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地下商業(yè)建筑防火及防排煙設(shè)計(jì)探討

   日期:2012-04-18     作者:消防天下    瀏覽:538    

    隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市用地的緊缺,我國各大城市紛紛建筑地下工程,對市區(qū)黃金地段進(jìn)行立體開發(fā)利用。這些工程一方面繁榮市場經(jīng)濟(jì),一方面還可作為城市交通設(shè)施的組成部分。然而在地下商業(yè)建筑中,由于其特殊的建筑形式,一旦發(fā)生火災(zāi),溫度上升很快,火災(zāi)蔓延迅速,由于缺氧而呈現(xiàn)不充分燃燒,產(chǎn)生大量含一氧化碳等毒氣的濃煙,它既能使人缺氧窒息或中毒,又能使環(huán)境的能見度降低,給人員安全疏散造成困難。因此應(yīng)對地下商業(yè)建筑的火災(zāi)煙氣危險(xiǎn)性進(jìn)行研究,并針對其特點(diǎn)在建筑的防排煙設(shè)計(jì)中采取相應(yīng)的措施。 

1.地下商業(yè)建筑的火災(zāi)煙氣危險(xiǎn)性 

1.1空間封閉,著火后火災(zāi)煙氣產(chǎn)生量大溫度高,疏散困難 

    由于地下商業(yè)建筑出入口少,密閉性高,通風(fēng)條件差,一旦發(fā)生火災(zāi)可燃物產(chǎn)生大量的煙霧,將從起火部位以較快的速度向四處擴(kuò)散,并呈現(xiàn)聚集不散的狀態(tài),能見距離一般在2~5米之間。正常條件下人的水平疏散速度為1.0~1.2m/s,煙水平流動的速度為0.5~1.5m/s,人上樓的速度最快為0.6m/s,而煙向上流動的速度為水平速度的3~5倍。煙氣的快速擴(kuò)散及高溫直接威脅人身的安全。 

1.2建筑毗連,上下貫通,空間超大 

    為吸引客流便利商品流通,出現(xiàn)了不僅幾個地下商城毗連在一起,而且與地上商業(yè)建筑連通,進(jìn)而形成廣闊空間的現(xiàn)象,一旦發(fā)生火災(zāi),將使高溫?zé)煔庠?ldquo;煙囪效應(yīng)”的作用下,迅速向多座地下和地上建筑蔓延,嚴(yán)重威脅地上建筑,極易造成群死群傷的惡性后果。 

1.3客流物流大,火災(zāi)荷載密度高 

    由于各城市利用地下商業(yè)建筑兼作人員過街通道及節(jié)假日購物高峰時刻人員過分密集,致使人員密度指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過《人民防空工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》有關(guān)地下一層人員密度指標(biāo)為0.85人/平方米,地下二層人員密度指標(biāo)為0.80人/平方米的規(guī)定。據(jù)調(diào)查,在哈爾濱市相互連通的幾大貿(mào)易中心,雙休日時日客流量可達(dá)20~25萬人次。經(jīng)對總面積為98412m2的哈爾濱市南崗地下商貿(mào)城人員流動量的測算,在人員流量高峰時,同一時間約有4萬余人滯留其中。同時,地下商場以經(jīng)營服裝,鞋帽,小百貨為主,商品大部分是化纖,皮革,橡膠等可燃物,有毒物品,燃燒速度快,發(fā)煙量大,燃燒產(chǎn)生煙氣溫度高毒性大。 

2.地下商業(yè)建筑一般防火設(shè)計(jì)要求 

2.1總平面布局和平面布置 

    依據(jù)《人民防空工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第3.1.4A地下商店應(yīng)符合下列規(guī)定: 

a不應(yīng)經(jīng)營和儲存火災(zāi)危險(xiǎn)性為甲、乙類;

b營業(yè)廳不宜設(shè)置在地下三層及三層以下; 

c當(dāng)總建筑面積大于20000平方米時,應(yīng)采用防火墻進(jìn)行分隔,且防火墻上不得開設(shè)門窗口; 

