高层建筑防排烟设计若干问题的探讨

摘要：针对高层建筑内部重点部位、重点场所的布局和结构特点，对防排烟设计进行分析、论证，提出部分优化设计的意见和建议，供设计、审核人员参考。
　　关键词：高层建筑，排烟设计，问题探讨
　　随着我国经济的迅速发展，高层民用建筑已从大中城市发展到中小城市，并且朝着大型化、高层化、多功能化的方向发展。由于高层建筑烟囱效应作用的影响，火灾产生的烟气浓度黑、温度高，危害性比一般建筑更加严重，大量的火灾统计数据表明，火灾中受烟害直接致死的约占80%以上。因此，高层建筑一旦发生火灾，迅速排放烟气，防止蔓延扩散，确保人员安全疏散是关键。
　　一、关于排烟口与室内最远点的水平距离问题
　　高层建筑的排烟分为可开启外窗的自然排烟和机械排烟。自然排烟是利用火灾时产生的热压，通过可开启的外窗或排烟窗（包括在火灾发生时破碎玻璃以打开外窗）把烟气排放到室外。自然排烟方式简单、经济，不需要专门的排烟设备，火灾时不受电源中断的影响，但受室外风向、风速和建筑本身的密封性或热压作用的影响。机械排烟是设置专用的排烟口、排烟管道及排烟风机把火灾产生的烟气和热量排放到室外。排烟风机工作时，排烟口附近产生负压，加速室内烟气的流动，强制将烟气排放到室外。
　　机械排烟口与室内最远点的水平距离，《高规》第8.4.5条规定很明确，“防烟分区内的排烟口距最远点的水平距离不应超过30m”。《高规》第8.1.3.1条：“一类高层建筑和建筑高度超过32m的二类高层建筑长度超过20m的内走道应设排烟设施”；《高规》第8.4.1.1条：“一类高层建筑和建筑高度超过32m的二类高层建筑的无直接自然通风，且长度超过20m的内走道或虽有直接自然通风，但长度超过60m的内走道，应设置机械排烟设施”。火灾时，人在浓烟中低头掩鼻最大通行距离为20～30m。显然，《高规》以人在浓烟中低头掩鼻最大通行距离的下限值20m判定高层建筑的内走道是否设排烟设施，考虑双向疏散，以人在浓烟中低头掩鼻最大通行距离上限值30m的二倍，即60m，判定高层建筑内有可开启外窗（仅在走道的两个尽端设置）的内走道是否设机械排烟设施。人在浓烟中低头掩鼻最大通行距离是20m还是30m，笔者认为这个数值要根据火灾时人员密度、火灾自动报警系统和灭火系统的完善程度，建筑材料中不燃烧体和难燃烧体使用情况而定，高层建筑内的商场、观众厅、多功能厅、会议室、歌舞娱乐放映游艺场所等公众聚集场所可燃装饰材料多、人员密度高，火灾时产生有毒烟气多、人员疏散速度相对较慢。因此，对于高层公共建筑，人在浓烟中低头掩鼻最大通行距离应该严格要求，采用20m。笔者建议在《高规》自然排烟一节中增加一条“自然排烟可开启外窗与室内最远点的水平距离不应超过20m”；《高规》第8.4.1.1条修改成“一类高层建筑和建筑高度超过32m的二类高层建筑的无直接自然通风，且长度超过20m的内走道或虽有直接自然通风，但长度超过40m的内走道，应设置机械排烟设施”。这样，就与2006年版《建规》中的相关执行条款统一起来了。
　　二、关于楼梯间、前室、消防电梯间前室及合用前室的防烟设计问题
　　高层建筑的防烟分为可开启外窗的自然排烟和机械加压送风的防烟。高层建筑发生火灾时，楼梯间是内部人员唯一的垂直疏散通道，消防电梯是消防队员进行扑救的主要垂直运输工具，为了安全疏散和扑救的需要，必须确保楼梯间、前室、消防电梯前室及合用前室内无烟。
　　从安全和经济的角度出发，高层建筑的楼梯间、前室、消防电梯间前室及合用前室宜靠外墙设置，并应直接天然采光和自然通风。无论何种形式的楼梯间，采用自然排烟，均应满足每五层内可开启外窗面积之和不应小于2㎡的要求。防烟楼梯间前室、消防电梯间前室采用自然排烟，可开启外窗面积不应小于2㎡，合用前室不应小于3㎡。当防烟楼梯间及其前室、消防电梯间前室、合用前室不具备自然排烟条件时，则应当设置机械防烟设施，其加压送风量具体可参见《高规》相关条款的规定，本文不再赘述。具体讨论以下两个方面的问题：
