建筑防火设计某超高层建筑避难层优化设计王秀秀(合肥市消防支队,安徽合肥230061)摘 要:从避难层的面积指标、设置方式和间隔层数三个方面对某超高层建筑避难层进行优化设计研究。
通过对现阶段我国城市人口体型特征进行样本统计分析,同时考虑避难人员行为状态因素,确定避难层人员密度为4人/m 2。
针对避难区和办公区的混合楼层,利用场模拟软件分析办公区发生火灾时烟气对避难区的影响。
结果表明,避难去与工作区设在同一层安全可行。
对15、20、25三种不同避难层间隔层数情况下人员疏散进行对比模拟分析,提出超高层建筑避难层的间隔层数在消防设施完善可靠的情况下,可以由15层增加至20层。
关键词:超高层建筑;避难层;人员面积指标;间隔层数中图分类号:X913.4,T U 972 文献标志码:A 文章编号:1009-0029(2010)09-0774-03随着我国国民经济的迅速发展,结构复杂、人员密集的超高层建筑逐渐增多。
高楼大厦虽然体现了繁荣、活力与发展,但也有诸多弊端。
由于内部管道竖井多、敞开通道多、用火用电多、聚集人员多等特点,超高层建筑消防安全格外值得关注。
高层建筑火灾与一般建筑火灾不同,有着火势蔓延快、火灾扑救难度大、人员疏散困难等特点。
避难层是指高层建筑中用作消防避难的楼层。
巧妙的避难层设计,可对缓冲人流、增加疏散人员的安全感、保证安全疏散起到良好的作用。
楼层数在25层以上的办公、旅店等人员较多的高层建筑,均宜设置避难层。
但为既满足安全疏散需要,又节约投资,宜缩小设置范围。
笔者从避难层的面积要求、设置方式、间隔层数三个方面对某超高层建筑避难层进行优化设计研究。
该研究工程背景是某超高层办公楼项目。
项目总建筑面积214029m 2,其中地上建筑面积169430m 2,地下建筑面积44599m 2。
主体建筑由两部分组成,包括一栋71层309.6m 高的办公楼和一栋3层的会议中心裙楼,两部分由两层连廊连接在一起。
该项目避难层以避难区的形式设置(见图1),分别位于综合办公楼第7、22、38、54和69层的局部。
/避难区0是避难层的一种新颖设计形式,与办公区等使用场所相结合,设置于使用层的局部,满足GB 50045-95(2005年版)5高层民用建筑设计防火规范6(以下简称/高规0)的相关规定,并与同层的办公区等使用场所进行完全的防火分隔。
图1 避难区设置示意图1 避难层面积要求分析/高规0第6.1.13.3条规定:避难层的净面积应能满足设计避难人员避难的要求,并宜按5.00人/m 2计算。
该条条文说明:避难层的人员面积指标是设计人员比较关心的事情。
集聚在避难层的人员密度是要大一些,但又不至于过分地拥挤。
考虑到我国人员的体型情况,若席地而坐,平均每平方米容纳5人尚属适宜。
/高规0是1995年5月3日发布,1995年11月1日实施的,其中关于避难层面积要求的条文从未修订。
从1995年到2010年,随着经济、社会的发展,我国人口的体型情况、人们对/拥挤0的理解、/席地而坐0的条件、人员的避难状况等已不可避免地发生了改变,尤其是现阶段我国人口肥胖比例显著增大。
避难层的面积要求需要重新研究和分析。
该项目开展了现阶段我国人口体型特征调研分析,针对某政府办公大楼窗口工作人员进行体检测量。
体检对象的年龄为20~50岁,体检时室内温度为20~27e ,地点为办公场所,体检对象身着单衣进行测量,在一定范围内保证数据的准确性。
测量项目包括身高、颈围、胸围、腰围、臀围,并记录年龄和体重等附加信息。
表1为各测量项目的具体测量方法。
表1 各测量项目的测量方法序 号项 目测量方法1身 高头顶至地面的垂直距离2颈 围在颈椎点绕颈一周的水平周长3胸 围沿胸廓一周的最大水平周长4腰 围腰部最细处周长5臀 围臀部最丰满处的水平周长在准确测量人体各部位尺寸后,需要对数据进行综合的统计分析。
该数据统计分析采用的是在Window s 系统下运行的社会科学统计软件SPSS,该软件是目前世774Fire S cience and T ech nology,September 2010,Vol 29,No.9界上流行的三大统计分析软件之一。
对数据进行描述性分析后,可以直观地看到测量的人体各部位的尺寸数据和它们的整体状况。
表2为5个测量项目的描述性分析,包括最大值、最小值、均值和标准差。
表2 体检测量结果项 目最小值/cm 最大值/cm 均值/cm 标准差/cm 身 高152.00181.00168.70 6.38颈 围27.0059.0039.03 2.43胸 围73.00121.0088.57 5.92腰 围55.00119.0079.78 6.62臀 围76.00124.0090.945.74结合上述体检测量结果,并调查现在人与人之间距离与舒适度的关系(即避难人员认可的相互间距),考虑避难层内人员坐与平躺的比例,得到一个新的避难层面积系数,即每个避难人员所占有的平均最小面积约为0.238m 2。
因此,避难层的人员密度标准应取4人/m 2更为合适。
2 办公区避难区共用楼层可行性分析在超高层建筑设计中,经常存在这样一种矛盾:利用避难层的面积系数计算得到的能满足设计避难人员避难要求的净面积往往小于标准层建筑面积。
这种情况下,把整层建筑作为避难层,必然对部分建筑面积造成浪费。
基于此,人们提出了/避难区0的概念,/避难区0与办公区等使用场所相结合,设置于同一楼层,满足/高规0(2005年版)对避难层的相关规定,并与同层的办公区等使用场所进行完全的防火分隔。
然而,办公区作为火灾危险性较大的场所,与避难区设置在同一楼层,仅仅使用防火墙和防火门进行分隔是否可行,笔者利用场模拟软件FDS 分析火灾烟气蔓延运动规律,考察了避难区和办公区共用楼层时防火门开启情况下,办公区发生火灾对避难区的影响。
考虑在办公区起火,火灾规模为1.5M W,办公区利用挡烟垂壁划分为3个防烟分区,机械排烟总量为60000m 3/h,利用门窗洞口进行自然补风,同时办公区与避难区之间有4个防火门连通。
图2为FDS 模型图。
