中庭建筑消防設計解析

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一般建筑的樓層問由中庭貫通，稱之為中庭建筑。中庭建筑設計以其具有賞心悅目的視覺空間、自然宜人的內部環境等功能而日益受到建筑業的青睞。但中庭建筑的大量涌現也為火災預防帶來了一系列新問題，對傳統的建筑防火設計提出了很大的挑戰。目前，中庭建筑的消防設計主要采用防火卷簾將中庭與相通的樓面進行防火分隔，這種設計一方面增大了建筑結構的承重要求，提高了建筑的造價，另一方面防火卷簾的質量、可靠性以及日常管理水平都直接影響到中庭的消防安全，同時也對中庭的視覺效果有很大影響。本文以某中庭建筑為例，運用性能化防火設計理論，對中庭建筑的消防設計進行一些探討。

1某中庭建筑的基本情況

某建筑是一幢通過中庭貫通的四層商場，其平面如圖1所示，每層建筑面積4325rn，層高4．5m，建筑內部設有6座疏散樓梯，疏散樓梯總寬度為7．2m。中庭內設有一座步行梯(以下簡稱步梯)，寬度為2．4m，步梯人口距樓層內最近商業單元的距離為2．3m。商場主要經營服裝、日用百貨、床上用品等，由于是個體承包經營，因此每個攤位都堆積了大量的商品，火災荷載較大。且各個店鋪之間沒有用防火板分隔，一旦發生火災，極易在店鋪間蔓延。

2中庭消防設計方案

2．1防排煙設計

目前，中庭建筑防排煙方法主要有兩種，即集中式和分散式。集中式排煙就是在中庭頂部設置排煙口，利用自然或機械排煙的方式將中庭內的煙氣排出。其優點是設計簡單，投入少，維護管理方便，安全可靠，因此應用比較廣泛。但對于中庭四周各層房間及小規模火災排煙效果較差，因此運用又受到了一定限制。分散式排煙是在建筑內各部位設置排煙風管，直接將著火處的煙氣排出。其優點是能有效排除中庭四周各層火災煙氣。但設計、施工復雜，投入大，日常維護困難，對建筑功能和美觀有一定影響，且不能排除中庭內的煙氣。綜合該建筑的實際情況，采用集中和分散式相結合的方法比較適用。對于該中庭建筑，分散式排煙可將排煙口選擇在起火區或回廊部位。為充分利用建筑層高，同時降低投入，中庭四周各層排煙口設在回廊。如圖2所示，在中庭四周每層走廊兩側、吊頂下方設置擋煙垂壁，高度為0．6m，防煙分區間采用到頂實體墻分割，這樣在走廊內形成了4個寬2m、高2．1m的蓄煙池。當某個店鋪發生火災后，煙氣首先在防煙分區內蓄積，煙氣層下降到擋煙垂壁以下高度時，煙氣開始進入走廊的蓄煙池，通過走廊即回廊內的機械排煙系統排出。如果走廊機械排煙量不足，煙氣將溢入中庭，由中庭內的排煙風機排出。設計排煙方案如下：在各樓層的蓄煙池內設置機械排煙口，哪個區域起火，就在其相鄰的蓄煙池內排煙；同時對中庭進行機械排煙。排煙量按照GB50016—2006(建筑設計防火規范》(以下簡稱《建規》)的有關規定確定。該建筑中庭體積為12m×64m×21m：16128m，中庭每小時換氣次數為6次，折算成排煙量為96768m／h，取100000m／h。各回廊內的排煙量定為20000m／h。運用數值模擬計算進行驗證，判定條件是若第四層的煙氣下降到危險高度1．5m時，第四層人員已全部撤離該層，則該方案可行。反之，各區域的機械排煙量要重新確定。

2．2防火分區的劃分

該建筑按照規范要求，已設計安裝火災自動報警系統和閉式自動噴水滅火系統，裝修也符合GB50222—95《建筑內部裝修設計防火規范》的要求，每層建筑面積為4325m。，因此每層可劃為一個防火分區。在中庭連通部分，考慮到中庭四周有2m寬的走廊，走廊外沿還設有1．2m高的鋼筋混凝土護欄，商鋪著火時，火焰難于通過中庭向上蔓延。本研究中，中庭內要求不設置固定商鋪，為防止走廊和中庭內流動可燃物起火時的火災蔓延，在中庭四周設置了自動消防水炮和雙波段光截面火災自動探測報警系統，根據已闡述的火災防排煙設計，中庭四周可不設置防火卷簾。

