浅议建筑中大空间防火分区设计方法

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　　摘 要：大空间建筑防火分区设计历来是建筑防火设计的重点，本文根据工程实际和有关规范的要求，结合性能化设计的基本思想，总结出大空间建筑防火分区设计的几种方法，以求解决大空间建筑防火分区设计中存在的难点和重点
　　 关键词：建筑防火设计防火分区
　　 近几些年来，随着我国城市建设和建筑科学技术的发展，大跨度、大空间的建筑越来越多地涌现出来，而发生火灾的几率也随之大幅度地增加。火灾统计也表明，近年来全国各地的大空间建筑也多次发生重、特大火灾事故。例如新疆克拉玛依市友谊馆火灾、深圳市安贸危险品储运公司清水河仓库火灾、北京市玉泉营环岛家具城火灾等。大空间建筑火灾之所以迅速发展为大火并造成巨大损失，主要原因是没有进行有效的、必要的防火分隔，因此研究大空间建筑的防火分区问题是预防火灾事故的一个重要方面。
　　 1、大空间建筑的火灾特性
　　 由于建筑结构上的特殊性和使用方面的复杂性，大空间建筑的火灾预防与普通建筑有着明显的区别，主要表现在以下几个方面：
　　 1.1不易进行防火分隔
　　 在建筑物内设置防火防烟分区是控制烟气蔓延的主要方法，但是对于大空间建筑，由于建筑结构、生产工艺、使用功能等方面的影响，特别是一些大型体育场馆、工业厂房，很难利用防火墙、防火卷帘等有效防烟隔烟措施进行防火分隔。
　　 1.2普通火灾探测技术无法及时发现火灾
　　 目前在普通建筑中广泛使用的火灾探测器大都是以烟气浓度或温度为信号进行探测的，且探测器大多安装于顶棚之下。普通建筑的楼层高度多数在6 m以下，火灾烟气能够很快到达顶棚，因此这类探测器对普通建筑是适用的。然而在大空间建筑就不同了。由于受到空气的稀释，火灾烟气到达十几米或几十米的高度时，其温度和浓度都大大降低，不足以启动火灾探测器；即使启动，下面的火势也早已发展到相当大的规模，延误了早期灭火的有利时机。
　　 1.3常用的自动喷水灭火装置不能有效发挥作用
　　 在普通建筑中，洒水喷头通常是按一定间距沿顶棚分布安装的。当顶棚附近的温度达到喷头的启动温度后，洒水喷头便开始洒水。与火灾探测问题相似，在20m以上的大空间建筑物内，这种依靠温度变化而启动的喷头及其顶棚安装方式也不适用。另一方面，普通喷头喷出的水滴从十几米乃至几十米的高度落下来，往往到达不了燃烧物的表面就失去了水滴的浓度和灭火范围，即失去了有效的灭火作用。
　　 1.4人员的安全疏散相当困难
　　 大空间建筑一般都是人员高度集中的场所，常常有成千上万的人，而且这些人来到这里通常是没有组织的(例如剧场、体育馆等)，一旦发生火灾，在较短的时间内将人们迅速疏散到外界是一个极为困难的问题。
　　 2.大空间建筑防火分区基本设计方法
　　 2.1 利用防火墙进行防火分隔
　　 一般要求是：
　　 2.1.1防火墙应直接设置在基础上或钢筋混凝土的框架上。防火墙应截断燃烧体或难燃烧体的屋顶结构，且应高出非燃烧体屋面不小于40cm，高出燃烧体或难燃烧屋面不小于50cm。
　　 当建筑物的屋盖为耐火极限不低于0.5h的非燃烧体时、高层工业建筑屋盖为耐火极限不低于1h的非燃烧体时，防火墙（包括纵向防火墙）可砌至屋面基层的底部，不高出屋面。
　　 2.1.2防火墙中心距天窗端面的水平距离小于4m，且天窗端面为燃烧体时，应采取防止火势蔓延的设施。
