关于防火、防烟分区的几点思考

关于防火、防烟分区的几点思考

在gbj16-1987（2001年版）、gb5545-1995（2001年版）和gbp-a高级民用建筑的设计和消防规范（以下简称“高级规范”）中，关于防火和烟带的问题，仅介绍了消防和烟带的划分。这是一个空间问题，事实上，它侧重于水平方向，因此，在预防火灾扩散传播的特定要求中，列出了一些问题，这些问题属于公共安全和香烟避免传播的不同章节。建筑结构等。笔者认为应当在规范中明确、系统地提出垂直防火、防烟分区和水平防火、防烟分区及相关要求,给予防火、防烟分区特别是垂直防火、防烟分区应有的重视,以便于更好地执行和操作规范。笔者的观点不是很成熟,是否可行,有待于进一步探讨。1垂直方向上的防火、防烟措施不到位,导致建筑火灾从国内外众多火灾案例来看,我们不难发现,无论是在公共建筑、居住建筑还是工业建筑中,从火灾的发展过程来看,同楼层水平方向上的烟气和火势蔓延速度相对较慢,大约0.5m/s左右,相对来说容易控制,而垂直面上的烟气和火势蔓延速度远大于水平方向的蔓延速度,可达3～5m/s,是非常迅速的,有时是以秒钟来计算,而人员在建筑内水平方向上的安全疏散时间往往只有几分钟的时间,对于高层建筑垂直疏散时间可能需要几十分钟,如果垂直方向上的防火、防烟措施不够有效,那后果将可能是着火层以上数层甚至整个建筑的火灾蔓延,也可能影响着火层下层,很容易造成人员疏散困难,威胁人身安全,即所谓烟囱效应,而人员在火灾中可能受到的最主要伤害是烟气,洛阳东都商厦特大火灾致死300多人的杀手就是从地下室窜至4层的烟气。在高层建筑中,这种烟囱效应更为明显,有时虽然在水平方向上采取了各种措施,而在垂直方向上的一点疏忽就有可能造成危害。现行《高规》防火、防烟分区和建筑构造中第5.1.4条、5.1.5条、5.2.5条、5.3.1-5.3.4条,对建筑内上下层连通的开口部位、中庭、管道穿过楼板、电梯井和竖向管道井等规定的一些防火分隔措施等,就是从垂直方向上控制火势烟气的发展蔓延,充分体现了规范对这一方面的重视;《建规》第7.2.7条、7.2.9条也对电梯井、管道井、电缆井作了规定。从某种程度上讲,充分认识烟火在建筑物垂直方向上的危害性,如何划分垂直防火、防烟分区,在哪些方面采取何种措施来防范,并在国家规范中加以完善,系统、明确地提出垂直防火、防烟分区和水平防火、防烟分区及相关要求,具有特别重要的意义,除了能够更有效地控制火势外,更主要的是为人身安全提供一个可靠保障,在当今世界日益关注人身生命安全的环境里,我们应该给予足够的重视。2建筑物开放系数字式分一般意义上的防火、防烟分区,主要是指在建筑物内采用防火墙、防火卷帘、防火门窗、防火水幕等防火分隔措施,为阻止烟火蔓延、将烟火控制在一定区域范围内进行分区,是一个空间概念,可能是一层或者一层的一部分,也可能是数层,规范通常以控制建筑面积数来表示。鉴于在垂直方向上控制烟火的重要性,笔者认为应对防火、防烟分区的概念重新进行考虑,我们不妨打破原来的观念,重新认识防火、防烟分区,提出以楼板为基准,将为控制烟火在水平方向上蔓延而采取措施划分的区域称之为水平防火、防烟分区,将为控制烟火在垂直方向上蔓延而采取措施划分的区域称之为垂直防火、防烟分区,这样,将防火、防烟分区的空间以水平和垂直两个方向指标控制,虽然垂直防火、防烟分区和水平防火、防烟分区空间可能发生重叠,但这样能够比较清晰、明确、系统地考虑采取防火措施,实用性强,便于在规范中操作执行,也有利于在实际工作中加强对烟火的控制。3以楼板为基准划分防火、防烟分区关于防火、防烟分区的划分,现行规范虽然也划分了一个空间,但主要还是指水平防火、防烟分区的划分,而无论是《建规》、《高规》等规范,在划分防火、防烟分区时均没有明确、清晰地提出划分原则,只是提出以每层建筑面积数来控制,有开口时辅以上下层建筑面积数叠加来限制。