2.2防火防煙分區(qū) 

2.2.1每個防火分區(qū)的允許最大建筑面積不應(yīng)大于500平方米,當(dāng)設(shè)有自動滅火系統(tǒng)時。允許最大建筑面積可增加一倍。

2.2.2當(dāng)?shù)叵律虡I(yè)建筑內(nèi)設(shè)置火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)和自動噴淋滅火系統(tǒng),且建筑內(nèi)部裝修符合GB50222的規(guī)定時,其營業(yè)廳每個防火分區(qū)的最大允許建筑面積可增加到2000平方米。 

2.2.3需設(shè)置排煙設(shè)施的地下商場,應(yīng)劃分防煙分區(qū),每個防煙分區(qū)的建筑面積不應(yīng)大于500平方米,防煙分區(qū)不得跨越防火分區(qū)。

2.2.4防火防煙分區(qū)應(yīng)本著火災(zāi)時限制火災(zāi)煙氣擴(kuò)散,有利于防煙排煙,盡量減輕火災(zāi)煙氣的危害,為人員安全疏散和滅火搶險(xiǎn)創(chuàng)造有利條件的原則,進(jìn)行科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、安全、實(shí)用的設(shè)計(jì)。防火防煙分區(qū)的面積大小,直接影響著防煙、排煙的效果,防火防煙分區(qū)的面積太大不利于防煙排煙,而面積太小防排煙效果好了,又不經(jīng)濟(jì),浪費(fèi)投資,有的場所甚至難于實(shí)施。與規(guī)范規(guī)定的500m2相比較,實(shí)驗(yàn)中經(jīng)過觀察,分析研究,防火防煙分區(qū)的面積在300m2~400m2之間較為適宜,。擋煙垂壁的有效垂度以50cm~80cm較為適宜,且盡可能更大一些為好。 

2.3安全疏散 

2.3.1每個防火分區(qū)的安全出口數(shù)量不應(yīng)少于兩個,且宜按不同方向分散設(shè)置,當(dāng)受條件限制需同方向設(shè)置時,兩個出口之間的距離不應(yīng)小于5m。 

2.3.2安全疏散距離應(yīng)滿足房間內(nèi)最遠(yuǎn)點(diǎn)至該房間門的距離不應(yīng)大于15m,房間門至最近安全出口或防火墻上防火門的最大距離為40m,位于袋形走道或盡端的房間時應(yīng)為20米。

3.地下商業(yè)建筑的防排煙設(shè)計(jì)探討

對地下商業(yè)建筑來說,防排煙的問題不單是安全疏散的要求,而且也是撲救火災(zāi)的需要,因此對地下商業(yè)建筑而言,防排煙系統(tǒng)的設(shè)置是尤為重要的,下面以地下商業(yè)建筑防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例進(jìn)行探討。 

3.1總體要求 
    同普通大空間建筑一樣,地下商業(yè)建筑綜合運(yùn)用擋煙垂壁、噴淋、排煙、送風(fēng)等各種方法來合理引導(dǎo)煙氣流動。其中送風(fēng)系統(tǒng)主要用于疏散樓梯間和主要疏散通道。煙氣進(jìn)入疏散樓梯間便會隨人流一同上行,很不利于疏散,因此建議超過一層時使用有正壓送風(fēng)的封閉樓梯間,擋煙垂壁的設(shè)置與排煙系統(tǒng)密切相關(guān),下面詳細(xì)介紹防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟。 