　　 建筑物的外墙如为难燃烧体时，防火墙应突出难燃烧体墙的外表面40cm；防火带的宽度，从防火墙中心线起每侧不应小于2m。
　　 2.1.3防火墙内不应设置排气道，民用建筑如必须设置时，其两侧的墙身截面厚度均不应小于12cm。
　　 2.1.4防火墙上不应开门窗洞口，如必须开设时，应采用甲级防火门窗，并应能自行关闭。
　　 2.1.5可燃气体和甲、乙、丙类液体管道不应穿过防火墙。其他管道如必须穿过时，应用非燃烧材料将缝隙紧密填塞。
　　 2.1.6建筑物内的防火墙不应设在转角处。如设在转角附近，内转角两侧上的门窗洞口之间最近的水平距离不应小于4m。
　　 紧靠防火墙两侧的门窗洞口之间最近的水平距离不应小于2m，如装有耐火极限不低于0.9h的非燃烧体固定窗扇的采光窗（包括转角墙上的窗洞），可不受距离的限制。
　　 2.1.7设计防火墙时，应考虑防火墙一侧的屋架、梁、楼板等受到火灾的影响而破坏时，不致使防火墙倒塌。
　　 2.2利用防火卷帘进行防火分隔
　　 一般应满足以下要求：
　　 2.2.1当采用以背火面温升作耐火极限判定条件的防火卷帘时，其耐火极限不应小于3 h，如双轨、双帘无机防火卷帘和气雾式等特殊防火卷帘。
　　 2.2.2当采用不以背火面温升作耐火极限判定条件的防火卷帘时，其防火卷帘两侧应设独立的闭式自动喷水灭火系统保护，系统喷水持续时间不应小于3 h，喷水强度不应小于0.5L／s•m，喷头间距应为2m～2.5 m，喷头距卷帘的垂直距离宜为0.5 m。
　　 2．3 用水幕进行防火分隔
　　 应满足以下要求：
　　 2.3.1喷头布置应为3排，防火水幕带的有效宽度不应小于6m。供水强度不应小于2 L／s•m，喷水延续时间不应小于3 h。
　　 2.3.2水幕上部不应有可燃构件和可燃物。
　　 2.3.3水幕上部空间较大时，水幕应同时喷向上部，防止烟火从水幕上部空间蔓廷。
　　 自动扶梯、开敞式楼梯和防火墙上根据需要开设的孔洞均应设置防火卷帘或水幕进行分隔。
　　 2.4高层建筑中庭防火分区面积应按连通的面积叠加计算。
　　 当超过一个防火分区的面积时，应符合下列规定：
　　 2.4.1房间与中庭回廊相连的门，应设能自动关闭的乙级防火门；
　　 2.4.2与中庭相连的过厅、通道应设防火门或防火卷帘；
　　 2.4.3中庭每层回廊应设火灾自动报警系统、自动喷水系统。
　　 2.4.4净空不超过12m的中庭可采用自然排烟，但可开启的天窗或高侧窗的面积不应小于该中庭地面面积的5％，其他一律采用机械排烟设施
　　 2.5利用增加火灾自动报警系统和自动喷水灭火系统，达到防火分区增加一倍面积的目的（包括局部增加自动灭火系统，防火分区增加相应一倍面积）。
　　 一般的，对于大空间建筑宜采用非接触式火灾探测器，主要是光束对射式或图像式探测器，自动喷水灭火系统喷头采用大水滴快速反应喷头或远程数控水炮。从而达到满足大空间探测和扑救火灾的需要。
　　 2.6利用性能化设计方法进行防火分区设计
　　 在大空间建筑的防火设计中应用“性能化”防火设计的方法，可以解决“处方式”设计安全性不确定的问题，使大空间建筑的消防安全性得到有效的保证。
　　 2.6.1对大空间建筑进行“性能化”防火设计，首先必须要设计火灾――即建立火灾场景模型。在建立火灾场景模型之前，应首先判断不同区域的火灾类型，火灾类型不同，燃烧速度、放热量及火灾的时间就不同，那么数学模型也不同。火灾荷载的大小、可燃物的性质、通风条件是决定火灾严重性的三个重要因素。
