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閱讀 4795 次 高層建筑防火設(shè)計措施探析

摘要:本文針對高層建筑物起火因素多、火勢蔓延快、疏散困難等特點,闡述了防火設(shè)計中遇到的一些問題,分析火災(zāi)對高層建筑結(jié)構(gòu)的影響,進而對高層建筑的防火設(shè)計措施的相關(guān)問題進行了探討。...
 
高層建筑防火設(shè)計措施探析
 
戶芳玲
陜西烽火通信集團有限公司
 
    目前在大中型城市,由于人口增長迅速,土地資源有限,高層建筑建設(shè)速度快,并逐漸成為城市建筑的主流。由于高層建筑的建筑容納人數(shù)多,縱向交通容量有限,而且外部開放空間面積少,當(dāng)突發(fā)火災(zāi)災(zāi)害時,避難和消防難度較大,造成大量的人員傷亡和財產(chǎn)損失。對此,本文將從建筑結(jié)構(gòu)在發(fā)生火災(zāi)時抗變形能力、影響火災(zāi)發(fā)生的因素、阻止火勢蔓延和人員安全疏散等方面入手,提出一些高層防火設(shè)計的措施。
 
1、高層建筑火災(zāi)特點
    (一)起火因素多:高層建筑本身建筑面積大,功能復(fù)雜,使用單位多,人員集中,內(nèi)部裝修易燃材料多等這些都成為火災(zāi)的隱患。(二)火災(zāi)發(fā)生時火勢蔓延快:高層建筑的樓梯間、排氣道、電梯井、管道井等豎向井道偏多,如防火分隔處理不好,當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時都將成為火勢迅速蔓延的途徑。特別是賓館、綜合辦公樓及圖書樓、檔案樓、科研樓等建筑物,室內(nèi)可燃物一般比較多,一旦發(fā)生火災(zāi),火勢容易快速蔓延。(三) 人員疏散困難:首先,由于樓層多,垂直距離大,疏散到地面的時間長;其次,發(fā)生火災(zāi)時電梯在火災(zāi)時因不防火或停電一般都而無法正常使用,多數(shù)高層建筑安全疏散主要是靠步行樓梯,而樓梯間內(nèi)一旦竄入煙氣,就會嚴(yán)重影響疏散;最后,發(fā)生火災(zāi)后人員在黑暗中的恐慌心理和逃生欲望等因素的影響,大量的人員在有限的樓梯間空間里擁堵,造成疏散困難。
 
2、高層建筑防火設(shè)計中的問題及火災(zāi)對高層結(jié)構(gòu)的影響
    (一)現(xiàn)在許多高層建筑從設(shè)計到施工再到裝修居住,持續(xù)存在著許多潛在的隱患,如果不予以重視的話,會對高層防火帶來不利,這些隱患主要表現(xiàn)為以下幾點:玻璃幕墻做外裝修容易破碎掉落裝修過分豪華帶來安全隱患建筑防火審核存在困難;消防方面設(shè)計不足消防設(shè)施設(shè)置不完善人員的自救意識差
 
    (二)火災(zāi)對鋼結(jié)構(gòu)的影響
    當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時,鋼結(jié)構(gòu)隨著溫度的升高,鋼材的屈服強度、抗壓強度、彈性模量等力學(xué)性能都迅速下降,并在很短的時間內(nèi)就會達到極限狀態(tài)甚至發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞。無防護措施的鋼結(jié)構(gòu)耐火極限僅有15分鐘左右,當(dāng)溫度大于200℃時,鋼材出現(xiàn)藍脆和徐變現(xiàn)象;在300-400℃時,鋼材強度開始迅速下降,當(dāng)溫度達到400℃時,鋼材的屈服強度將降至室溫下強度的一半;當(dāng)溫度達到600℃時,鋼材基本喪失全部強度和剛度。火災(zāi)現(xiàn)場的溫度一般都會達到800-1000℃,這時候鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件強度將快速下降,并出現(xiàn)塑性變形,發(fā)生局部破壞,最終鋼結(jié)構(gòu)建筑物會整體倒塌。
 
