或可 走道呈回字 m 的內(nèi)走道 內(nèi)走道環(huán)繞 且每層均開有 排煙條件, 煙方式的可行 面布置和建筑高度超 可燃物較多 可燃物較多的 度超過 32m 的 內(nèi)走道或雖 可燃物較多 過 12m 的中庭 房間外,各房 可燃物較多 字形布置, 疏 道應(yīng)設(shè)置排煙 繞天井設(shè)置 有面積為 4將結(jié)合數(shù)值 行性。 超過 32m 的 多的房間。的地下室。

6、的二類高層 雖有直接自然 多的地上無(wú)窗 庭。房間總面積 多的地下室。 疏散走道總長(zhǎng) 煙設(shè)施,又 , 該天井為 43.2m 2的排 值計(jì)算模擬的二類高層建層建筑的下列 然通風(fēng),但 窗房間或設(shè) 積超過 200m 。長(zhǎng)度為 140又因?yàn)殚L(zhǎng)度超 為內(nèi)天井不受 排煙窗,占內(nèi) 擬等分析該建 建筑 列部 但長(zhǎng) 設(shè)固 2或 m , 超過 受外 內(nèi)走 建筑2.2. 的不 10.7頂, 性, 3 防 3.1 下防 如圖 不小 煙或 其層 3.2 考慮 因此 .2 內(nèi)天井 高規(guī) 不具備自然 該辦公建7m ,長(zhǎng)邊尺 不屬于中 需要進(jìn)一防火設(shè)計(jì)方 擋煙垂壁 針對(duì)該高 防火設(shè)計(jì)方 在辦公樓 圖 2所示。 根據(jù)高 小于 5

7、00mm 或其它控制 層高為 5.6m 可開啟外 高規(guī) 慮到火災(zāi)產(chǎn) 此, 排煙窗設(shè) 井排煙第 8.4.1條規(guī) 排煙條件或 建筑設(shè)有 2個(gè) 尺寸分別為 庭,但其高 一步的分析研 方案壁高層辦公建筑 方案,并將對(duì) 樓層內(nèi)走道每規(guī)第 2.0. m 的固定或 制設(shè)備的作用 m ,建議設(shè)置 外窗第 8.2.4條 產(chǎn)生的煙氣和 設(shè)置在上方 規(guī)定,一類 或凈空高度 個(gè)天井,其面 為 16.7m 和 20高度達(dá)到 93研究。 筑的防火設(shè) 對(duì)調(diào)整后的 每層中間部 圖 2.16條的規(guī)定 或活動(dòng)的擋煙 用,自動(dòng)下 置固定擋煙 條規(guī)定,排煙 和熱氣, 其容 方, 以利于煙 高層建筑和 度超過 12m 的 面積分別為

8、0.5m ,高度 3.6m ,該類 設(shè)計(jì)難點(diǎn), 同 的建筑設(shè)計(jì)方 部位設(shè)置擋煙 2 擋煙垂壁 定,擋煙垂 煙設(shè)施。活 下垂的擋煙垂 煙垂壁,其高 煙窗宜設(shè)置 容重較一般 煙氣和熱氣 和建筑高度 的中庭應(yīng)設(shè)置 為 179.3m 2和 度均為 93.6m 類天井在火災(zāi) 同時(shí)考慮其使 方案的可行 煙垂壁, 將內(nèi) 設(shè)置位置垂壁為用不燃 活動(dòng)擋煙垂壁 垂壁。結(jié)合 高度提高到 置在上方,并 般空氣輕, 所 氣的排出。 規(guī) 超過 32m 的 置機(jī)械排煙 220.3m 2,短 m 。雖然該天 災(zāi)情況下自 使用功能需 行性進(jìn)一步進(jìn) 內(nèi)走道分成 燃材料制成 壁系指火災(zāi) 合該辦公建筑 到 1000mm 。 并應(yīng)有方

