浅谈现代建筑防火设计_建筑设计论文发表

浅谈现代建筑防火设计
许春雷
摘  要：建筑防火设计是建筑整体设计的重要内容，本文首先介绍了火灾对建筑结构的破坏机理，并依据我国现行防火规范，从防火区域的划分、建筑结构材料的选取、消火栓的设置以及给水形式等方面对建筑防火进行了论述。
关键词：建筑防火；破坏机理；防火分区；消火栓

1.引言
现代建筑逐步向高层、超高层方向发展，而高层建筑火灾具有火势蔓延快、人员疏散难度大、火情扑救困难、火险隐患多等特点，特别是近几年关于火灾的报道频出，因此，现代建筑防火应当从建筑设计阶段就受到高度重视。
2.火灾的破坏机理
2.1火灾对建筑物的破坏机理
在现代建筑结构中，传统的木门、木窗、木檩等可燃易燃结构正逐步被铝合金结构或塑钢结构取代。然而，建筑结构的防火仍然不容忽视。维系建筑结构稳定性的关键部位是起承重作用的梁板柱以及承重墙体等结构。承重结构的核心是钢筋混凝土（或钢结构），采用这些材料作为承重结构，特别是钢结构，在高层建筑和大垮度等结构中越来越表现出无可比拟的优越性，比如对于一些大跨度建筑、高层建筑它更显示出独特的优势，所以使用率呈上升趋势。这些材料可以大大减小构件体积，降低建筑物本身的重量，提高构件的承载力，但是这些材料在火灾中表现的非常脆弱，一旦经受高温，材料的承载力会迅速降低。
经实验研究和实际火灾统计表明，当环境温度超过700℃时，混凝土结构便会产生脱水现象，而且混凝土会出现龟裂、松动甚至脱落现象，失去抗压强度和对内部钢筋的保护能力。而钢材的耐火性能更低，通常建筑工程所采用钢材的临界温度只有540℃，当火场温度达到该温度及其以上时，钢材的工程性能会降低40%左右。梁板柱等承重构件的迎火面内部钢筋一旦失去保护层的保护，受到大火的侵蚀，抗弯、抗拉强度会迅速降低，挠度骤然增加，从而导致建筑物的失稳或倾覆。
2.2火灾对建筑物内人员的伤害机理
    建筑物火灾对建筑物内人员的伤害主要是烟熏，导致室内人员窒息。现代建筑不断向高层、超高层趋势发展，而高层建筑一旦发生火灾，就会产生“烟囱”效应，在楼梯间、电梯井等部位的作用下，使受热空气、烟雾等延这些结构迅速上升，并在很短的时间内使烟尘充满整个建筑物，致使房间内缺氧，人员窒息而亡。
3.确保建筑物主体结构材料的的耐火稳定性
根据建筑工程中常用结构类型，我国将耐火能力划分为四个耐火等级，按照规范规定，高层建筑物的耐火等级必须为一或二级。建筑的耐火能力主要由建筑结构的耐火极限和燃烧性能决定，不同的耐火等级，耐火极限的耐火性能均有不同的规定。建筑结构的耐火极限主要是指结构从受到火灾的烧蚀作用开始，到结构的整体性被破坏或失去支承能力为止的这段时间(以小时为计时单位)。根据结构构件所选取的材料燃烧性能的差异，将建筑材料分为燃烧体(代表材料为木材)、难燃烧体(代表材料如沥青混凝土、刨花板等)和非燃烧体(比如砖、石、建筑金属等)。  　　在进行建筑设计时，建筑物的组成材料应根据其耐火等级来选定，并选取与之相适宜的构造方式。如耐火等级为一级的建筑物的承重墙、承重柱建筑材料的耐火极限不得低于3小时，比如用砖砌体或混凝土作成180毫米厚的墙或300×300毫米的柱，梁的耐火极限不得低于2小时，其钢筋保护层厚度不小于30毫米。
当屋顶采用金属承重结构时，其吊顶、望板、保温材料等均应采用不燃烧材料，屋顶金属承重构件应采用外包敷不燃烧材料或喷涂防火涂料等措施。高层建筑的中庭的承重构件也应采用外包敷不燃烧材料或喷涂防火涂料，而且其耐火极限不应小于1小时。电缆、可燃性气体、易燃性液体的管道不应敷设在变形缝内。
    建筑防火设计时，确保主题结构的耐火性对于提高主体结构的耐火稳定性，为人员疏散提供尽可能充足的时间，并挺高建筑物的灾后可修复性具有重要意义。
4.合理划分防火分区
4.1防火分区的作用
防火分区是建筑中为阻止烟火蔓延而采用防火墙等把建筑划分的空间区域。当火灾发生时，要想有效地阻止烟气扩散、遏制火势蔓延、为人员疏散和消防灭火赢足够的时间并减少火灾损失，正确地划分防火分区具有重要意义。一旦防火分区设计不合理、防火分隔措施不严密，将会造成火灾蔓延、火势扩大。综合多方面因素，全面考虑，做到真正合理有效的划分防火分区。
我国防火规范规定，一、二级耐火等级建筑长度超过150米要设防火墙，分区的最大允许面积为2500平方米；三、四级耐火等级建筑的上述指标分别为100米、1200平方米和60米、600平方米。一、二级防火等级的高层建筑防火分区面积限制在1000平方米或1500平方米内，地下室则控制在500平方米内。防火墙应为耐火极限4小时的非燃烧体，上面如有洞口应装设甲级防火门窗，各种管道均不宜穿过防火墙。
4.2防火分区划分的常见问题