    (三)火災(zāi)對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的影響
    火災(zāi)對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的影響大致可以分為以下兩種:第一種是單個構(gòu)件受到火的直接灼燒,產(chǎn)生損傷,例如構(gòu)件表面混凝土爆裂脫落和燒傷層產(chǎn)生細(xì)微裂逢;第二種是梁柱組成的整體結(jié)構(gòu)由于升溫不同,產(chǎn)生很大的結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力從而引起構(gòu)件的破壞。鋼筋混凝土構(gòu)件中的普通鋼筋當(dāng)溫度小于200℃時,隨著溫度的升高,鋼筋的屈服強度與極限強度下降時的速度比較慢。當(dāng)溫度在200-450℃時,鋼筋的強度隨著溫度的升高而下降的速度逐漸加快。當(dāng)溫度上升到450℃時,鋼筋強度下降的速度明顯加快。
 
3、高層建筑防火可采用的設(shè)計措施
    設(shè)計中盡量保證主體結(jié)構(gòu)有足夠的耐火穩(wěn)定性,主要有以下幾個方面:首先減輕結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中的破壞,避免結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中局部或整體倒塌造成人員傷亡;其次減少火災(zāi)后結(jié)構(gòu)的修復(fù)費用,縮短災(zāi)后建筑的修復(fù)周期,減少經(jīng)濟損失;最后為在設(shè)計中節(jié)約材料、提高結(jié)構(gòu)的安全性提供科學(xué)依據(jù)。目前多數(shù)高層建筑以鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為主,下面將分別從這兩個方面探討一下提高結(jié)構(gòu)的耐火穩(wěn)定性的設(shè)計措施。
 
    (一) 針對鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計措施
    現(xiàn)在我國的鋼結(jié)構(gòu)防火主要采用防火涂料、發(fā)泡防火漆和外包防火層等方法。對于外露的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件多用防火涂料法,防火涂料法就是在鋼結(jié)構(gòu)上噴涂防火涂料以提高其耐火極限。發(fā)泡防火漆法中與防火涂料法不同的是防火漆是由成膜劑、阻燃劑、發(fā)泡劑等多種材料制造而成的一種阻燃涂料。防火漆與一般油漆相比,在物理性能方面基本一樣,不同的是它干燥以后,漆膜本身不易燃燒,遇火時,能推遲火焰延燒到涂漆的可燃物上,具有一定的防火性能。外包防火層法是在鋼結(jié)構(gòu)表面添加外包層,可以現(xiàn)澆成型或者采用噴涂法。現(xiàn)澆成型的實體混凝土外包層常采用鋼絲網(wǎng)或鋼筋,以限制收縮或裂縫,用以保證外殼的強度。噴涂法可以在施工現(xiàn)場對鋼結(jié)構(gòu)表面涂抹砂泵以形成保護層,砂泵可以是石灰水泥或是石膏砂漿,也可以摻入珍珠巖或石棉等材料進行操作。
 
    (二)針對鋼筋混凝土的設(shè)計措施
    火災(zāi)中高溫作用后,混凝土構(gòu)件的強度決定于鋼筋與混凝土之間的摩擦力、鋼筋表面與水泥之間的膠結(jié)力、混凝土和鋼筋接觸面的機械咬合力,所以鋼筋混凝土構(gòu)件的防火設(shè)計首先考慮混凝土強度,方法如下:首先,通過活性細(xì)粉如硅灰、耐熱粉煤灰和減水劑、泵送劑的使用,在保證強度等級的情況下盡可能減少單位水泥用量;其次,盡可能選用高溫下體積較穩(wěn)定的骨料;再次,適當(dāng)增加保護層厚度,延長構(gòu)件的耐火極限,緩解因鋼筋膨脹系數(shù)大于混凝土而引起的構(gòu)件破壞。最后,可以在鋼筋混凝土樓板下面噴涂防火涂料進行阻燃處理。
 
