某高层办公建筑内天井排烟研究_图文

1、某高层办公建筑内天井排烟研究王宗存 智会强 谢天光摘要:在某高层办公建筑防火设计中, 结合其设有双内天井的实际情况, 提出了 办公房间之间及其与疏散走道的防火分隔、 疏散走道排烟窗设置等防火设计方案。 同时结合数值计算模拟, 分析了烟气在内天井的蔓延情况, 通过人员安全疏散模 拟计算, 验证了该双内天井的平面布置可在较长时间内给建筑内的人员提供安全 的疏散环境,满足火灾初期人员安全疏散需要。关键词:内天井;排烟;安全疏散1 引言一般认为天井为四面有房屋或三面有房屋另一面有围墙或两面有房屋另两 面有围墙时中间的空地。在我国有些地方天井作为建筑的组成部份 , 一般为单进 或多进房屋中前后为正间 ,

2、 两边为厢房包围 , 宽与正间同 , 进深与厢房等长的空地, 因面积较小, 光线为高屋围堵显得较暗, 状如深井, 而称为天井, 以区别于院子。 根据现行国家标准民用建筑设计术语标准 GB 50504第 2.5.33条 “ 天井 ” 为, 被建筑围合的露天空间,主要用以解决建筑物的采光和通风。 “ 庭院 ” 为,附属于 建筑物的室外围合场地, 可供人们进行室外活动。 天井作为庭院的一种特殊形式, 受限于其平面布置, 具有独特的空间特征, 表现为其高度远大于其他两个方向尺 寸。 此外, 天井与中庭这一建筑中贯通多层的室内大厅所不同的是, 天井顶部与 大气环境直接相通, 具有室外空间的属性。 本文结

3、合某设置双内天井的办公建筑, 研究该种布局的内天井排烟的可行性。2 建筑概况2.1 平面布置某办公建筑共 18层,建筑高度为 99.5m ,采用钢筋混凝土框剪结构,占地 面积 2394.3m 2,总建筑面积 36263.5m 2。该建筑地上一层为商店,二层 十八层 为办公,按现行国家标准高层民用建筑设计防火规范 GB 50045-1995(2005年版 (以下简称高规 进行防火设计。该办公建筑长 67.2m ,宽 36m ,设有 2个内天井,其平面布置如图 1所示。2.2 2.2. 的下 位, 度超 定窗 一个 按照 60m 部风 道面 内走防火设计 .1 疏散走 高规第 下列部位应 1 长度

4、超 2 面积超 3 高层建 第 8.4.1条 应设置机 1 无直接 超过 60m 的 2 面积超窗的房间。 3 不具备 4 除利用 个房间面积 由图 1可 照上述规范 m 应设置机 风向等自然 面积的 15.4 走道采用可 计难点走道排烟第 8.1.3条规 应设排烟设施 超过 20m 的 超过 100m 2, 建筑的中庭 条规定, 一类 机械排烟设施 接自然通风 内走道。超过 100m 2,备自然排烟 用窗井等开 积超过 50m 2, 可以看出, 该 范规定,长度 机械排烟设施 条件的直接 4%,具有较 可开启外窗的 规定,一类高 施:内走道。且经常有 庭和经常有人 类高层建筑和 施:风,且长

5、度超 且经常有 烟条件或净空 开窗进行自然 且经常有 该建筑的内走 度超过 20m 施。 该建筑 接影响,且 较好的自然排 的自然排烟 图 1 天井平 高层建筑和 有人停留或可 人停留或可 和建筑高度 超过 20m 的 有人停留或可 空高度超过 然排烟的房 有人停留或可 走道呈回字 m 的内走道 内走道环绕 且每层均开有 排烟条件, 烟方式的可行 面布置和建筑高度超 可燃物较多 可燃物较多的 度超过 32m 的 内走道或虽 可燃物较多 过 12m 的中庭 房间外,各房 可燃物较多 字形布置, 疏 道应设置排烟 绕天井设置 有面积为 4将结合数值 行性。 超过 32m 的 多的房间。的地下室。

