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高层建筑防排烟设计中常见问题分析及对策

添加时间:2018/02/28
:随着我国城市化建设步伐的加快,各地高层建筑与日俱增。由于高层建筑规模大、功能复杂,一旦发生火灾,逃生及救火难度极大。目前,我国关于高层建筑防排烟系统设计的很多规范,在设计细节上还有很多标示不清或缺失的情况,导致高层建筑设计以及建设过程中存
  摘要:随着我国城市化建设步伐的加快,各地高层建筑与日俱增。由于高层建筑规模大、功能复杂,一旦发生火灾,逃生及救火难度极大。目前,我国关于高层建筑防排烟系统设计的很多规范,在设计细节上还有很多标示不清或缺失的情况,导致高层建筑设计以及建设过程中存有很多问题。文章阐述了目前我国高层建筑防排烟系统设计的结构形式,分析了设计中的常见问题,并根据多年的高层建筑防排烟系统设计经验,提出了防排烟系统设计的主要对策,以供同行借鉴和参考!
  
  关键词:高层建筑;防排烟设计;自然排烟;机械加压;开窗面积。
  
  0引言。
  
  自改革开放以来,我国经济建设举世瞩目,各地高楼林立且在日益增加。高层建筑增加了建筑面积,提高了居住和办公的舒适性,但正是因为高层建筑装修标准高、功能复杂、人员数量较多,发生火灾时,难以及时疏散,在一定程度上也增加了安全隐患。最近几年,由高层建筑火灾而引发的事故,呈明显的上升趋势,给国家、人民造成重大的生命和财产安全损失。而在这些高层建筑的火灾事故中,只有30~50%的人员伤亡是由火烧直接造成,其余都是由于火灾中的烟气,导致人员窒息或中毒死亡。高层建筑在发生火灾时,由于自身的“烟囱效应”,产生的大量烟气迅速上升,对人员疏散、灭火行动有较大影响。如何才能在高层建筑火灾发生时,能够及时排除建筑物内的烟气,避免烟气进入安全疏散通道,确保建筑物内人员安全疏散和消防人员开展灭火救援工作,降低由于烟气导致的人员伤亡,是房建工程师们一直重点关注和寻求解决的设计目标。
  
  本文首先介绍了我国目前常见的几种建筑防排烟技术,分析了高层建筑防排烟设计中的几种常见问题,提出了有针对性的防排烟设计优化的对策,以供同行借鉴和参考。
  
  1高层建筑排烟技术。
  
  我国高层建筑目前常见的排烟方式主要有三种,自然排烟、机械排烟和机械防烟。根据《建筑设计防火规范》中的相关规定,高层建筑物内的排烟方式,可采用开启外窗等自然排烟、机械排烟和机械加压式送风。排烟是通过措施,将烟气从烟区内快速排放到大气中,而防烟则主要是利用某些措施,降低着火区域内的烟气量,防止烟气从有烟区扩散至无烟区。在高层建筑结构中,这两部分称为排烟系统和防烟系统,分别起到尽快排烟和防止烟气进一步扩散的作用。
  
  ①自然排烟。自然排烟主要是利用室内外空气的对流作用形成的风压,将可燃物燃烧后的烟气排至大气。目前在高层建筑结构设计中,主要有竖井和外窗的无组织排烟形式。
  
  ②机械排烟。机械排烟是借助电动设备等外力,将建筑物内的烟气和热量排至大气。
  
  ③机械防烟。机械防烟是利用电动设备向疏散路线或避难所等空间输送风压,防止烟气进入无烟区。
  
  2高层建筑防排烟设计中的常见问题分析。
  
  ①无法自然排烟。高层建筑具有一定的可开启外窗面积,是确保可以自然排烟的基础,但很多情况是,我们在设计高层建筑的排烟窗时,由于位置设置不当、结构形式不合理或面积不规范等影响,开窗的角度低于国家标准规定的>70°。
  