　　 大空间建筑的火灾模型要考虑到空气供给速度及材料的分布情况。由于这种建筑的空间较大，较易获得建筑物外环境风量补偿，因此空气供给速度也较快。而材料的分布与建筑的使用功能有着直接关系。
　　 2.6.2通过对火灾的模拟，即放热量大小和持续时间的确定，可以得出对整个建筑各个部分构件耐火性能、防火分区、防排烟、安全疏散等各方面的要求。
　　 2.6.3对耐火性能、防火分区、防排烟、安全疏散等各方面进行安全检验，若不符合防火要求，应反复进行校对，直到满足安全性的要求为止。

　　 从“性能化”设计的步骤可以看出：“安全检验”是“性能化”设计区别于“处方式”设计的一个重要方面，因此，在大空间建筑的防火设计中应用“性能化”的设计方法，可以使建筑的消防安全性得到更有效的保证。
　　 3.大空间建筑设计的复杂性
　　 3.1.对于大空间建筑，由于其使用功能的复杂性和不确定性、人员密度及火灾荷载都较大的特点，所以合理进行防火分隔十分必要。在一般大空间建筑中，常规的防火分隔物还是可以适用的。
　　 特别要注意：
　　 1、防火分隔构件选用不合理：一些特殊场所防火分区划分和使用要求存在冲突，造成防火分隔构件选用不合理。如选用防火卷帘进行分隔时，防火卷帘应选用符合防火墙耐火极限判定条件的，而实际采用普通防火卷帘，无冷却水幕保护，或虽有冷却水幕保护，但供水时间不能保障持续3h。一些建筑内装设防火卷帘控制装置不全，防火卷帘要求要自动、电动、机械操作三种控制方式，而实际中仅有两种或仅有手动一种控制方式。
　　 2、分隔构件的耐火极限低：2001年规范重新修订后，明确公共娱乐场所与其他部位的隔墙应采用耐火极限不低而一些场所采用纸面石膏板夹岩棉做隔墙。规范规定，纸面石膏板必须是双层双面的，中间岩棉夹层厚度不得小于7. 5cm，耐火时间才能达到2. 0h以上。但实际工程中，填充岩棉的厚度往往不到7. 5cm，有的甚至采用单层纸面石膏板，耐火极限达不到规范要求。再如，消防控制室、消防水泵房等特殊分隔部位楼板的耐火极限要求不小于1. 5h，但在大多数二级耐火等级建筑中这些部位的楼板与其它场所没有区别，楼板耐火极限仅达到1h。
　　 3、存在“隔而不断”问题：有些建筑表面上做了防火分隔，但往往在隐蔽部位却没有完全分隔，形成“隔而不断”现象，不能使防火分区形成一个封闭空间。如一些有吊顶的场所中防火墙仅仅砌至吊顶底，不符合防火墙应砌至“梁板底部”的规定，闷顶内依然连通，一旦失火，火容易在吊顶内蔓延；有些建筑因局部功能改造，装修时私自在防火墙上穿孔打洞，外表用装饰材料装饰，墙体上孔洞却未用耐火材料封堵等诸多问题。但是对于一些具有特殊功能的大空间建筑，这些防火分隔还是有一些弊端，例如展览馆、体育场、大型工业建筑等。在实际工作中，还必须结合实际，根据建筑空间的特点灵活利用以上六种方法进行防火分区的划分。
　　 3.2由于大空间建筑与一般建筑在火灾现象方面存在较大差异，因而必须从整体分析大空间建筑发生火灾时所具有的性能特性为出发点，进而实施防火安全综合设计。虽然在大空间建筑的火灾防治方面防火分区是一个重要因素，但是要达到防火性能总目标，就必须从全局出发，通过结合火灾自动报警系统、自动灭火系统、防排烟设施及安全疏散等各种措施共同实现，并不是强调某一方面措施就可以完全做好火灾的防治工作的。这也是当前性能化设计的发展方向。

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