6、的二类高层 虽有直接自然 多的地上无窗 庭。房间总面积 多的地下室。 疏散走道总长 烟设施,又 , 该天井为 43.2m 2的排 值计算模拟的二类高层建层建筑的下列 然通风,但 窗房间或设 积超过 200m 。长度为 140又因为长度超 为内天井不受 排烟窗,占内 拟等分析该建 建筑 列部 但长 设固 2或 m , 超过 受外 内走 建筑2.2. 的不 10.7顶, 性, 3 防 3.1 下防 如图 不小 烟或 其层 3.2 考虑 因此 .2 内天井 高规 不具备自然 该办公建7m ,长边尺 不属于中 需要进一防火设计方 挡烟垂壁 针对该高 防火设计方 在办公楼 图 2所示。 根据高 小于 5

7、00mm 或其它控制 层高为 5.6m 可开启外 高规 虑到火灾产 此, 排烟窗设 井排烟第 8.4.1条规 排烟条件或 建筑设有 2个 尺寸分别为 庭,但其高 一步的分析研 方案壁高层办公建筑 方案,并将对 楼层内走道每规第 2.0. m 的固定或 制设备的作用 m ,建议设置 外窗第 8.2.4条 产生的烟气和 设置在上方 规定,一类 或净空高度 个天井,其面 为 16.7m 和 20高度达到 93研究。 筑的防火设 对调整后的 每层中间部 图 2.16条的规定 或活动的挡烟 用,自动下 置固定挡烟 条规定,排烟 和热气, 其容 方, 以利于烟 高层建筑和 度超过 12m 的 面积分别为

8、0.5m ,高度 3.6m ,该类 设计难点, 同 的建筑设计方 部位设置挡烟 2 挡烟垂壁 定,挡烟垂 烟设施。活 下垂的挡烟垂 烟垂壁,其高 烟窗宜设置 容重较一般 烟气和热气 和建筑高度 的中庭应设置 为 179.3m 2和 度均为 93.6m 类天井在火灾 同时考虑其使 方案的可行 烟垂壁, 将内 设置位置垂壁为用不燃 活动挡烟垂壁 垂壁。结合 高度提高到 置在上方,并 般空气轻, 所 气的排出。 规 超过 32m 的 置机械排烟 220.3m 2,短 m 。虽然该天 灾情况下自 使用功能需 行性进一步进 内走道分成 燃材料制成 壁系指火灾 合该办公建筑 到 1000mm 。 并应有方

9、便 所以都上升到 规范要求设 的二类高层建 烟设施。短边尺寸均 天井未设置 自然排烟的可 需求, 提出了 进行分析论 成两个防烟分成,从顶棚下 灾时因感温、 筑的实际情便开启的装置 到着火层上 设置在上方的 建筑 均为 置屋 可行了以 论证。分区, 下垂 、感 情况, 置。 上部, 的排烟窗 室外 3.3 0.75为将 之间 用甲 3.4 页通散设 消防 4 计 4.1 窗要求有方 外,要求内 办公房间 高规 5h 的不燃烧 将火灾限制 间及其与疏 甲级防火门 通风百页 为提高内 通风口,百 通过分析 设施等条件 防安全工程 计算模拟分 防火设计 方便开启的装 走道每层沿 间分隔第 3.0.2

10、条 烧体, 疏散走 制在着火房间 疏散走道之间 。页天井通风的 页通风口的 析建筑发生火 件, 对上述防 程的方法和技 分析计目标 装置。 为便于 沿天井设置 条规定,一级 走道两侧的 间内, 为人员 间采用耐火 的效果, 在二 的有效面积 火灾后的蔓 防火设计方案 技术进行分 于火灾情况 置的排烟窗设 图 3 可开启的 级耐火等级 隔墙应为耐 员疏散提供 火极限不低于 二层夹层部 积为 50%。如 图 4 百页窗 蔓延特性, 结案的可行性 分析和论证。 况下及时将蔓 设置可开启 的排烟窗级建筑房间隔 耐火极限不 供有力的条件 于 2.00h 的隔 部位均设置连 如图 4所示 示意图结合建筑的