  规范规定：防火墙不宜设置在U、L形等高层建筑的内转角处，当不得以设在转角处时，内转角两侧墙上的门、窗、洞口之间最近边缘的水平距离不应小于4米。防火墙上不应开设门、窗、洞口，当必须留设时，应设置能自行关闭的甲级防火门窗。且只有在设置防火墙有困难时，才可以小范围的采用防火卷帘和水幕分隔。
  但是商业营业性公共建筑进行防火分区设计时，大多为了追求通透的大空间，盲目采用防火卷帘对防火分区进行隔断，用单一的防火卷帘代替防火墙，从而造成“隔而不断” 的现象。防火卷帘的功能并不等同与防火墙，因为当火灾发生后，只有卷帘落定后才能起到防火隔断的作用，而防火卷帘的启动降落要滞后于火情，而且大篇幅的防火卷帘的故障率较高，火灾时一旦发生故障，就非常容易出现意外后果。 
4.3合理确定防火分区最大面积
    防火分区最大面积的确定，关系到建筑设计的经济效益和防火的安全。按照我国现行的建筑防火技术规范，依据建筑工程的设计意图，确定防火分区的允许最大面积。
    建筑物的使用功能决定建筑物的结构形式，我们应根据建筑物的不同使用功能，防火分区的划分要严格执行建筑防火规范。我国《建筑设计防火规范》GBJ16—87第三、四章中，对于新建、改建和扩建的建筑工程的防火分区划分也设计做了明确的规定，对于厂房、仓库、存储用房屋等工业建筑应按根据其火灾危险性分类，建筑耐火等级和高度等确定防火分区的占地面积和防火墙间面积；九层及九层以下的住宅、建筑高度不超过24m的其它民用建筑以及建筑高度超过24m的单层公共建筑，应按《建筑设计防火规范》第五章的规定确定防火分区的允许最大面积；高层民用建筑及相连的附属建筑应按《高层民用建筑设计防火规范》GB50045—95确定防火分区的允许最大面积；供平时作为商店、餐厅、公共娱乐场所、丙、丁、戊类生产车间和物品库房等使用的人防工程，应按《人民防空工程设计防火规范》GBJ98—87进行防火分区的划分；汽车库以及设在其它建筑内的停车库，应按《汽车库设计防火规范》GBJ67—84进行防火分区的划分。
    在划分防火分区时，不同性质的建筑物，分区的计算面积确定原则也不同，计算人防工程的防火分区时，应按使用面积计算，对于其它建筑，划分时应按建筑面积计算。如果防火分区设有自动灭火系统，其分区面积可以适当增大（最大允许面积可按规定增加一倍）。当局部增设时，增加面积应按该局部面积的一倍计算，而不能机械地全部面积增加一倍。 
4.4地下部分的防火分区划分
    对于有地下室的建筑，划分地下部分的防火分区时，应严格按照消防技术规范对分区面积加以限制。根据地下结构的特点，设计人员应合理确定防火分区允许最大面积，按不同的性质划分防火分区。
5.消防系统的设计
5.1合理选用消防给水系统的形式
对高层建筑消火栓给水系统形式的选择，首先我们应保证系统的安全可靠性，其次我们应尽量选用经济合理的供水形式。 按给水系统的服务范围分，可分为独立的消防给水系统和区域集中的消防给水系统，其中集中给水系统应用的较为广泛。按给水高度划分分，可分为分区给水和不分区给水，当消火栓栓口的静水压力小于0.8MPa时，采用不分区给水形式，当消火栓栓口的静水压力大于0.8MPa时，则宜采用分区给水形式。分区供水方式又包括：并联分区供水方式；串联分区供水方式；减压阀分区供水方式。
室内消防给水系统应与生活、生产用水系统分开独立设置，室内消防给水管道要布设成环状。室内环状消防给水网的进水管和城区高压或临时高压给水系统的引水管不应少于两根，以保证一旦其中一根发生堵塞时，其余管道能够为消防提供足够的水量。
5.2正确布设消防栓的数量
《高层建筑防火规范》规定：室外消火栓的数量应根据室外消防用水量计算确定，且每个消火栓的用水量应不小于10－15l/s，水泵接合器应设在室外便于消防车使用的地点，距室外消火栓或消防水池的距离宜为15－40米。所以，室外水泵接合器也应设置在15－40米范围内。且避免把各幢的消防栓分开，按各幢的体积计算室外消防用水量，未按整个住宅建筑群总体积计算的，设计人员要根据厂房的体积选择室外消火栓用水量设计参数，另外，在工程设计中，确定水泵接合器的布置位置时，要尽可能的使其相对集中，以利于与经计算的室外消火栓数量对应，否则，设计中有较多的室内消防系统需要较多水尖接合器，且分散布置时，则需要适当增设室外消火栓的数量。
6.结语
由于现代建筑结构中大量使用的保温材料、装修材料等多数为易燃材料，而且新建建筑结构不断向高层、超高层方向发展，一旦发生火情消防车等外界救援设备很难达到要求，这就要求在建筑结构设计之初做好防火设计。从消火栓的布置、防火分区的划分等方面做好防范工作。
参考文献
[1]建设部，国家质量技术监督局.高层民用建筑防火规范.[S].中国计划出版社.2008
[2]汪佳.高层建筑给排水消防设计刍议.[J].中国高新技术企业.2007年第6期.