淺談現(xiàn)代建筑防火設(shè)計(jì)
許春雷
摘  要：建筑防火設(shè)計(jì)是建筑整體設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，本文首先介紹了火災(zāi)對建筑結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)理，并依據(jù)我國現(xiàn)行防火規(guī)范，從防火區(qū)域的劃分、建筑結(jié)構(gòu)材料的選取、消火栓的設(shè)置以及給水形式等方面對建筑防火進(jìn)行了論述。
關(guān)鍵詞：建筑防火；破壞機(jī)理；防火分區(qū)；消火栓

1.引言
現(xiàn)代建筑逐步向高層、超高層方向發(fā)展，而高層建筑火災(zāi)具有火勢蔓延快、人員疏散難度大、火情撲救困難、火險(xiǎn)隱患多等特點(diǎn)，特別是近幾年關(guān)于火災(zāi)的報(bào)道頻出，因此，現(xiàn)代建筑防火應(yīng)當(dāng)從建筑設(shè)計(jì)階段就受到高度重視。
2.火災(zāi)的破壞機(jī)理
2.1火災(zāi)對建筑物的破壞機(jī)理
在現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)中，傳統(tǒng)的木門、木窗、木檁等可燃易燃結(jié)構(gòu)正逐步被鋁合金結(jié)構(gòu)或塑鋼結(jié)構(gòu)取代。然而，建筑結(jié)構(gòu)的防火仍然不容忽視。維系建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的關(guān)鍵部位是起承重作用的梁板柱以及承重墻體等結(jié)構(gòu)。承重結(jié)構(gòu)的核心是鋼筋混凝土（或鋼結(jié)構(gòu)），采用這些材料作為承重結(jié)構(gòu)，特別是鋼結(jié)構(gòu)，在高層建筑和大垮度等結(jié)構(gòu)中越來越表現(xiàn)出無可比擬的優(yōu)越性，比如對于一些大跨度建筑、高層建筑它更顯示出獨(dú)特的優(yōu)勢，所以使用率呈上升趨勢。這些材料可以大大減小構(gòu)件體積，降低建筑物本身的重量，提高構(gòu)件的承載力，但是這些材料在火災(zāi)中表現(xiàn)的非常脆弱，一旦經(jīng)受高溫，材料的承載力會迅速降低。
經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究和實(shí)際火災(zāi)統(tǒng)計(jì)表明，當(dāng)環(huán)境溫度超過700℃時(shí)，混凝土結(jié)構(gòu)便會產(chǎn)生脫水現(xiàn)象，而且混凝土?xí)�出現(xiàn)龜裂、松動甚至脫落現(xiàn)象，失去抗壓強(qiáng)度和對內(nèi)部鋼筋的保護(hù)能力。而鋼材的耐火性能更低，通常建筑工程所采用鋼材的臨界溫度只有540℃，當(dāng)火場溫度達(dá)到該溫度及其以上時(shí)，鋼材的工程性能會降低40%左右。梁板柱等承重構(gòu)件的迎火面內(nèi)部鋼筋一旦失去保護(hù)層的保護(hù)，受到大火的侵蝕，抗彎、抗拉強(qiáng)度會迅速降低，撓度驟然增加，從而導(dǎo)致建筑物的失穩(wěn)或傾覆。
2.2火災(zāi)對建筑物內(nèi)人員的傷害機(jī)理
    建筑物火災(zāi)對建筑物內(nèi)人員的傷害主要是煙熏，導(dǎo)致室內(nèi)人員窒息。現(xiàn)代建筑不斷向高層、超高層趨勢發(fā)展，而高層建筑一旦發(fā)生火災(zāi)，就會產(chǎn)生“煙囪”效應(yīng)，在樓梯間、電梯井等部位的作用下，使受熱空氣、煙霧等延這些結(jié)構(gòu)迅速上升，并在很短的時(shí)間內(nèi)使煙塵充滿整個(gè)建筑物，致使房間內(nèi)缺氧，人員窒息而亡。
3.確保建筑物主體結(jié)構(gòu)材料的的耐火穩(wěn)定性
根據(jù)建筑工程中常用結(jié)構(gòu)類型，我國將耐火能力劃分為四個(gè)耐火等級，按照規(guī)范規(guī)定，高層建筑物的耐火等級必須為一或二級。建筑的耐火能力主要由建筑結(jié)構(gòu)的耐火極限和燃燒性能決定，不同的耐火等級，耐火極限的耐火性能均有不同的規(guī)定。建筑結(jié)構(gòu)的耐火極限主要是指結(jié)構(gòu)從受到火災(zāi)的燒蝕作用開始，到結(jié)構(gòu)的整體性被破壞或失去支承能力為止的這段時(shí)間(以小時(shí)為計(jì)時(shí)單位)。根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件所選取的材料燃燒性能的差異，將建筑材料分為燃燒體(代表材料為木材)、難燃燒體(代表材料如瀝青混凝土、刨花板等)和非燃燒體(比如磚、石、建筑金屬等)。  　　在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)，建筑物的組成材料應(yīng)根據(jù)其耐火等級來選定，并選取與之相適宜的構(gòu)造方式。如耐火等級為一級的建筑物的承重墻、承重柱建筑材料的耐火極限不得低于3小時(shí)，比如用磚砌體或混凝土作成180毫米厚的墻或300×300毫米的柱，梁的耐火極限不得低于2小時(shí)，其鋼筋保護(hù)層厚度不小于30毫米。