11、 性和整个建筑 蔓延到内走 装置,如图 隔墙应为耐 不低于 1.00h 件, 建议办 隔墙进行防 连通天井与 示。 防火分隔、 筑的消防安 走道的烟气排 图 3所示。耐火极限不低 h 的不燃烧体 办公楼层各房 防火分隔, 门 与建筑外侧的消防设施 安全性能, 利 排到低于 体。 房间 门采 的百 、 疏 利用运用消防安全工程学的思想和方法, 分析该高层办公建筑的结构、 用途和内 部可燃物等具体情况后,结合防火设计方案,提出如下消防安全目标。1办公楼层发生火灾后,内走道的烟气能够得到有效的控制;2建筑内的人员都能安全地疏散到安全区域;3将火灾控制在设定的办公房间内。在建筑消防安全分析实践中, 通

12、常根据火灾危险性设定合理的火灾场景; 然 后用计算机模拟程序对设定火灾场景下的火灾烟气、 温度等参数进行计算, 得到 人员可用疏散时间 TASET ; 再根据设定火灾场景设置相应的人员安全疏散场景, 并利用人员安全疏散模拟软件对设定疏散场景下的人员疏散情况进行计算, 得到 人员必需疏散时间 TRSET ;最后证明 TASET TRSET 是否成立。若 TASET TRSET , 则可以认为:在设计的设定火灾场景条件下, 使用人员能在火灾产生的 不利因素影响到生命安全以前全部疏散到安全区域。 反之, 则应判定现消防设计 方案不能满足人员安全疏散的要求,需要进行修改。4.2 烟气蔓延4.2.1 火

13、源位置在设计火灾场景时, 综合考虑该办公建筑火灾可能的规模、 建筑内各功能区 域的空间特点、 疏散出口分布、 起火楼层以及烟控措施等因素, 在本建筑内共设 置了 4个火源位置,如图 5所示,编号如下:火源位置 A :火源位于二层办公室内,为办公家具及用品发生火灾,考虑火 灾位于通往疏散走道的一出口附近, 使该出口无法使用的情形, 同时考虑通往疏 散走道的部分疏散门未正常关闭,烟气会蔓延至走道的情形。火源位置 B :火源位于二层疏散内走道,考虑火灾位于走道内,烟气蔓延对 人员安全疏散的影响。火源位置 C :火源位于十层办公室内,为办公家具及用品发生火灾,考虑火 灾位于通往疏散走道的一出口附近,

14、使该出口无法使用的情形, 同时考虑通往疏 散走道的部分疏散门未正常关闭,烟气会蔓延至走道的情形。火源位置 D :火源位于十层疏散内走道,考虑火灾位于走道内,烟气蔓延对 人员安全疏散的影响。4.2. 技术 的依 的硬 以及 热释 火灾 4.2. .2 火灾增 本建筑办 术研究院曾 依据。 试验中 硬质纤维板 及一台电脑 释放速率曲 通过与标 灾增长系数 .3 设定火 图 5增长系数 办公室内可能 曾进行的一组 中的办公家 板和金属框架 脑,还有 98k 线。图 标准火灾进行 数 =0.04689火灾场景5 二层(A 能会有办公 组办公家具 家具组合单元 架组成、组 kg 纸张和记 6 单个办公

15、行比较可知 9的 快速 2t 、 B 、十层 公桌、 座椅等 具组合单元 元包括两面 组合书架、 记事本等纸 公家具组合单 知, 办公室内 速火较相近。 (C 、 D 的 等可燃物。 在 的火灾试验 面办公单元 软垫塑料椅 纸制品。图 单元火灾热释 内发生火灾后 。 火源位置在设计时, 验作为火灾 的分隔板 (椅、高密度 6为试验时 释放速率后的初期火 选择美国标 灾增长速率分 (由包玻璃纤 度层压板办公 时所测得的火火灾发展规律标准 分析 纤维 公桌 火灾 律与该高层办公建筑内设置了自动喷水灭火系统和排烟系统, 考虑到系统的可靠 性及天井的通风情况,选择了 15个具有代表性的设定火灾场景进行

