中庭建筑消防设计解析

一般建筑的楼层问由中庭贯通，称之为中庭建筑。中庭建筑设计以其具有赏心悦目的视觉空间、自然宜人的内部环境等功能而日益受到建筑业的青睐。但中庭建筑的大量涌现也为火灾预防带来了一系列新问题，对传统的建筑防火设计提出了很大的挑战。目前，中庭建筑的消防设计主要采用防火卷帘将中庭与相通的楼面进行防火分隔，这种设计一方面增大了建筑结构的承重要求，提高了建筑的造价，另一方面防火卷帘的质量、可靠性以及日常管理水平都直接影响到中庭的消防安全，同时也对中庭的视觉效果有很大影响。本文以某中庭建筑为例，运用性能化防火设计理论，对中庭建筑的消防设计进行一些探讨。

1某中庭建筑的基本情况

某建筑是一幢通过中庭贯通的四层商场，其平面如图1所示，每层建筑面积4325rn，层高4．5m，建筑内部设有6座疏散楼梯，疏散楼梯总宽度为7．2m。中庭内设有一座步行梯(以下简称步梯)，宽度为2．4m，步梯人口距楼层内最近商业单元的距离为2．3m。商场主要经营服装、日用百货、床上用品等，由于是个体承包经营，因此每个摊位都堆积了大量的商品，火灾荷载较大。且各个店铺之间没有用防火板分隔，一旦发生火灾，极易在店铺间蔓延。

2中庭消防设计方案

2．1防排烟设计

目前，中庭建筑防排烟方法主要有两种，即集中式和分散式。集中式排烟就是在中庭顶部设置排烟口，利用自然或机械排烟的方式将中庭内的烟气排出。其优点是设计简单，投入少，维护管理方便，安全可靠，因此应用比较广泛。但对于中庭四周各层房间及小规模火灾排烟效果较差，因此运用又受到了一定限制。分散式排烟是在建筑内各部位设置排烟风管，直接将着火处的烟气排出。其优点是能有效排除中庭四周各层火灾烟气。但设计、施工复杂，投入大，日常维护困难，对建筑功能和美观有一定影响，且不能排除中庭内的烟气。综合该建筑的实际情况，采用集中和分散式相结合的方法比较适用。对于该中庭建筑，分散式排烟可将排烟口选择在起火区或回廊部位。为充分利用建筑层高，同时降低投入，中庭四周各层排烟口设在回廊。如图2所示，在中庭四周每层走廊两侧、吊顶下方设置挡烟垂壁，高度为0．6m，防烟分区间采用到顶实体墙分割，这样在走廊内形成了4个宽2m、高2．1m的蓄烟池。当某个店铺发生火灾后，烟气首先在防烟分区内蓄积，烟气层下降到挡烟垂壁以下高度时，烟气开始进入走廊的蓄烟池，通过走廊即回廊内的机械排烟系统排出。如果走廊机械排烟量不足，烟气将溢入中庭，由中庭内的排烟风机排出。设计排烟方案如下：在各楼层的蓄烟池内设置机械排烟口，哪个区域起火，就在其相邻的蓄烟池内排烟；同时对中庭进行机械排烟。排烟量按照GB50016—2006(建筑设计防火规范》(以下简称《建规》)的有关规定确定。该建筑中庭体积为12m×64m×21m：16128m，中庭每小时换气次数为6次，折算成排烟量为96768m／h，取100000m／h。各回廊内的排烟量定为20000m／h。运用数值模拟计算进行验证，判定条件是若第四层的烟气下降到危险高度1．5m时，第四层人员已全部撤离该层，则该方案可行。反之，各区域的机械排烟量要重新确定。

2．2防火分区的划分

该建筑按照规范要求，已设计安装火灾自动报警系统和闭式自动喷水灭火系统，装修也符合GB50222—95《建筑内部装修设计防火规范》的要求，每层建筑面积为4325m。，因此每层可划为一个防火分区。在中庭连通部分，考虑到中庭四周有2m宽的走廊，走廊外沿还设有1．2m高的钢筋混凝土护栏，商铺着火时，火焰难于通过中庭向上蔓延。本研究中，中庭内要求不设置固定商铺，为防止走廊和中庭内流动可燃物起火时的火灾蔓延，在中庭四周设置了自动消防水炮和双波段光截面火灾自动探测报警系统，根据已阐述的火灾防排烟设计，中庭四周可不设置防火卷帘。