　　一是建筑高度超过50m的商住楼，住宅部分防烟楼梯间及其前室、消防电梯前室及合用前室是否要设机械防烟设施。《高规》第8.2.1条：“除建筑高度超过50m的一类公共建筑和建筑高度超过100m的居住建筑外，靠外墙的防烟楼梯间及其前室、消防电梯间前室，宜采用自然排烟方式”。本条条文说明中明确指出，超过50m的一类公共建筑，防烟楼梯间及其前室、消防电梯间前室及合用前室仅采用自然排烟方式是不够的，应设置机械防烟设施。笔者认为，对于建筑高度超过50m的商住楼、综合楼（上部设有住宅）等公共建筑，其住宅部分的防烟楼梯间及其前室、消防电梯前室及合用前室，当能采用自然排烟方式时，不一定要设置机械防烟设施。《建规》第5.4.6条：“住宅部分与非住宅部分应采用不开设门窗洞口的耐火极限不低于1.5h的不燃烧体楼板和2h的不燃烧体隔墙与居住部分完全分隔……；其他功能场所和居住部分的安全疏散、消防设施等防火设计，应分别按照本规范中住宅建筑和公共建筑的有关规定执行……”，《高规》仅对商住楼作出了类似规定。为确保住宅部分的人员安全疏散，商住楼、综合楼等上部设有住宅的公共建筑，其住宅部分必须与非住宅部分之间达到完全分隔要求，这样整个住宅部分形成了一个独立的防火、防烟空间，即使下部的公共活动用房区域发生火灾，火势和烟气也不会迅速蔓延至楼梯间及前室。因此，诸如此类高层公共建筑，其住宅部分防烟楼梯间及前室、消防电梯间前室及合用前室可直接采取自然排烟方式。
　　二是对不具备自然排烟条件的防烟楼梯间进行加压送风，其前室是否要设机械防烟设施。防烟楼梯间与其前室中间仅隔开一道乙级防火门，当防烟楼梯间进行加压送风时，风量只能通过前室及外门排放出去，在对防烟楼梯间加压送风的同时，实际上也间接的对其前室进行加压送风。因此，对不具备自然排烟条件的防烟楼梯间进行加压送风时，其前室可不设机械防烟设施，只是通往前室的风受到门的阻力，其压力、风量受节流，在设计和计算防烟楼梯间的送风量时，宜取《高规》表8.3.2－1中的较大值。
　　三、关于歌舞娱乐放映场所的排烟设计问题
　　影剧院、录像厅、歌舞厅、KTV等歌舞娱乐放映场所由于考虑影视、音响效果及环保等因素，往往在建筑和室内装修设计时，将一部分靠外墙的窗户进行封堵，使整个场所不具备自然排烟条件，形成大量的无窗房间、无窗空间。因此，消防监督人员在对歌舞娱乐放映场所进行审核、验收时，应对其内部排烟设计严格审查把关，防止火灾隐患产生。具体把握以下两个原则：一是疏散通道、房间、大厅内最不利点20m范围内必须设置有自然排烟口，或者30m范围内设置有机械排烟口；二是建筑面积超过100㎡的无窗房间应当设置机械排烟设施。实际上，歌舞娱乐放映场所为了确保室内良好的空气环境，平时都设有通风系统，设有排风管道设施。如果房间采用局部机械排烟方式，并与通风系统相结合，选择合理的排烟风机，增加一些常开式电动排烟风口，保证系统符合一定的防火要求，同时，把排烟自动装置与火灾自动报警系统联动起来，其排烟设计就更加完美了。
　　四、关于中庭的防、排烟设计问题
　　中庭在高层建筑中往往贯通数层，火灾时，火势和烟气迅速蔓延，在较短的时间内弥散到整个中庭，并通过中庭扩散到相邻空间。对于中庭的烟控技术主要有以下三个方面：一是限制中庭及相连空间内可燃物的存放量，减少发生火灾的可能性；二是安装自动喷水灭火系统，有效地降低火灾产生的热量和烟气，设置防烟隔断，限制烟气扩散；三是设置排烟设施，将火灾时中庭内积存的烟气有效地排放到建筑物外。《高规》第8.2.2.5条：“净高小于12m的中庭可开启的天窗或侧高窗的面积不小于该中庭面积的5%时，可采用自然排烟方式。”火灾时，烟气的上升速度为3～4m/s，一般只需3～4s就可上升到12m高度，由于烟气在上升过程中温度降低出现“层化”，当中庭不具备自然排烟条件或者高度超过12m时，应当设置机械排烟设施。具体可通过计算确定中庭的排烟量和排烟风机的设置数量：当中庭体积小于17000m3时，其排烟量按其体积的6次/h换气计算；当中庭体积大于17000m3时，其排烟量按其体积的4次/h换气计算，但最小排烟量不应小于102000m3/h。
　　防排烟设计是建筑消防设计中较复杂的环节，也是建筑生命安全系统的重点。作为设计、审核人员应在充分掌握理解规范要求的同时，针对具体工程仔细分析其客观特性，检查规范适用性和设计细节诸多容易出现偏差或遗漏的问题，实现高层建筑消防立足自救、安全可靠的设计目的。
　　参考文献：
　　1、GB50045-95《高层民用建筑设计防火规范》(2005年版，简称《高规》)
　　2、GB50016-2006《建筑设计防火规范》（简称《建规》）