国内外高层建筑及防火设计发展概论1

1、国内外高层建筑及防火设计发展概论（兼评合并规范主要修改的建筑条文）报告人：章孝思 教授2012.09纽约世贸中心重庆嘉陵帆影 上海金贸、环球中心 马来西亚双塔 芝加哥西尔斯大厦一、国内外高层建筑概况（一）高层建筑的起源和发展 国外:起源于19世纪美国芝加哥、1885年十层的人寿保险大楼是世界上第一座高层建筑。在二十世纪中期陆续建成纽约世贸中心、西尔斯大厦、马来西亚双塔，目前世界最高建筑是高818m的迪拜大厦。 国内:20世纪初上海百老汇大厦及国际饭店等。重庆朝天门多个银行大楼,钢筋混凝土高层建筑可构成立体防火隔离带（9.2火灾）.20世纪中期陆续建成广州多个高层宾馆，其后建成的上海金茂大厦、上

2、海环球金融中心是我国最有名的高层建筑之一,后者以492米高度成为我国目前最高建筑。重庆朝天门长航大厦火灾中央电视台文化中心火灾（二）高层建筑的火灾危险性 火灾危害大：巴西焦马大楼、美国米高梅饭店火灾等死伤均上百人.我国哈尔滨天鹅饭店开创人员死亡的先例.中央电视台大楼火灾（外装修可燃）凸显我国防火法规漏洞,无外装修防火要求的规定,构成巨大隐患。其后上海一公寓外装修火灾，死亡50多人，全国震惊。（三）国内外防火研究概况 美国、英国、日本等一流水平。国内几大消防科研所、高等院校、科研机构等成果显著。重庆多个地方法规，如重庆市坡地高层民用建筑设计防火规范、大型商业建筑设计防火规范、餐饮泵船防火规范等，

3、目前正上升为国家规范。（四）高层建筑定义、高度（及坡规） 1.0.3条：24m公共建筑，10层住宅。合并规范修改为27m住宅为二类高层住宅，稍严，今后高层住宅将增多。超过54m为一类高层住宅。（按2.0.2条，建筑高度:平屋面时为室外地面到屋面面层的高度。）合并规范增加:坡屋面时为室外地面到檐口与屋脊的平均高度处。 合并规范的建筑分类，改为住宅和公共建筑两大类。要求宿舍和公寓按公共建筑对待。 取消了商住楼、综合楼，对此放宽；规定住宅与其它使用功能合建时，只要采用耐火2h的楼板和无洞口墙体完全分隔，住宅的楼梯间独立设置，则可分别按住宅和公建的防火要求执行（而非均按公建了）。 裙房有所放宽：裙房为

4、主体投影以外并与之相连又24m的建筑部分，若与主体之间有防火墙分隔，可按单、多层建筑对待，反之按高层建筑计。 坡地建筑有两个或多个室外地面，比平地建筑更有利于疏散和扑救。利用其立体扑救系统的优越性，重庆制订了坡规，现已上升为国家规范。（五）重庆市坡地高层建筑设计防火规范（DB50/5031-2004） 建筑上下有道路时，如能满足4方面条件：外部扑救、楼梯转移、电梯保护、耐火分隔之后，可上下分别计算高度和定性。由底层计可能是高层建筑或商住楼,由平顶层上下分别计可能是多层建筑或住宅,使防火设计得以简化并更具实际意义（见图）。 工程实例:重庆某商住楼执行,平顶层以上按未超过100米的住宅计,但施工中

5、将自动扶梯穿过平顶层,违反平顶层楼板不能设洞口的规定,其后专家提出在自动扶梯洞口处加设防火分隔,扶梯底部做耐火材料包覆及自动喷水,扶梯四周仍按规范作防火卷帘,形成“四重保护” ,通过审查.现已取消平顶层楼板不能开洞的规定,有利于商业的发展。二、高层建筑防火设计纲要在高层建筑防火设计中，应“以建筑设计为本”，如妥善解决了总体布局、防火分区、安全疏散及耐火构造等四个方面的防火问题，高层建筑就会立于不败之地。加上建筑消防设备（防排烟、报警、灭火）的配合，防火安全就更加完善。（一）总体布局方面 1.防火间距安排防止蔓延。利用4.2.2条解决工程实际问题。 通过裙房、连廊、天桥相连的两座建筑，应符合防火

6、间距要求。亦即，虽有连接体量亦可视为两个建筑对待，有所放宽。 2.主楼裙房设计利于扑救。合并规范对4.1.7条修改，只要求裙房宽度不大于4m，不提高度的限制，对平面及造型设计有利。 3.消防车道设置尽量环行,若不能形成则须设穿过式车道,及两长边设车道，反之可不设。 合并规范吸取坡规精神：坡地建筑及住宅当两长边设置车道有困难时，可只一长边设车道，但该长边应有扑救面及扑救场地。合并规范对消防登高场地（即扑救场地）放宽，允许扑救面旁设多个小型场地，其长宽不应小于15m和8m,其间距不超过30m,对实际工程有利。六结合原则:即在裙房宽度受限的扑救面范围应有疏散楼梯间、消防电梯及消防控制中心的出入口,其