  ②排烟阀安装位置不当。操作人员的操作技能或缺乏责任意识,错误安装送风阀和排烟阀。
  
  ③防排烟机电设备不满足标准要求。如配电设施或正压送风系统的电负荷不满足标准要求、系统未设置安全阀、金属管未涂防火涂料等。
  
  ④风口和风阀的选择不当、管道漏风。由于风口的设置不当,造成风口的有效面积偏小,再加之系统中的阻力过大,造成进风量不足;有些施工单位盲目增加风口的面积,导致风速过低;进风管道内的内壁没有及时抹光、脚手架临时钢管洞等没有及时修复等,这几种现象,都无法通过风阀做出调节,使进风系统无法满足有关规定的要求。
  
  ⑤正压送风系统压差调节装置的结构设计不合理。根据有关规定,防烟楼梯间与前室共用时,应在支风管位置安装自动调节装置,并设置单独的送风系统。
  
  但是,目前的很多正压送风系统由于技术能力的限值,无法设置相应的压差自动调节装置,其余压值也无法高于前室或楼梯间。
  
  3高层建筑防排烟系统设计的主要对策。
  
  3.1防排烟系统的主体设计思想。
  
  当高层建筑物发生火灾时,产生的烟雾会引起逃生中的人们迷失方向或窒息死亡,其对人体的伤害要远远大于明火对人身的伤害。根据流体力学风的流动原理可知,烟雾的流动是由于风的流动、各通风系统间的压力差或不同着火区域的温差导致的气体密度差而产生的,这三个因素都会引起烟囱效应,形成火灾烟雾。现代高层建筑物内常存有很多易燃物品,如果出现火灾,这些可燃物品将产生大量的氟化氢、二氧化碳和一氧化碳等有害烟雾,所以,在设计高层建筑物的防排烟系统时,不仅要考虑烟雾的扩散,还要考虑如何才能及时清除产生的有毒有害气体。理想的防排烟系统设计,应当在有限的空间内发生火灾时,确保能够迅速采取有效的措施,如:对非火灾区域采用机械加压送风并阻止火势蔓延,及时排出由火灾引起的热量和烟雾等。
  
  3.2防排烟系统设计的常见问题控制对策。
  
  3.2.1防烟系统的设计方法。
  
  高层建筑的防烟系统设计通常采用的是机械式加压送风,在此类工程防烟系统设计过程中,应从下述几点以强化设计的有效性:
  
  ①提高送风量的计算精确性。机械式加压送风的送风量是决定建筑物防烟系统整体安全性的决定性因素,而在对送风量进行计算时,常由于工作条件等多因素的制约,送风量的计算过程被简化,造成计算得出的送风量不够精确。针对于这种情况,在设计高层建筑物的送风量时,应先根据建筑物的整体结构设计,建立并健全一个完成的建筑模型烟尘控制区,从整体角度来确定送风量,提高防烟系统送风量计算的可靠性和整体安全性。
  
  ②合理控制送风量及其范围。防烟区域内的空气泄露洞口越多、直径越大,防烟系统向空间内加压的送风量就越多,难以保证正压值。而且,防烟区的防火门对送风量也会产生影响。针对于这种情况,在设计建筑物的送风量时,要根据防烟区域的加压空间和计算的送风量大小,设计匹配的风量与范围,确保高层建筑防烟区域设计的合理性。
  
  ③优化系统设计。如果建筑物发生火灾,开启着火层的送风口,对防排烟功能的作用和意义不大,所以,防烟系统的设计应重点考虑单点发生的火灾。同时,要考虑如何能够简单且便捷的开启着火层前室的送风口,增加系统设计的可靠性和经济性。
  
  3.2.2排烟系统的设计方法。
  
  ①建筑物的自然排烟,主要是根据烟气自身的浮力而做出的结构设计。当发生火灾时,若排烟窗处于迎风面,就会发生烟气倒灌的情况。为了避免这种情况的发生,排烟窗可设计成弦窗或平移窗等方法,将烟气排放到外部,降低烟气倒灌的概率,且不影响正常的建筑物采光。但这种设计方法的施工成本较高,所以,如果条件允许,优先选用机械排风方式。由于高层建筑物的热压作用,建筑物内外空间的空气存在压力差,因此,室内防火、防烟分区可适当考虑自然排烟设计,防止冬季发生烟气倒灌的现象。
  