2．3人员疏散设计

如图1示，建筑每层设计了6座疏散楼梯，总宽度为7．2m。中庭内有一步梯，宽度为2．4m。按照JGJ48—88《商店建筑设计规范》第3．1．2条、第4．2．5条和《建规》第5．3．17条的规定，商业建筑的疏散宽度应按疏散人数和每百人疏散宽度指标计算，疏散人数应按每层营业厅建筑面积乘以面积折算值和疏散人数换算系数计算。疏散人数换算系数，第一、二层为0．85、第三层为0．77，第四层及以上各层为0．60；面积折算值取0．5；每百人疏散宽度指标，地上一、二层0．65m／百人、地上三层0．75m／百人，地上四层及以上各层1．00m／百人。计算结果见表1。由表1和前述疏散楼梯的设计可知，存在疏散宽度不足的问题。若将中庭步梯用于初期的人员疏散，将大幅改善疏散需要。影响中庭步梯疏散安全的因素主要有两类：一是火灾烟气的直接危害(这在后面的烟气运动分析中将会说明)，但在正常情况下，火灾初期的烟气运动难以对使用中庭步梯人员构成较为严重的危险。二是火焰辐射危害。为减少火焰辐射危害，在楼层到中庭步梯人口处设置了水幕保护。参见图1中虚线位置，设置了两排水幕，水幕与回廊的外梁平齐。据有关研究，当水幕喷头的流量为2L／(S•m)，喷头工作压力在0．1MPa时，水幕可降低火焰辐射强度的一半，这样就能有效减少减少火焰辐射的危害。

3分析与探讨

3．1火灾烟气流动预测分析

根据建筑内可燃物的分布，本研究设置了典型火灾场景，并使用CFAST区域模拟软件进行了烟气流动预测，结果如表2所示。由表2可知，水喷淋正常工作乃至水喷淋局部失效的情况下，烟气要在950s后，才能下降到1．5m的人员疏散的危险高度。在最危险情况水喷淋大面积失效时，烟气也要在720s时达到这一高度。在此场景下，顶层烟气不会达到180℃

3．2人员疏散预测分析

根据建筑单位提供的人员载荷数据，使用EVACNET4(人员疏散模拟软件)对人员疏散进行了模拟数值分析，表3中列出了不使用和使用中庭步梯的计算结果。可见，采用中庭步梯进行疏散，能减少疏散时间150S左右，有利于提高人员疏散的安全性。如果人员载荷没有超过设计疏散人数，疏散用时将更少，人员疏散的安全性将能更好地得到保障。

3．3结论

由上述的火灾烟气运动预测分析和人员疏散预测分析可知，对于周围楼层起火的情况，即使在水喷淋局部失效时，即在最危险状态下，烟气下降到威胁人身安全的1．5m的时间超过950s。而根据建筑单位提供的人员载荷数据计算得出的时间(见表3)，第四层人员疏散时间，在不使用中庭步梯时疏散时间为788s，使用中庭步梯时疏散时间为620s。显然，该方案是能保证人员安全疏散要求的。因此，中庭的防排烟设计、防火分隔设计和人员疏散设计等方案是可行和有效的。

4建议

对于本中庭建筑，采用上述的中庭消防安全设计方案是可行的，也是有安全保证的。但在极端情况下，即水喷淋灭火系统大面积失效时，对人员的安全疏散将构成严重威胁。因此，在日常工作中，要加强对自动消防设施的管理，防止大面积失效情况的发生。由于人的行为模式和安全意识对人员的安全疏散具有重要影响，因此，一方面建筑内安全疏散引导设施要规范、合理、一目了然；另一方面要加强对工作人员安全疏散的演练，提高人们的安全意识和素养，在火灾情况下做到有序、合理疏散。