9、便 所以都上升到 規(guī)范要求設(shè) 的二類高層建 煙設(shè)施。短邊尺寸均 天井未設(shè)置 自然排煙的可 需求, 提出了 進(jìn)行分析論 成兩個(gè)防煙分成,從頂棚下 災(zāi)時(shí)因感溫、 筑的實(shí)際情便開啟的裝置 到著火層上 設(shè)置在上方的 建筑 均為 置屋 可行了以 論證。分區(qū), 下垂 、感 情況, 置。 上部, 的排煙窗 室外 3.3 0.75為將 之間 用甲 3.4 頁(yè)通散設(shè) 消防 4 計(jì) 4.1 窗要求有方 外,要求內(nèi) 辦公房間 高規(guī) 5h 的不燃燒 將火災(zāi)限制 間及其與疏 甲級(jí)防火門 通風(fēng)百頁(yè) 為提高內(nèi) 通風(fēng)口,百 通過分析 設(shè)施等條件 防安全工程 計(jì)算模擬分 防火設(shè)計(jì) 方便開啟的裝 走道每層沿 間分隔第 3.0.2

10、條 燒體, 疏散走 制在著火房間 疏散走道之間 。頁(yè)天井通風(fēng)的 頁(yè)通風(fēng)口的 析建筑發(fā)生火 件, 對(duì)上述防 程的方法和技 分析計(jì)目標(biāo) 裝置。 為便于 沿天井設(shè)置 條規(guī)定,一級(jí) 走道兩側(cè)的 間內(nèi), 為人員 間采用耐火 的效果, 在二 的有效面積 火災(zāi)后的蔓 防火設(shè)計(jì)方案 技術(shù)進(jìn)行分 于火災(zāi)情況 置的排煙窗設(shè) 圖 3 可開啟的 級(jí)耐火等級(jí) 隔墻應(yīng)為耐 員疏散提供 火極限不低于 二層夾層部 積為 50%。如 圖 4 百頁(yè)窗 蔓延特性, 結(jié)案的可行性 分析和論證。 況下及時(shí)將蔓 設(shè)置可開啟 的排煙窗級(jí)建筑房間隔 耐火極限不 供有力的條件 于 2.00h 的隔 部位均設(shè)置連 如圖 4所示 示意圖結(jié)合建筑的

11、 性和整個(gè)建筑 蔓延到內(nèi)走 裝置,如圖 隔墻應(yīng)為耐 不低于 1.00h 件, 建議辦 隔墻進(jìn)行防 連通天井與 示。 防火分隔、 筑的消防安 走道的煙氣排 圖 3所示。耐火極限不低 h 的不燃燒體 辦公樓層各房 防火分隔, 門 與建筑外側(cè)的消防設(shè)施 安全性能, 利 排到低于 體。 房間 門采 的百 、 疏 利用運(yùn)用消防安全工程學(xué)的思想和方法, 分析該高層辦公建筑的結(jié)構(gòu)、 用途和內(nèi) 部可燃物等具體情況后,結(jié)合防火設(shè)計(jì)方案,提出如下消防安全目標(biāo)。1辦公樓層發(fā)生火災(zāi)后,內(nèi)走道的煙氣能夠得到有效的控制;2建筑內(nèi)的人員都能安全地疏散到安全區(qū)域;3將火災(zāi)控制在設(shè)定的辦公房間內(nèi)。在建筑消防安全分析實(shí)踐中, 通

12、常根據(jù)火災(zāi)危險(xiǎn)性設(shè)定合理的火災(zāi)場(chǎng)景; 然 后用計(jì)算機(jī)模擬程序?qū)υO(shè)定火災(zāi)場(chǎng)景下的火災(zāi)煙氣、 溫度等參數(shù)進(jìn)行計(jì)算, 得到 人員可用疏散時(shí)間 TASET ; 再根據(jù)設(shè)定火災(zāi)場(chǎng)景設(shè)置相應(yīng)的人員安全疏散場(chǎng)景, 并利用人員安全疏散模擬軟件對(duì)設(shè)定疏散場(chǎng)景下的人員疏散情況進(jìn)行計(jì)算, 得到 人員必需疏散時(shí)間 TRSET ;最后證明 TASET >TRSET 是否成立。若 TASET > TRSET , 則可以認(rèn)為:在設(shè)計(jì)的設(shè)定火災(zāi)場(chǎng)景條件下, 使用人員能在火災(zāi)產(chǎn)生的 不利因素影響到生命安全以前全部疏散到安全區(qū)域。 反之, 則應(yīng)判定現(xiàn)消防設(shè)計(jì) 方案不能滿足人員安全疏散的要求,需要進(jìn)行修改。4.2 煙氣