3.2設(shè)計(jì)方案選擇 

    無論采取哪種排煙方式都可能由于建筑層高太低而不成功。層高過低時,采用商店排煙方案可能導(dǎo)致煙氣溢出,流入走道;而采用走道排煙又可能導(dǎo)致煙氣層界面過低,威脅疏散人群的安全。對這個問題可以有兩種解決方法,一種是在商店和走道都設(shè)置排煙口;另一種是采用開式吊頂,利用吊頂上方的空間增加層高,但在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮吊頂內(nèi)設(shè)備管道的影響,另外探測和噴淋系統(tǒng)也需要調(diào)整。如果按照常規(guī)方式將探測器和噴淋頭安裝在吊頂下則會延遲這些設(shè)備的啟動,貽誤控制火勢的時機(jī),擋煙垂壁等分隔設(shè)備也應(yīng)延續(xù)到吊頂內(nèi),使上下分區(qū)統(tǒng)一。 

3.3設(shè)計(jì)計(jì)算步驟 

防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算有多種方法,雖然表現(xiàn)形式不同,但所需計(jì)算的物理量及計(jì)算步驟則是統(tǒng)一的。這里主要以英國常用的一套實(shí)驗(yàn)公式為例進(jìn)行說明,也部分參照美國標(biāo)準(zhǔn)。 

3.3.1確定火災(zāi)發(fā)展過程 

確定火災(zāi)的規(guī)模和發(fā)展過程是所有系統(tǒng)參數(shù)的基礎(chǔ)。通常將熱量釋放率表達(dá)為時間的平方來描述火的發(fā)展,NFPA92B依照熱釋放率達(dá)到1000Btu/s(1054kw)所需的時間將火災(zāi)發(fā)展過程分為超快、快、中等和慢四個檔次,它們從點(diǎn)燃至達(dá)到1000Btu/s的時間分別是75s,150s,300s,和600s。熱釋放率與時間之間的函數(shù)關(guān)系是: 

    Q=1000(t/tg)2————.…(1)

    式中:Q---火災(zāi)熱釋放率 

    t---從點(diǎn)燃起計(jì)的時間 

    tg---發(fā)展到1000Btu/s所需的時間 

    設(shè)計(jì)上使用穩(wěn)定火災(zāi)比較方便。研究表明,噴淋系統(tǒng)對火災(zāi)發(fā)展的作用在設(shè)計(jì)上可以考慮為:當(dāng)噴淋啟動后,火災(zāi)熱量釋放率就不再增長。因此可據(jù)室內(nèi)物品燃燒特性選定火災(zāi)發(fā)展速度,將其在噴淋啟動時達(dá)到的熱釋放率取做設(shè)計(jì)值;也可針對不同場所綜合出典型火災(zāi)發(fā)展過程為:3m×3m的火場,熱釋放率5MW(Morgan,1990);美國則給出單位面積火災(zāi)發(fā)展過程密度,商場為44Btu/ft2vs(約500w/m2),住宅為22Btu/ft2vs(約230w/m2)(NFPA92B,1991) 

    目前我國還沒有這類場所典型火災(zāi)發(fā)展過程的公認(rèn)數(shù)據(jù),為了保險(xiǎn)起見,可以選擇特快火進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。 

3.3.2根據(jù)安全要求確定設(shè)計(jì)空氣層高度 

由于煙氣層和空氣層之間還有一個煙氣濃度逐漸減小的過渡區(qū),在歐洲一般認(rèn)為清潔空氣層高度超過2.5m~3m才安全。按照我國人口身高情況,可使垂簾距地面1.8m,這樣商店內(nèi)空氣層高度維持在1.85m~1.9m就可以了。我國地下商業(yè)街層高均在3m左右,要在走道維持2.5m的空氣層高度顯然是不現(xiàn)實(shí)的,最好是采用商店排煙的方案,使煙氣不能進(jìn)入走道;如采用走道排煙,則采用開式吊頂以增加層高。 

3.3.3進(jìn)入煙氣層的質(zhì)量流量

Hinkley(1986)實(shí)驗(yàn)研究指出: 

    起火商店:M=0.19PYr2/3………….(2a) 

    從商店進(jìn)入走道:M=0.38PYc2/3……………(2b) 

    式中:M——進(jìn)入煙氣層的質(zhì)量流量; 

    P——火場的周長; 

    Yr——起火商店空氣層高度; 

    Yc——走道空氣層高度; 

3.3.4煙氣層厚度 

    平屋頂下單向流動,煙氣層厚度為(morgan,1990): 

    d=[MTc/rQ1/2w]2/3…………… 

    式中d——煙氣層厚度; 

    Tc——煙氣層絕對溫度,k; 

    r——系數(shù),有垂壁36,無垂壁78; 

    Q——煙氣層與環(huán)境溫度差; 

    W——流動通道寬度,雙向流動時采取實(shí)際寬度的兩倍.

