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多，縱向交通容量有限，而且外部開放空間面積少，當突發火災災害時，避難和消防難度較大，造成大量的人員傷亡和財產損失。對此，本文將從建筑結構在發生火災時抗變形能力、影響火災發生的因素、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計的措施。

 

    （一）起火因素多：高層建筑本身建筑面積大，功能復雜，使用單位多，人員集中，內部裝修易燃材料多等這些都成為火災的隱患。（二）火災發生時火勢蔓延快：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，當發生火災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，室內可燃物一般比較多，一旦發生火災，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，發生火災時電梯在火災時因不防火或停電一般都而無法正常使用，多數高層建筑安全疏散主要是靠步行樓梯，而樓梯間內一旦竄入煙氣，就會嚴重影響疏散；最后，發生火災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。

 

    （一）現在許多高層建筑從設計到施工再到裝修居住，持續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；消防方面設計不足；消防設施設置不完善；人員的自救意識差。

 

    （二）火災對鋼結構的影響

    當火災發生時，鋼結構隨著溫度的升高，鋼材的屈服強度、抗壓強度、彈性模量等力學性能都迅速下降，并在很短的時間內就會達到極限狀態甚至發生結構破壞。無防護措施的鋼結構耐火極限僅有15分鐘左右，當溫度大于200℃時，鋼材出現藍脆和徐變現象；在300-400℃時，鋼材強度開始迅速下降，當溫度達到400℃時，鋼材的屈服強度將降至室溫下強度的一半；當溫度達到600℃時，鋼材基本喪失全部強度和剛度。火災現場的溫度一般都會達到800-1000℃，這時候鋼結構構件強度將快速下降，并出現塑性變形，發生局部破壞，最終鋼結構建筑物會整體倒塌。

 

    （三）火災對鋼筋混凝土結構的影響

    火災對鋼筋混凝土結構的影響大致可以分為以下兩種：第一種是單個構件受到火的直接灼燒，產生損傷，例如構件表面混凝土爆裂脫落和燒傷層產生細微裂逢；第二種是梁柱組成的整體結構由于升溫不同，產生很大的結構溫度應力從而引起構件的破壞。鋼筋混凝土構件中的普通鋼筋當溫度小于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。當溫度上升到450℃時，鋼筋強度下降的速度明顯加快。

 

    設計中盡量保證主體結構有足夠的耐火穩定性，主要有以下幾個方面：首先減輕結構在火災中的破壞，避免結構在火災中局部或整體倒塌造成人員傷亡；其次減少火災后結構的修復費用，縮短災后建筑的修復周期，減少經濟損失；最后為在設計中節約材料、提高結構的安全性提供科學依據。目前多數高層建筑以鋼結構和鋼筋混凝土結構為主，下面將分別從這兩個方面探討一下提高結構的耐火穩定性的設計措施。

 

    （一） 針對鋼結構的設計措施

    現在我國的鋼結構防火主要采用防火涂料、發泡防火漆和外包防火層等方法。對于外露的鋼結構構件多用防火涂料法，防火涂料法就是在鋼結構上噴涂防火涂料以提高其耐火極限。發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構表面添加外包層，可以現澆成型或者采用噴涂法。現澆成型的實體混凝土外包層常采用鋼絲網或鋼筋，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場對鋼結構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計措施

    火災中高溫作用后，混凝土構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力、混凝土和鋼筋接觸面的機械咬合力，所以鋼筋混凝土構件的防火設計首先考慮混凝土強度，方法如下：首先，通過活性細粉如硅灰、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定的骨料；再次，適當增加保護層厚度，延長構件的耐火極限，緩解因鋼筋膨脹系數大于混凝土而引起的構件破壞。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）要合理設計防火間距和分區

    在高層建筑防火設計中，防火分區和防火間距是必須考慮的問題，合理的防火分區可有效地把火勢控制在一定范圍內，阻止火勢蔓延，減少火災損失，并為火災發生時的人員逃生、消防撲救提供時間。防火分區分垂直分區和水平分區，水平防火分區采用防火墻、防火卷簾和混凝土樓板來實現。垂直防火分區應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，設置相應耐火分隔措施。

 

    （五）設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，所以安全疏散設計就成為建筑防火設計中最根本、最關鍵的技術，安全疏散設計的目標就是要保證建筑內人員疏散完畢的時間必須小于火災發展到危險狀態的時間。安全疏散設計的重點是安全出口、疏散出口、安全疏散通道的數量、寬度、位置和疏散距離，每個防火分區必須設置兩個安全出口；疏散路線必須滿足室內最遠點到房門，房門到最近樓梯間的行走距離限值；疏散出口應分散設置，選用合適的疏散樓梯形式，地上與地下不共用樓梯間，疏散方向應盡量為雙向疏散；疏散寬度足夠。設計中設置防煙樓梯間和封閉樓梯間，應急照明和疏散指示標志等為人員疏散提供條件。

 

    （六）設置合理的防排煙系統

    高層建筑火災中煙氣是隱形殺手，所以在建筑內設置防排煙系統非常重要。各種豎向管井成為高層建筑火災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，高層建筑應在這些地方設置機械加壓送風系統，與此同時，高層建筑封閉避難層內也應設置機械加壓送風設施，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。

 

    隨著高層建筑的普及應用，高層建筑的火災問題也越來越被重視，本文根據高層建筑的火災特點，綜合考慮高層防火中的問題，認為高層建筑防火設計應該從以下方面入手：

    （1）、針對不同的結構應該采取不同的相應防火措施，盡量提高火災時結構的抗變形能力，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計中都是必不可少的影響因素。

    （3）、在人員安全疏散方面，應該合理設計疏散通道、避難層和防排煙系統，在火災時為人員疏散提供保障。

    通過上述設計理念和具體措施，提高高層建筑的防火能力，能遏制重特大火災事故的發生，避免和減輕高層建筑火災對人民生命財產造成的危害。

 

1、 王麗艷.鋼筋混凝土構件的保護層及防火措施[J].科技促進發展，2008（7）：107. 

2、陳猛.淺談高層建筑的防火設計[J].科技資訊，2009（9）：68.  

3、黃海濤.高層建筑防火設計措施綜述[J].今日科苑，20

4、GB 50045-95,高層民用建筑設計防火規范, 北京:中國建筑工業出版社，2001. 寶雞市清姜路72號

 

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)