13、蔓延4.2.1 火源位置在設(shè)計(jì)火災(zāi)場(chǎng)景時(shí), 綜合考慮該辦公建筑火災(zāi)可能的規(guī)模、 建筑內(nèi)各功能區(qū) 域的空間特點(diǎn)、 疏散出口分布、 起火樓層以及煙控措施等因素, 在本建筑內(nèi)共設(shè) 置了 4個(gè)火源位置,如圖 5所示,編號(hào)如下:火源位置 A :火源位于二層辦公室內(nèi),為辦公家具及用品發(fā)生火災(zāi),考慮火 災(zāi)位于通往疏散走道的一出口附近, 使該出口無(wú)法使用的情形, 同時(shí)考慮通往疏 散走道的部分疏散門未正常關(guān)閉,煙氣會(huì)蔓延至走道的情形。火源位置 B :火源位于二層疏散內(nèi)走道,考慮火災(zāi)位于走道內(nèi),煙氣蔓延對(duì) 人員安全疏散的影響?；鹪次恢?C :火源位于十層辦公室內(nèi),為辦公家具及用品發(fā)生火災(zāi),考慮火 災(zāi)位于通往疏散走

14、道的一出口附近, 使該出口無(wú)法使用的情形, 同時(shí)考慮通往疏 散走道的部分疏散門未正常關(guān)閉,煙氣會(huì)蔓延至走道的情形?；鹪次恢?D :火源位于十層疏散內(nèi)走道,考慮火災(zāi)位于走道內(nèi),煙氣蔓延對(duì) 人員安全疏散的影響。4.2. 技術(shù) 的依 的硬 以及 熱釋 火災(zāi) 4.2. .2 火災(zāi)增 本建筑辦 術(shù)研究院曾 依據(jù)。 試驗(yàn)中 硬質(zhì)纖維板 及一臺(tái)電腦 釋放速率曲 通過與標(biāo) 災(zāi)增長(zhǎng)系數(shù) .3 設(shè)定火 圖 5增長(zhǎng)系數(shù) 辦公室內(nèi)可能 曾進(jìn)行的一組 中的辦公家 板和金屬框架 腦,還有 98k 線。圖 標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)進(jìn)行 數(shù) =0.04689火災(zāi)場(chǎng)景5 二層(A 能會(huì)有辦公 組辦公家具 家具組合單元 架組成、組 kg 紙張和

15、記 6 單個(gè)辦公 行比較可知 9的 快速 2t 、 B 、十層 公桌、 座椅等 具組合單元 元包括兩面 組合書架、 記事本等紙 公家具組合單 知, 辦公室內(nèi) 速火較相近。 (C 、 D 的 等可燃物。 在 的火災(zāi)試驗(yàn) 面辦公單元 軟墊塑料椅 紙制品。圖 單元火災(zāi)熱釋 內(nèi)發(fā)生火災(zāi)后 。 火源位置在設(shè)計(jì)時(shí), 驗(yàn)作為火災(zāi) 的分隔板 (椅、高密度 6為試驗(yàn)時(shí) 釋放速率后的初期火 選擇美國(guó)標(biāo) 災(zāi)增長(zhǎng)速率分 (由包玻璃纖 度層壓板辦公 時(shí)所測(cè)得的火火災(zāi)發(fā)展規(guī)律標(biāo)準(zhǔn) 分析 纖維 公桌 火災(zāi) 律與該高層辦公建筑內(nèi)設(shè)置了自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)和排煙系統(tǒng), 考慮到系統(tǒng)的可靠 性及天井的通風(fēng)情況,選擇了 15個(gè)具有代表性

16、的設(shè)定火災(zāi)場(chǎng)景進(jìn)行計(jì)算分析, 見表 1。表 1 設(shè)定火災(zāi)場(chǎng)景匯總表編 號(hào)火災(zāi)場(chǎng)景火源位置功能區(qū)火災(zāi)增長(zhǎng)系數(shù)(kw/s2自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)自然排煙窗開啟最大火災(zāi)熱釋放速率(MW 備注 二層 A辦公室0.04689有效 部分開啟 無(wú)百頁(yè)窗 有效 全部開啟 無(wú)百頁(yè)窗 失效 全部開啟 無(wú)百頁(yè)窗 失效 部分開啟 設(shè)置百頁(yè)窗 失效 全部開啟 設(shè)置百頁(yè)窗 失效 全部開啟設(shè)置百頁(yè)窗 樓 層開 窗二層 B辦公室0.04689失效 部分開啟 無(wú)百頁(yè)窗 有效 全部開啟 無(wú)百頁(yè)窗 失效 全部開啟 無(wú)百頁(yè)窗 失效 全部開啟 設(shè)置百頁(yè)窗十層 C辦公室0.04689有效 全部開啟 無(wú)百頁(yè)窗 失效 全部開啟 無(wú)百頁(yè)窗 十層 D