在这里我们不妨提出一个建议性的原则,笔者认为,划分防火、防烟分区应以楼板为基准,首先划分水平防火、防烟分区,水平防火、防烟分区的划分应在同一楼层进行,以建筑面积数来控制,即同一楼层可以作为一个防火、防烟分区,也可以划分为数个分区,防烟分区不跨越防火分区的原则仍然适用;在水平分区划分的基础上,垂直防火、防烟分区按楼层划分,可以参照《建规》第7.2.9条、《高规》第5.3.3条的精神,多层建筑宜以垂直方向上不超过2～3层叠加作为一个垂直分区;建筑高度不超过100m的高层建筑包括高层工业建筑,宜选择不超2层,重要建筑宜每层应作为一个垂直分区;建筑高度超过100m的建筑,每层应作为一个垂直分区。大体上可以这样认为,建筑高度不超过100m的建筑,垂直方向上的2～3层作为一个垂直分区,建筑高度超过100m的建筑每一层就是一个垂直分区,这样避免过多层数叠加,有效阻隔高温烟气。当然,这只是一个笼统的原则,在这一原则指导下,还可以根据不同建筑的实际情况再细分,制订具体的操作细则。4垂直防火、防烟分区从现行规范来看,各规范对垂直防火、防烟问题或多或少都有一些规定,但《建规》对多层建筑的防烟问题几乎没有关注,而从洛阳东都商厦(4层)特大火灾事故教训来看,多层建筑防烟问题绝对不容忽视。在一座多层或高层单体建筑中,水平防火、防烟分区主要包括防火墙、防火卷帘、防火门、水幕、挡烟垂壁等,而垂直防火、防烟分区涉及较多,主要应包括以下几个方面的内容:(1)楼板是垂直分区的第一要素;(2)垂直交通方面,包括楼梯间、电梯、自动扶梯和开敞楼梯;(3)竖井,包括各种管道井、电缆井、电梯井、风道、烟道、垃圾道等;(4)中庭、共享空间;(5)变形缝,包括沉降缝、抗震缝、伸缩缝;(6)位于楼板的各种管道孔口,包括管线穿越楼板处,特别是塑料类管道;在工业建筑中,有时主要是因工艺设备需要跨层安装的开口等;(7)外墙,包括玻璃幕墙、落地窗等。5楼梯间防火门和防火有效防护现行规范中水平防火分区通常是以防火墙、防火卷帘、防火门窗、水幕等形式进行划分,水平防烟分区采用梁、隔墙或挡烟垂壁,相对来说并不复杂,而垂直防火、防烟分区主要以楼板为基准进行划分,涉及的方面和措施比较多,笔者在此作粗略分析:(1)关于楼板的问题,无论《建规》、《高规》均以楼板为基准确定各构件耐火极限及建筑物耐火等级,在划分时对一、二级耐火等级建筑物楼板耐火极限分别规定为1.5h、1h,水平防火分区防火墙的耐火极限规定为《建规》4h、《高规》3h,而一般建筑物和火灾延续时间约为2～3h,由于热对流的影响,大部分火灾猛烈燃烧是在建筑物的同一楼层内向上层楼板燃烧,楼板作为建筑物的重要承重构件,是阻止烟火蔓延的重要构件,在大火时受到的威胁最大,相比而言,楼板的耐火极限定的不是很高。笔者认为,宜根据建筑层数和火灾荷载区别对待,多层建筑倒是可以,而高层建筑包括高层工业建筑,楼板的耐火极限是否应考虑根据火灾危险性和建筑类别等因素不同程度地适当提高到2h以上,这有待于进一步研究探讨。(2)在垂直交通方面,楼梯是重要的交通联系纽带,是垂直疏散的通道,除高层建筑每层楼梯间包括前室采用防火门和正压送风可以控制烟火外,对于多层建筑普通楼梯间,《建规》规定超过5层的公建应设封闭楼梯间,但楼梯间门仅规定为能阻挡烟气的弹簧门,由于烟气通常温度较高,加上火势蔓延,普通门难以有效控制。笔者建议,无论是哪一类多层建筑,要按照一个垂直防火分区的要求,当建筑物不超过3层时可以考虑不做控制;当建筑物超过3层时,应做封闭楼梯间,楼梯间门为向疏散方向开启的防火门,考虑到层数较低,防火门可做为丙级防火门。开敞楼梯应用较少,一般作为景观和近楼层联系使用,当建筑物不超过3层,且建筑面积不超过2500m2时,可以不考虑;超过3层且建筑面积超过2500m2的多层建筑,应按照不超过一个垂直防火分区的要求,在开口处安装防火卷帘等进行划分,而在高层建筑中应每层进行处理。