7、旁应有消防车道及扑救场地,这对扑救十分有利。扑救面取消高度限制（二）防火分区方面1.水平防火分区控制分区面积，对大型商业放宽:营业厅等设自动喷水、自动报警设备及不燃、 难燃装修时,地上可按4000m2分区,地下可按2000m2分区； 合并规范将一类高层分区放宽为1500m2;一、二级耐火等级单、多层建筑首层的营业、展览厅全设自动报警、灭火设备时，分区面积放宽为10000m2; 两分区之间防火墙上防火门可计入30%的疏散宽度。重庆实例，歌舞、娱乐场所小空间作防火墙、甲级防火门。演出、展览大厅作大空间智能灭火设备，设准安全区等。 大空间建筑工程实例:成都市博物馆为高47m的一类高层建筑,地下演出厅

8、四周过厅设有大空间智能灭火设备及加强报警/灭火/排烟设施,成为过渡到安全出口的准安全区.其上部多层展厅及其旁走道加强机械排烟,少量进入中庭烟气由顶部及四周自动开启的窗自然排烟,保障中庭下部的疏散安全.专家论证会应按照性能化防火设计理念,而不能死抠规范,才能与国际接轨并适应现代化建设的发展(见图) 。 成都博物馆地上展厅机械排烟与中庭自然排烟相结合示意（高度超过12m中庭） 重庆大型商业建筑设计防火规范（ DBJ50-054-2006 ）：从严要求扑救面、防烟楼梯间，然后可放宽分区面积（首层10000m2，二层及以上5000m2）及安全出口宽度计算（密度0.45人/m2），可分区共用楼梯间等。

9、合并规范目前对人员密度/百人宽度及营业厅面积计算方式,三者之间的关系未能协调到位,因而计算出的疏散宽度过大。规范人员密度（人/）百人宽度（m/百人）营业厅面积比例5000营业厅疏散宽度(m)4500开间楼梯数(个)重庆大型商规0.450.6575%116高规（老商规）0.85135%14.97合并规范0.430.60.65100%0.45=14.6；0.5=16.25;0.6=19.57、8、9 地下商业建筑超过2万m2时，重庆商规允许在其适当部位设开敞式或封闭式防火隔离区分隔。合并规范类似，允许设开敞式下沉广场或防火隔间分隔。但问题较多，见图。 地下商场分隔示意图2.垂直防火分区控制中庭等连

10、通面积，在工程实践中可借鉴一些经验,如允许贯通、改变概念等。 允许贯通是让其垂直连通若干层，连通面积不超过分区面积限制。如金茂大厦商业楼有6层,被3个中庭贯通,因中庭形状层层变化,无法在四周作防火卷帘,专家提出每层作2道防火卷帘而垂直分3区,并尽量控制其贯通面积（见图）。 改变概念(重庆实例)：将中庭变为室内半开敞空间或室外半封闭空间.如重庆林同琰办公楼高6层,被3个中庭贯通,因四周有大量开敞空间,自然排烟良好,专家定性为室内半开敞空间,中庭四周可不设防火卷帘(见图)。 金茂大厦附楼垂直防火分区林同琰办公楼 又如露天步行街,加设玻璃盖后消防定性为中庭,专家提出两端不封闭,玻顶上适当开口,可定性

11、为室外半封闭空间,两边可不作防火卷帘(见图)。 合并规范吸取重庆大型商规经验：步行街长度不宜大于300m，两侧建筑间距不小于13m，顶棚高度不小于6m，其上应有自然排烟措施（如天窗、洞口等）。此时两侧可不做耐火分隔，不按中庭计，若为全封闭内街则算中庭。 将地下二层变为地下一层（原地下一层变为夹层）,如重庆某高楼地下一/二层为游乐,消防通不过.专家会上建议在地下一层楼板开几个洞口,使其变为夹层,地下二层则成为地下一层,同时还有下沉式空间与其连通,对人员疏散和自然排烟非常有利,从而通过了审查(见图). 重庆坡规：平顶层上下分别计算高度和定性，也是改变概念的方式。 加盖步行街变地下二层为地下一层（三

12、）安全疏散方面 1.疏散楼梯间设置封闭楼梯间、防烟楼梯间。安全出口布置最高原则为双向疏散。环形走道。核心筒布置方式。袋形走道尽端宜设置疏散辅助设施(见图)。楼梯间布置三原则：尽量靠各端、靠电梯、靠外墙(见图) 。靠各端可形成双向疏散;靠电梯能使平时交通流线和紧急疏散流线有机结合;靠外墙可自然排烟并利于云梯救援。 合并规范增加了防烟楼梯间底层门厅作为扩大前室,对疏散有利。（底层门厅作扩大封闭时，存在安全问题。） 2.消防电梯的设置高楼灭火、救生保证。利用有消防电梯功能的客梯进行疏散。合并规范对住宅规定允许做三合一前室,但须加大前室面积(短边2.4m,面积12m2)。 高层建筑疏散楼梯布置三原则高