  ②当建筑物发生火灾时,建筑物内的温度较高,产生的烟气含有大量的可燃性气体,当这些可燃气体与空气接触后,易形成火焰并助燃。所以,为了确保人员疏散安全,建筑物的自然排风窗口的设计高度应大于蓄烟高度,并且排烟窗的位置应设置在1/2房间高度的上方。总之,高层建筑物无论采用自然排烟或者机械排烟的设计方法,其最终目的为了疏散人群,降低烟雾对人们造成伤害。但是,当着火区域的烟气温度高于280℃时,就应该关闭排烟系统,以防加剧火灾的的强度。
  
  3.2.3防排烟系统的具体设计。
  
  高层建筑防排烟系统设计,应考虑建筑物的建筑结构形式和应用特点,以安全为防排烟系统设计的基本出发点,再考虑如何降低施工成本、节省空间。《建筑设计防火规范》和《高层民用建筑设计防火规范》中,明确了高层建筑物防排烟系统设计的方案,并规定了一些细节设计的要求,具体内容如下:
  
  ①建筑物采用自然排烟的结构,其开窗面积要满足如下规定:1)消防电梯间前室和防烟楼梯间前室,可开启的外窗面积不得小于2m2,合用前室不得小于3m2;2)靠近外墙的防烟楼梯间,每五层可开启的外窗面积不得小于2m2;3)当内走道的长度小于60m时,其可开启外窗的面积应大于走道面积的2%;4)需排烟的房间,可开启的外窗面积需大于该房间面积的2%.
  
  ②建筑物内设有机械式排烟的,排烟风机的风量要满足如下规定:
  
  1)净空高度大于6m的不划防烟分区或有一个防烟分区排烟的房间,排烟风机的风量要按照大于60m3/(h·m2);2)大于等于两个防烟分区的排烟,排烟风机的风量不应小于120m3/(h·m2);3)当高层建筑物裙房的上部采用的是可开启外窗自然排烟时,其消防电梯的前室或合用前室、防烟楼梯及前室应设置局部机械排烟设施,排烟风机的风量要按照大于60m3/(h·m2)。排烟风机的排气口要设置在靠近顶棚的墙壁或顶棚上。
  
  ③设置在顶棚上的排烟口,与周围易燃或可燃物品的距离应大于1m,排烟口要有自动或手动关闭的功能。排烟区内的排烟口,距离最远点的水平距离应≤30m.
  
  ④机械排烟系统可采用离心式或排烟轴流式风机,并要保证在280℃的环境温度下,能够持续运行30min.排烟系统的入口处排烟支管,要设置可自动停机的排烟防火阀,排气管的材料要采用不可燃材质。
  
  ⑤在吊顶内安装的排烟管要采用不可燃材料,且与可燃物间的距离不应小于150mm.地下室设置机械式排烟时,还要设置送风系统,送风量应大于排烟量的50%.
  
  4结束语。
  
  总而言之,高层建筑火灾隐患多、救火难度大,在进行高层建筑的结构设计时,防排烟系统设计是极其重要的环节,其设计质量的好坏,对建筑物的使用安全和减少财产损失有着重要的影响。
  
  所以,设计人员要认真学习并掌握防排烟系统的设计理论,满足国家相关规范的要求,确保防排烟系统设计的科学性与合理性。
  
  参考文献:
 
  [1]GB50016-2006,建筑设计防火规范[S].
  [2]GB50045-95(2005年版),高层民用建筑设计防火规范[S].
  [3]段南。高层建筑设计中的排烟设计[J].企业导报,2010(10):292-295.
  [4]周燕来,朱国英。浅析我国高层建筑防排烟工程设计[J].知识经济,2011(12):83-86.