自动扶梯也应同样按此原则采取措施。在高层建筑中,电梯是主要的垂直交通工具,少则几部,多则十几部甚至几十部,而电梯井作为上下直通的竖筒,而起火时要求所有电梯强行归底,停止使用,特别是电梯数量较多时,更为烟囱效应提供了条件,在这一问题的处理上,消防电梯设置前室和防火门或防火卷帘,这就有效阻止了火势烟气沿电梯井蔓延;而设计上因为结构方面的原因和为了使用方便,经常将客梯设置在明显、交通方便的中心位置,不经过前室直接进出电梯,这样烟火就相对容易沿客梯井蔓延,这时设想可能有几种处理方法:一是加设前室,单独加设前室时门可设为垂直防火卷帘,以利于平时使用方便或同一水平防火分区内,所有电梯均设在同一前室内,安全可靠,一般情况下宜首先考虑这样处理;二是在电梯门前厅安装自动喷水灭火装置进行保护,这是一种简便易行的做法,可以直接接在建筑内消防给水系统中,这时电梯的防水电气和防排水设施需要考虑;三是可否在紧贴电梯门上方设置垂直防火卷帘,《建规》第4.2.9条中库房内升降机井筒壁上的门设为乙级防火门,也是出于这方面的考虑,但在民用建筑中,电梯口设防火门就不便于使用,而防火卷帘方便日常使用;四是电梯门本身在生产时就按标准作为防火门,安装时门缝宽度控制好,基本上就可以有效阻止烟火扩大,等等。以上这几种处理方法可根据实际情况综合考虑。(3)各类竖井,首先井壁的耐火极限要达到要求,电梯井2h以上尚可,而其它竖井规范1h的要求显得稍低,宜提高到1.5h以上;井壁上的开口部位,丙级防火门显得不够有效,应至少为乙级防火门。各种管道井、电缆井应在楼板处使用相当于楼板耐火极限的材料进行防火分隔,对于建筑高度不超过100m的建筑按不超过2层处理,即按一个垂直防火分区来考虑;建筑高度超过100m的建筑,应每层进行处理;对于风道、烟道、垃圾道等,除采取一般措施外,还应采取防止回流的措施。(4)中庭、共享空间。当建筑物不超过3层,且建筑面积不超过2500m2时,可以考虑不做处理;超过3层且建筑面积超过2500m2的多层建筑,宜按不超过3层采用防火卷帘等做垂直分区,不做防火卷帘的楼层可以参照《建规》第5.1.2条注解处理,与中庭相通的房间、走道、过厅、通道等处,设可自行关闭的乙级防火门或防火卷帘,必要时封闭屋盖设自动排烟设施。在高层建筑中,除顶层外,中庭跨越的每层均应采用防火卷帘等进行处理,顶层可参照《高规》第5.1.5条,回廊设自动喷水灭火系统和火灾自动报警系统。通过采取这些措施,使中庭在发生火灾时与周围分隔,成为一个相对独立的空间,阻止烟火通过这一途径蔓延。(5)对于变形缝,是在建筑物垂直方向结构上留出的竖缝,宽达几厘米甚至数十厘米,有很强的拔气作用,《建规》未作规定,虽然《高规》规定构造基层采用不燃材料,但对其耐火极限未作规定,若是采用一些耐火极限低的材料,极易在受热后在短时间内失去隔火作用,因此其耐火极限宜与楼板相同,这时在选材及处理上,既要满足楼体变形的需要,又要达到耐火要求,可以采用一些新型防火材料,如果确有困难,建议考虑在划分水平防火分区和垂直分区时尽量不跨越变形缝。(6)外墙,通常有窗间墙和窗槛墙,在现代建筑设计中,往往有许多落地大玻璃窗而没有窗槛墙,有时还有玻璃幕墙,这时火势容易从起火层外窗往其上层蔓延,《高规》在这方面作了一些规定,但感觉80cm的裙墙所起的作用有时难以奏效,有条件时尺寸宜尽量适当增加;对于一些需重点保护的建筑,在安装喷淋时宜沿外墙为基准开始布置喷头,即喷头与外墙的间距规范要求不超过1.8m调整为靠近玻璃窗或玻璃幕墙,喷头间距可适当加密,在外墙为玻璃幕墙时,这种保护措施更显得重要,简便易行,还可以有效地防止玻璃的烧毁脱落伤人,还可以考虑将玻璃作为耐火玻璃,也能收到良好效果。《建规》在这方面未作规定,建议4层及以上的建筑按照垂直分区来参考执行。(7)位于楼板上的各种孔口,包括各类管线穿越楼板处,还有一些塑料类管线,如果不是设在管线井