图2 办公区火灾FDS 模型表3给出了FDS 模拟结果,可以看到,办公区发生火灾并且通向避难区的防火门不能及时关闭的情况下,只有小部分烟气会通过门洞蔓延至避难区,避难区在40min 内都处于安全的状态,说明目前这种避难区和办公区共用楼层的设计方式是合理可行的。
3 避难层间隔层数设置研究/高规0(2005年版)第6.1.13.1条规定:避难层的设置,自高层建筑首层至第一个避难层或两个避难层之间,不宜超过15层。
现在已经出现超过百层的超高层建筑,笔者认为每两个避难层之间的层数设置是值得进一步分析讨论的。
目前规范中对该条的规定都是定性的考虑,没有定量的标准。
影响避难层之间层数设置的关键参数是人员疏散时间,而影响人员疏散时间的主要因素是建筑的实际消防设施和功能使用情况。
笔者分别考虑了每隔15、20和25层设置避难层的三种情况,利用人员疏散模拟软件SIM U LEX 分别对这三种情况进行人员疏散模拟分析,对比三种情况下各层人员疏散至楼梯间的时间和整体疏散时间,确定比较合适的避难层间隔层数。
模拟考虑办公层每层设置人员200人,每层两部疏散楼梯,疏散宽度共计2.6m 。
三种情况下均假设所有人员同时向下疏散,各层人员疏散至防烟楼梯间即视为安全。
图3~图5为不同避难层间隔层数情况下各层人员疏散至楼梯间的时间柱状图。
图6为三种情况下各层人员疏散进入楼梯间的时间对比曲线。
可以看到,间隔层数为15层时进入楼梯间的最长时间为800s 左右;间隔层数增加为20层时,最长时775消防科学与技术2010年9月第29卷第9期间增加了200s 左右,即增加了25%;间隔层数为25层时,最长疏散时间增加了约800s 。
由于楼梯的宽度有限,楼层的增加会导致疏散时间的增长,并且楼层增加的越多,疏散时间的增幅越大。
笔者认为超高层建筑的避难层间隔层数可以较/高规0规定的15层有所增加。
由时间对比曲线可以看出,避难层间隔层数由15层增加至20层,最长疏散至楼梯间的时间仅增加25%,对人员疏散整体影响不大,是比较经济合理可行的一种方案。
4 结 论(1)避难层的人员面积指标是避难层设计的关键,笔者通过对人员体型特征的调研统计分析,认为避难层的人员密度标准应按4人/m 2更为合适。
(2)笔者针对目前在超高层建筑设计中提出的避难区与办公区共用一个楼层的情况,利用场模拟软件FDS 对办公区起火条件下,烟气通过未能及时关闭的防火门向避难区的蔓延进行了分析,结果表明避难区在40min 内都处于安全的状态,这种避难区和办公区共用楼层的建筑设计是安全的。
(3)利用人员疏散模拟软件SIM U LEX 对三种不同避难层间隔层数情况下的人员疏散进行了对比模拟分析。
根据模拟计算结果,当避难间隔为20层时,疏散时间比间隔15层时增加25%左右。
笔者建议超高层建筑避难层间隔层数在消防设施完善可靠的情况下,可以由15层增加至20层。
参考文献:[1]范维澄,王清安.火灾学简明教程[M ].合肥:中国科学技术大学出版社,1995.[2]钟茂华,范维澄,王清安,等.火灾事故时人员避灾策略的研究进展[J].自然灾害学报,1999,8(2):66-71.Optimization of refuge floor design in askyscraperWANG Xiu -x iu(H efei Fire Detachment,A nhui H efei 230061,China)Abstract:T he o pt imizatio n desig n of refuge flo or in one sky -scr aper for area co efficient,desig n method and interv al flo or number w as studied.Basing o n St atistical analysis peo ple phy -sique characterist ic in our city no wadays,and consider ing be -havio r state factor s on r efug e floor ,the optimal people density on r efug e flo or w as proposed as 4peo ple/m 2.R efug e flo or and w or k flo or are often desig ned o n one floor.When there is f ire in the wo rk ar ea,the smoke will spr ead to refuge ar ea via fire -proo fing doo rs.T he field -model was used to simulate the smoke spread r ule,and the results sho w that the refug e f loo r and w or k floor w hich ar e desig ned o n o ne floo r is safe and reasonable.T he inter val f loo r number was assumed as 15,20and 25.T he evacuatio n softw are SIM U L EX was used to simulate the evacuatio n.T he simulatio n results show that the inter val flo or number fo r r efug e floo r can be increased fro m 15to 20o n the base o f per fect fire pro tection establishment s.Key words:skyscraper;refuge floor ;ar ea co efficient作者简介:王秀秀(1978-),女,安徽合肥人,合肥市消防支队防火监督科科长,工程硕士,主要从事建筑防火设计审核工作,安徽省合肥市桐城路210号,230061。