16、计算分析, 见表 1。表 1 设定火灾场景汇总表编 号火灾场景火源位置功能区火灾增长系数(kw/s2自动喷水灭火系统自然排烟窗开启最大火灾热释放速率(MW 备注 二层 A办公室0.04689有效 部分开启 无百页窗 有效 全部开启 无百页窗 失效 全部开启 无百页窗 失效 部分开启 设置百页窗 失效 全部开启 设置百页窗 失效 全部开启设置百页窗 楼 层开 窗二层 B办公室0.04689失效 部分开启 无百页窗 有效 全部开启 无百页窗 失效 全部开启 无百页窗 失效 全部开启 设置百页窗十层 C办公室0.04689有效 全部开启 无百页窗 失效 全部开启 无百页窗 十层 D办公室0.0468

17、9有效 全部开启 无百页窗 失效 全部开启 无百页窗 失效 全部开启 设置百页窗 4.2.4 烟气蔓延模拟计算结果采用目前消防安全工程界常用的火灾动力学模拟软件 FDS (Fire Dynamics Simulator 对该高层办公建筑内的火灾及烟气蔓延情况进行模拟计算, 图 7为烟 气在天井内的蔓延情况。 图 7 烟气在天井内的蔓延经模拟分析,可得如下结论:1、发生火灾时,若仅打开火源点附近天井的自然排烟窗,虽然烟气能通过 天井排出室外,但烟气会很快充满环廊,致使环廊内的人员安全疏散受到影响。2、发生火灾时,若开启着火层的所有自然排烟窗,则离火源点较远的天井 会起到补风作用, 流入着火层的新

18、鲜空气会阻止烟气蔓延, 并促使烟气较快排出, 烟气蔓延范围仅限于着火房间附近区域,不会对人员安全疏散造成影响。3、设置通风百叶后,虽然二层的自然补风能对烟气蔓延起到一定的控制, 如可以控制烟气向着火楼层以下蔓延, 但火灾时仍需打开所有环廊的自然排烟窗, 才能为人员创造较好疏散环境。4、发生火灾后,若着火层之上有窗户开启,则在烟气会通过窗户蔓延至该 层走道,但该层会有较长的人员可用疏散时间。 4.3 安全疏散 4.3.1 疏散场景疏散场景的设计总体原则为找出火灾发生后, 最不利于人员安全疏散的情况。 通常考虑火灾发生在某一疏散出口附近, 使该出口堵塞不能用于人员疏散。 结合 前面设定的火灾场景,

19、相对应的考虑了如下 2个设定疏散场景,见表 2。表 2 设定疏散场景汇总表疏散场景火灾位置疏散对象疏散人数 疏散通道情况3层办公人员714 无疏散出口堵塞,各区人员正常疏散3层办公人员714临近着火客房一侧的疏散楼梯 不能用于人员疏散4.3. 的各 散时 各区 .1 疏散计 选用疏散 各个疏散场 办公标准 下面将本 时间 TRSET 区域内人员 火灾 场景 A1 A2 A3 A4 A5 A6 B1 B2 B3 B4 C1 C2 D1 D2计算模拟分析 散软件 PathF 场景的 PathF 层人员疏散模 本项目各区域 T , 与各火灾 疏散的安全 对应 疏散场景1 2 1 2析Finder 进行 Finder 模型 模型 图 8 办 域通过计算 灾场景下的 全性,如表 表 3 可用疏 T ASET 3212122812123512121212121212疏散模拟分 ,见图 8。 办公标准层人 算机人员疏 的环境可用疏 表 3所示。人员疏散安 散时间 (s 27