17、辦公室0.04689有效 全部開啟 無(wú)百頁(yè)窗 失效 全部開啟 無(wú)百頁(yè)窗 失效 全部開啟 設(shè)置百頁(yè)窗 4.2.4 煙氣蔓延模擬計(jì)算結(jié)果采用目前消防安全工程界常用的火災(zāi)動(dòng)力學(xué)模擬軟件 FDS (Fire Dynamics Simulator 對(duì)該高層辦公建筑內(nèi)的火災(zāi)及煙氣蔓延情況進(jìn)行模擬計(jì)算, 圖 7為煙 氣在天井內(nèi)的蔓延情況。 圖 7 煙氣在天井內(nèi)的蔓延經(jīng)模擬分析,可得如下結(jié)論:1、發(fā)生火災(zāi)時(shí),若僅打開火源點(diǎn)附近天井的自然排煙窗,雖然煙氣能通過 天井排出室外,但煙氣會(huì)很快充滿環(huán)廊,致使環(huán)廊內(nèi)的人員安全疏散受到影響。2、發(fā)生火災(zāi)時(shí),若開啟著火層的所有自然排煙窗,則離火源點(diǎn)較遠(yuǎn)的天井 會(huì)起到補(bǔ)風(fēng)作用

18、, 流入著火層的新鮮空氣會(huì)阻止煙氣蔓延, 并促使煙氣較快排出, 煙氣蔓延范圍僅限于著火房間附近區(qū)域,不會(huì)對(duì)人員安全疏散造成影響。3、設(shè)置通風(fēng)百葉后,雖然二層的自然補(bǔ)風(fēng)能對(duì)煙氣蔓延起到一定的控制, 如可以控制煙氣向著火樓層以下蔓延, 但火災(zāi)時(shí)仍需打開所有環(huán)廊的自然排煙窗, 才能為人員創(chuàng)造較好疏散環(huán)境。4、發(fā)生火災(zāi)后,若著火層之上有窗戶開啟,則在煙氣會(huì)通過窗戶蔓延至該 層走道,但該層會(huì)有較長(zhǎng)的人員可用疏散時(shí)間。 4.3 安全疏散 4.3.1 疏散場(chǎng)景疏散場(chǎng)景的設(shè)計(jì)總體原則為找出火災(zāi)發(fā)生后, 最不利于人員安全疏散的情況。 通常考慮火災(zāi)發(fā)生在某一疏散出口附近, 使該出口堵塞不能用于人員疏散。 結(jié)合 前

19、面設(shè)定的火災(zāi)場(chǎng)景,相對(duì)應(yīng)的考慮了如下 2個(gè)設(shè)定疏散場(chǎng)景,見表 2。表 2 設(shè)定疏散場(chǎng)景匯總表疏散場(chǎng)景火災(zāi)位置疏散對(duì)象疏散人數(shù) 疏散通道情況3層辦公人員714 無(wú)疏散出口堵塞,各區(qū)人員正常疏散3層辦公人員714臨近著火客房一側(cè)的疏散樓梯 不能用于人員疏散4.3. 的各 散時(shí) 各區(qū) .1 疏散計(jì) 選用疏散 各個(gè)疏散場(chǎng) 辦公標(biāo)準(zhǔn) 下面將本 時(shí)間 TRSET 區(qū)域內(nèi)人員 火災(zāi) 場(chǎng)景 A1 A2 A3 A4 A5 A6 B1 B2 B3 B4 C1 C2 D1 D2計(jì)算模擬分析 散軟件 PathF 場(chǎng)景的 PathF 層人員疏散模 本項(xiàng)目各區(qū)域 T , 與各火災(zāi) 疏散的安全 對(duì)應(yīng) 疏散場(chǎng)景1 2 1 2析Finder 進(jìn)行 Finder 模型 模型 圖 8 辦 域通過計(jì)算 災(zāi)場(chǎng)景下的 全性,如表 表 3 可用疏 T ASET 32>12>1228>12>1235>12>12>12>12>12>12>12疏散模擬分 ,見圖 8。 辦公標(biāo)準(zhǔn)層人 算機(jī)人員疏 的環(huán)境可用疏 表 3所示。人員疏散安 散時(shí)間 (