當(dāng)屋頂采用金屬承重結(jié)構(gòu)時(shí)，其吊頂、望板、保溫材料等均應(yīng)采用不燃燒材料，屋頂金屬承重構(gòu)件應(yīng)采用外包敷不燃燒材料或噴涂防火涂料等措施。高層建筑的中庭的承重構(gòu)件也應(yīng)采用外包敷不燃燒材料或噴涂防火涂料，而且其耐火極限不應(yīng)小于1小時(shí)。電纜、可燃性氣體、易燃性液體的管道不應(yīng)敷設(shè)在變形縫內(nèi)。
    建筑防火設(shè)計(jì)時(shí)，確保主題結(jié)構(gòu)的耐火性對于提高主體結(jié)構(gòu)的耐火穩(wěn)定性，為人員疏散提供盡可能充足的時(shí)間，并挺高建筑物的災(zāi)后可修復(fù)性具有重要意義。
4.合理劃分防火分區(qū)
4.1防火分區(qū)的作用
防火分區(qū)是建筑中為阻止煙火蔓延而采用防火墻等把建筑劃分的空間區(qū)域。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，要想有效地阻止煙氣擴(kuò)散、遏制火勢蔓延、為人員疏散和消防滅火贏足夠的時(shí)間并減少火災(zāi)損失，正確地劃分防火分區(qū)具有重要意義。一旦防火分區(qū)設(shè)計(jì)不合理、防火分隔措施不嚴(yán)密，將會造成火災(zāi)蔓延、火勢擴(kuò)大。綜合多方面因素，全面考慮，做到真正合理有效的劃分防火分區(qū)。
我國防火規(guī)范規(guī)定，一、二級耐火等級建筑長度超過150米要設(shè)防火墻，分區(qū)的最大允許面積為2500平方米；三、四級耐火等級建筑的上述指標(biāo)分別為100米、1200平方米和60米、600平方米。一、二級防火等級的高層建筑防火分區(qū)面積限制在1000平方米或1500平方米內(nèi)，地下室則控制在500平方米內(nèi)。防火墻應(yīng)為耐火極限4小時(shí)的非燃燒體，上面如有洞口應(yīng)裝設(shè)甲級防火門窗，各種管道均不宜穿過防火墻。
4.2防火分區(qū)劃分的常見問題
  規(guī)范規(guī)定：防火墻不宜設(shè)置在U、L形等高層建筑的內(nèi)轉(zhuǎn)角處，當(dāng)不得以設(shè)在轉(zhuǎn)角處時(shí)，內(nèi)轉(zhuǎn)角兩側(cè)墻上的門、窗、洞口之間最近邊緣的水平距離不應(yīng)小于4米。防火墻上不應(yīng)開設(shè)門、窗、洞口，當(dāng)必須留設(shè)時(shí)，應(yīng)設(shè)置能自行關(guān)閉的甲級防火門窗。且只有在設(shè)置防火墻有困難時(shí)，才可以小范圍的采用防火卷簾和水幕分隔。
  但是商業(yè)營業(yè)性公共建筑進(jìn)行防火分區(qū)設(shè)計(jì)時(shí)，大多為了追求通透的大空間，盲目采用防火卷簾對防火分區(qū)進(jìn)行隔斷，用單一的防火卷簾代替防火墻，從而造成“隔而不斷” 的現(xiàn)象。防火卷簾的功能并不等同與防火墻，因?yàn)楫?dāng)火災(zāi)發(fā)生后，只有卷簾落定后才能起到防火隔斷的作用，而防火卷簾的啟動降落要滯后于火情，而且大篇幅的防火卷簾的故障率較高，火災(zāi)時(shí)一旦發(fā)生故障，就非常容易出現(xiàn)意外后果。 
4.3合理確定防火分區(qū)最大面積
    防火分區(qū)最大面積的確定，關(guān)系到建筑設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)效益和防火的安全。按照我國現(xiàn)行的建筑防火技術(shù)規(guī)范，依據(jù)建筑工程的設(shè)計(jì)意圖，確定防火分區(qū)的允許最大面積。
    建筑物的使用功能決定建筑物的結(jié)構(gòu)形式，我們應(yīng)根據(jù)建筑物的不同使用功能，防火分區(qū)的劃分要嚴(yán)格執(zhí)行建筑防火規(guī)范。我國《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GBJ16—87第三、四章中，對于新建、改建和擴(kuò)建的建筑工程的防火分區(qū)劃分也設(shè)計(jì)做了明確的規(guī)定，對于廠房、倉庫、存儲用房屋等工業(yè)建筑應(yīng)按根據(jù)其火災(zāi)危險(xiǎn)性分類，建筑耐火等級和高度等確定防火分區(qū)的占地面積和防火墻間面積；九層及九層以下的住宅、建筑高度不超過24m的其它民用建筑以及建筑高度超過24m的單層公共建筑，應(yīng)按《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第五章的規(guī)定確定防火分區(qū)的允許最大面積；高層民用建筑及相連的附屬建筑應(yīng)按《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50045—95確定防火分區(qū)的允許最大面積；供平時(shí)作為商店、餐廳、公共娛樂場所、丙、丁、戊類生產(chǎn)車間和物品庫房等使用的人防工程，應(yīng)按《人民防空工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GBJ98—87進(jìn)行防火分區(qū)的劃分；汽車庫以及設(shè)在其它建筑內(nèi)的停車庫，應(yīng)按《汽車庫設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GBJ67—84進(jìn)行防火分區(qū)的劃分。