2．3人員疏散設計

如圖1示，建筑每層設計了6座疏散樓梯，總寬度為7．2m。中庭內有一步梯，寬度為2．4m。按照JGJ48—88《商店建筑設計規范》第3．1．2條、第4．2．5條和《建規》第5．3．17條的規定，商業建筑的疏散寬度應按疏散人數和每百人疏散寬度指標計算，疏散人數應按每層營業廳建筑面積乘以面積折算值和疏散人數換算系數計算。疏散人數換算系數，第一、二層為0．85、第三層為0．77，第四層及以上各層為0．60；面積折算值取0．5；每百人疏散寬度指標，地上一、二層0．65m／百人、地上三層0．75m／百人，地上四層及以上各層1．00m／百人。計算結果見表1。由表1和前述疏散樓梯的設計可知，存在疏散寬度不足的問題。若將中庭步梯用于初期的人員疏散，將大幅改善疏散需要。影響中庭步梯疏散安全的因素主要有兩類：一是火災煙氣的直接危害(這在后面的煙氣運動分析中將會說明)，但在正常情況下，火災初期的煙氣運動難以對使用中庭步梯人員構成較為嚴重的危險。二是火焰輻射危害。為減少火焰輻射危害，在樓層到中庭步梯人口處設置了水幕保護。參見圖1中虛線位置，設置了兩排水幕，水幕與回廊的外梁平齊。據有關研究，當水幕噴頭的流量為2L／(S•m)，噴頭工作壓力在0．1MPa時，水幕可降低火焰輻射強度的一半，這樣就能有效減少減少火焰輻射的危害。

3分析與探討

3．1火災煙氣流動預測分析

根據建筑內可燃物的分布，本研究設置了典型火災場景，并使用CFAST區域模擬軟件進行了煙氣流動預測，結果如表2所示。由表2可知，水噴淋正常工作乃至水噴淋局部失效的情況下，煙氣要在950s后，才能下降到1．5m的人員疏散的危險高度。在最危險情況水噴淋大面積失效時，煙氣也要在720s時達到這一高度。在此場景下，頂層煙氣不會達到180℃

3．2人員疏散預測分析

根據建筑單位提供的人員載荷數據，使用EVACNET4(人員疏散模擬軟件)對人員疏散進行了模擬數值分析，表3中列出了不使用和使用中庭步梯的計算結果?？梢?，采用中庭步梯進行疏散，能減少疏散時間150S左右，有利于提高人員疏散的安全性。如果人員載荷沒有超過設計疏散人數，疏散用時將更少，人員疏散的安全性將能更好地得到保障。

3．3結論

由上述的火災煙氣運動預測分析和人員疏散預測分析可知，對于周圍樓層起火的情況，即使在水噴淋局部失效時，即在最危險狀態下，煙氣下降到威脅人身安全的1．5m的時間超過950s。而根據建筑單位提供的人員載荷數據計算得出的時間(見表3)，第四層人員疏散時間，在不使用中庭步梯時疏散時間為788s，使用中庭步梯時疏散時間為620s。顯然，該方案是能保證人員安全疏散要求的。因此，中庭的防排煙設計、防火分隔設計和人員疏散設計等方案是可行和有效的。

4建議

對于本中庭建筑，采用上述的中庭消防安全設計方案是可行的，也是有安全保證的。但在極端情況下，即水噴淋滅火系統大面積失效時，對人員的安全疏散將構成嚴重威脅。因此，在日常工作中，要加強對自動消防設施的管理，防止大面積失效情況的發生。由于人的行為模式和安全意識對人員的安全疏散具有重要影響，因此，一方面建筑內安全疏散引導設施要規范、合理、一目了然；另一方面要加強對工作人員安全疏散的演練，提高人們的安全意識和素養，在火災情況下做到有序、合理疏散。