13、层建筑辅助疏散设施:避难口 3.避难层的设置高规要求超过100m的公建应设避难层。 合并规范要求公建和住宅超过100m时均应作避难层：第一个避难层距地不大于50m，两避难层之间不宜大于15层，其外墙不应敞开。 还应注意，屋顶应作避难层，避难层人数按大楼总人数计算。裙房屋顶也应作为开敞避难层。 金茂大厦避难层设计:金茂大厦高88层,上部为酒店,50层以下为办公,51层是转换层.办公部分在15层和30层设有避难层,各为两个避难区与防烟楼梯间相连.办公为7000人,按5人/m2计共需1400m2避难区,故每个避难区面积为350m2,还应有引入避难区的措施(见图).其酒店部分每层楼梯间旁设有一小型避难

14、间,不再专设避难层.金茂大厦避难层设计 4.屋顶直升机坪的设置 由于上世纪80年代后现代/新古典等尖顶/斜面建筑造型风行,致使屋顶直升机坪难以实现. 如郑州某工程不得已在尖顶旁做怪异型支架式停机坪(见图),专家会上只得加强多项消防措施后将其取消.若要在工程中贯彻,首先应纳入城市消防规划，规划局下达设计任务。建筑师纳入立面造型设计，才能真正得到实施(见图)。郑州某高层 迪拜七星酒店城市消防规划划分为四个方面：防止城市起火：修建耐火建筑（包括超高层建筑设置屋顶机场的城市布局），拆除易燃建筑，搬迁危险建筑，保护古建筑等。阻挡火势蔓延：设置平面防火隔离带绿化、广场、水面等；立体防火隔离带耐火的高层建筑

15、群体（重庆九二大火灾；日本东京白须东小区，见图）。引导疏散避难：以通畅道路将避难人流引向市内各避难场地（广场、绿地、公园等），并能疏散到市郊避难。加强消防扑救：消防车道，消防通讯及消防用水等。日本东京白须东小区立体防火隔离带（四）耐火构造方面1.高层建筑结构设计 高层建筑结构体系 a) 框架体系以柱和梁形成框架而承重，可作到1830F左右； b) 框架、剪力墙体系以纵向、横向剪力墙承重，可作到数十层； c) 剪力墙体系以框架和剪力墙共同承重，可作到100F以上； d) 筒体体系以剪力墙或密集柱形成筒体，并以框筒、筒中筒、束筒等方式承重，可作到100F以上； e) 悬挂结构体系由中部筒体向四周伸

16、出挑梁而悬挂楼层，可作到数十层。 建筑材料的耐火性能:钢筋混凝土耐火性能优异、而钢(结构)不耐火.2.主体结构的耐火设计 钢筋混凝土结构:实际工程中，墙、柱能满足要求，现浇整体式梁、板耐火性能好； 钢结构:需采用包覆混凝土、喷石棉或防火涂料等方式保护。3.其它构件的耐火设计 建筑内装修防火设计关注天棚、墙面及保温材料等的耐火能力。合并规范附录D，对建筑外装修保温材料要求不燃或难燃材料，并作全覆盖保护层。 工程实例：重庆中天大酒店火灾及变形缝整改，见图。变形缝的构造往往形成垂直防火分区的薄弱环节,由于标准图中变形缝多用硬橡胶板,6厚钢板及白铁皮等,其耐火能力较差,火灾时极易导致火势向上蔓延.该工

17、程多重保护的变形缝整改设计可供参考(见图)。 变形缝整改设计变形缝整改平面图中天酒店平面图高127m的超高层建筑烟囱引入变形缝空间，其中又作储藏间是起火原因。 防火门、防火卷帘的耐火设计关注控制系统、释放开关性能；合用前室常开的防火门火灾时应能自动关闭。 美国世贸中心与“911”双塔为钢的筒中筒结构，以喷石棉方式保护钢梁、钢柱。钢梁与钢柱用螺栓连接有问题，结构设计未考虑恐怖袭击,今后应采用更牢固的结构方式和更先进的建筑材料(见图)。纽约世界贸易中心美国纽约世贸中心被飞机撞击后燃烧三、高层建筑前景与展望 在新世纪，超高层建筑不断涌现并将得到巨大的发展。 美国世贸中心自由塔，82F、高541米 上海中心大厦，高632米英国伦敦拟建108F，高460米的城市生态大厦（1）巴西拟建105F，高495米的圣保罗大厦（2）澳大利亚墨尔本拟建113F，高560米的格罗洛大厦（3）香港拟建97F，高574米的里程碑大厦（4）美国芝加哥拟建120F，高610米的