    在劃分防火分區(qū)時(shí)，不同性質(zhì)的建筑物，分區(qū)的計(jì)算面積確定原則也不同，計(jì)算人防工程的防火分區(qū)時(shí)，應(yīng)按使用面積計(jì)算，對于其它建筑，劃分時(shí)應(yīng)按建筑面積計(jì)算。如果防火分區(qū)設(shè)有自動滅火系統(tǒng)，其分區(qū)面積可以適當(dāng)增大（最大允許面積可按規(guī)定增加一倍）。當(dāng)局部增設(shè)時(shí)，增加面積應(yīng)按該局部面積的一倍計(jì)算，而不能機(jī)械地全部面積增加一倍。 
4.4地下部分的防火分區(qū)劃分
    對于有地下室的建筑，劃分地下部分的防火分區(qū)時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照消防技術(shù)規(guī)范對分區(qū)面積加以限制。根據(jù)地下結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)合理確定防火分區(qū)允許最大面積，按不同的性質(zhì)劃分防火分區(qū)。
5.消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
5.1合理選用消防給水系統(tǒng)的形式
對高層建筑消火栓給水系統(tǒng)形式的選擇，首先我們應(yīng)保證系統(tǒng)的安全可靠性，其次我們應(yīng)盡量選用經(jīng)濟(jì)合理的供水形式。 按給水系統(tǒng)的服務(wù)范圍分，可分為獨(dú)立的消防給水系統(tǒng)和區(qū)域集中的消防給水系統(tǒng)，其中集中給水系統(tǒng)應(yīng)用的較為廣泛。按給水高度劃分分，可分為分區(qū)給水和不分區(qū)給水，當(dāng)消火栓栓口的靜水壓力小于0.8MPa時(shí)，采用不分區(qū)給水形式，當(dāng)消火栓栓口的靜水壓力大于0.8MPa時(shí)，則宜采用分區(qū)給水形式。分區(qū)供水方式又包括：并聯(lián)分區(qū)供水方式；串聯(lián)分區(qū)供水方式；減壓閥分區(qū)供水方式。
室內(nèi)消防給水系統(tǒng)應(yīng)與生活、生產(chǎn)用水系統(tǒng)分開獨(dú)立設(shè)置，室內(nèi)消防給水管道要布設(shè)成環(huán)狀。室內(nèi)環(huán)狀消防給水網(wǎng)的進(jìn)水管和城區(qū)高壓或臨時(shí)高壓給水系統(tǒng)的引水管不應(yīng)少于兩根，以保證一旦其中一根發(fā)生堵塞時(shí)，其余管道能夠?yàn)橄�防提供足夠的水量�?br /> 5.2正確布設(shè)消防栓的數(shù)量
《高層建筑防火規(guī)范》規(guī)定：室外消火栓的數(shù)量應(yīng)根據(jù)室外消防用水量計(jì)算確定，且每個(gè)消火栓的用水量應(yīng)不小于10－15l/s，水泵接合器應(yīng)設(shè)在室外便于消防車使用的地點(diǎn)，距室外消火栓或消防水池的距離宜為15－40米。所以，室外水泵接合器也應(yīng)設(shè)置在15－40米范圍內(nèi)。且避免把各幢的消防栓分開，按各幢的體積計(jì)算室外消防用水量，未按整個(gè)住宅建筑群總體積計(jì)算的，設(shè)計(jì)人員要根據(jù)廠房的體積選擇室外消火栓用水量設(shè)計(jì)參數(shù)，另外，在工程設(shè)計(jì)中，確定水泵接合器的布置位置時(shí)，要盡可能的使其相對集中，以利于與經(jīng)計(jì)算的室外消火栓數(shù)量對應(yīng)，否則，設(shè)計(jì)中有較多的室內(nèi)消防系統(tǒng)需要較多水尖接合器，且分散布置時(shí)，則需要適當(dāng)增設(shè)室外消火栓的數(shù)量。
6.結(jié)語
由于現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)中大量使用的保溫材料、裝修材料等多數(shù)為易燃材料，而且新建建筑結(jié)構(gòu)不斷向高層、超高層方向發(fā)展，一旦發(fā)生火情消防車等外界救援設(shè)備很難達(dá)到要求，這就要求在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之初做好防火設(shè)計(jì)。從消火栓的布置、防火分區(qū)的劃分等方面做好防范工作。
參考文獻(xiàn)
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