    (三)要合理設(shè)計防火間距和分區(qū)
    在高層建筑防火設(shè)計中,防火分區(qū)和防火間距是必須考慮的問題,合理的防火分區(qū)可有效地把火勢控制在一定范圍內(nèi),阻止火勢蔓延,減少火災(zāi)損失,并為火災(zāi)發(fā)生時的人員逃生、消防撲救提供時間。防火分區(qū)分垂直分區(qū)和水平分區(qū),水平防火分區(qū)采用防火墻、防火卷簾和混凝土樓板來實現(xiàn)。垂直防火分區(qū)應(yīng)采用較高耐火極限的樓板或窗檻墻,對貫穿部分,比如樓梯、電梯等,設(shè)置相應(yīng)耐火分隔措施。
 
    (五)設(shè)必要的安全的疏散通道和避難層
    消防安全的重中之重是人身安全,所以安全疏散設(shè)計就成為建筑防火設(shè)計中最根本、最關(guān)鍵的技術(shù),安全疏散設(shè)計的目標(biāo)就是要保證建筑內(nèi)人員疏散完畢的時間必須小于火災(zāi)發(fā)展到危險狀態(tài)的時間。安全疏散設(shè)計的重點是安全出口、疏散出口、安全疏散通道的數(shù)量、寬度、位置和疏散距離,每個防火分區(qū)必須設(shè)置兩個安全出口;疏散路線必須滿足室內(nèi)最遠(yuǎn)點到房門,房門到最近樓梯間的行走距離限值;疏散出口應(yīng)分散設(shè)置,選用合適的疏散樓梯形式,地上與地下不共用樓梯間,疏散方向應(yīng)盡量為雙向疏散;疏散寬度足夠。設(shè)計中設(shè)置防煙樓梯間和封閉樓梯間,應(yīng)急照明和疏散指示標(biāo)志等為人員疏散提供條件。
 
    (六)設(shè)置合理的防排煙系統(tǒng)
    高層建筑火災(zāi)中煙氣是隱形殺手,所以在建筑內(nèi)設(shè)置防排煙系統(tǒng)非常重要。各種豎向管井成為高層建筑火災(zāi)垂直方向蔓延的途徑。而樓梯間及其前室或合用前室是火災(zāi)時人員臨時避難場所,消防電梯間及其前室是消防隊員進入高層建筑滅火的主要通道,為了阻止煙氣進入這些部位或排出這些部位的煙氣,保證人員的撲救安全,高層建筑應(yīng)在這些地方設(shè)置機械加壓送風(fēng)系統(tǒng),與此同時,高層建筑封閉避難層內(nèi)也應(yīng)設(shè)置機械加壓送風(fēng)設(shè)施,能為躲避在避難層里的人們提供新鮮空氣,并保證空氣的正壓力防止煙氣進入。
 
四、結(jié)論
    隨著高層建筑的普及應(yīng)用,高層建筑的火災(zāi)問題也越來越被重視,本文根據(jù)高層建筑的火災(zāi)特點,綜合考慮高層防火中的問題,認(rèn)為高層建筑防火設(shè)計應(yīng)該從以下方面入手:
    (1)、針對不同的結(jié)構(gòu)應(yīng)該采取不同的相應(yīng)防火措施,盡量提高火災(zāi)時結(jié)構(gòu)的抗變形能力,為人員疏散提供足夠的時間。
    (2)、建筑所用材料、防火間距、人員自救能力這三個方面在防火設(shè)計中都是必不可少的影響因素。
    (3)、在人員安全疏散方面,應(yīng)該合理設(shè)計疏散通道、避難層和防排煙系統(tǒng),在火災(zāi)時為人員疏散提供保障。
    通過上述設(shè)計理念和具體措施,提高高層建筑的防火能力,能遏制重特大火災(zāi)事故的發(fā)生,避免和減輕高層建筑火災(zāi)對人民生命財產(chǎn)造成的危害。
 
參考文獻
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(本文來源:陜西省土木建筑學(xué)會  文徑網(wǎng)絡(luò):文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)
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