3.3.5排煙口數(shù)量 

無論采用自然排煙還是機(jī)械排煙,能夠進(jìn)入單個排煙口的煙氣流量是有限的,過大的流量會排出煙氣層下臨近排煙口的空氣,而不能有效排除稍遠(yuǎn)處的煙氣。單個排煙口的最大排煙量取決于煙氣層厚度、溫度等因素,如下式: 

    mmax=&(gd5T1O)1/2 

    式中:mmax——單個排煙口的最大排煙量. 

    &——系數(shù),對于鄰近墻面的排煙口為1.3,對于遠(yuǎn)離墻面的排煙口為1.8; 

    g——重力加速度. 

    T1——環(huán)境絕對溫度 

    這樣排煙口的數(shù)目至少要達(dá)到:N》[M/mmax]

防煙樓梯間的機(jī)械加壓送風(fēng)量不應(yīng)小于25000m3/h。當(dāng)防煙樓梯間與前室或合用前室分別送風(fēng)時,防煙樓梯間的送風(fēng)量不應(yīng)小于16000m3/h,前室或合用前室的送風(fēng)量不應(yīng)小于12000m3/h(注:樓梯間及其前室或合用前室的門按1.5m×2.1m計(jì)算,當(dāng)采用其他尺寸的門時,送風(fēng)量應(yīng)根據(jù)門的面積按比例修正)。

4.2.2避難走道的前室送風(fēng)余壓值應(yīng)與防煙樓梯間前室的要求相同,機(jī)械加壓送風(fēng)量應(yīng)按前室入口門窗洞風(fēng)速不小于1.2m/s計(jì)算確定。避難走道的前室送風(fēng)口應(yīng)正對前室入口門,且寬度應(yīng)大于門洞寬度。 

4.2.3機(jī)械加壓送風(fēng)機(jī)可采用普通離心式、軸流式或斜流式風(fēng)機(jī),機(jī)械加壓送風(fēng)系統(tǒng)送風(fēng)口的風(fēng)速不宜大于7m/s,且采風(fēng)口與排煙口的建筑物中的排煙系統(tǒng)往往擔(dān)負(fù)一個或一個以上防煙分區(qū)的排煙任務(wù),一個防煙分區(qū)中,可同時安裝多個排煙口,但發(fā)生火災(zāi)總是從一個區(qū)域的一個局部開始,溫度高的火災(zāi)煙氣也總是在著火部位的附近進(jìn)入排煙系統(tǒng)。  

5.地下商業(yè)建筑防排煙設(shè)施的選擇 

5.1排煙口 

每個防煙分區(qū)必須設(shè)置排煙口,煙氣由于受熱膨脹,向上運(yùn)動并貼附于頂棚下,再向水平方向流動,因此要求排煙口應(yīng)設(shè)置在頂棚或墻面的上部;設(shè)置在側(cè)墻上部也可以,但排煙效果不是很好,與設(shè)置在走道上方相比略差。防火分區(qū)內(nèi)最遠(yuǎn)點(diǎn)據(jù)排煙口的距離不應(yīng)大于30m;單獨(dú)設(shè)置的排煙口,平時應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài),可采用手動或自動開啟方式。 

5.2排煙風(fēng)機(jī) 

排煙風(fēng)機(jī)可采用離心式風(fēng)機(jī),并在煙氣溫度達(dá)280℃時能連續(xù)工作30min,排煙風(fēng)機(jī)應(yīng)與排煙口設(shè)有聯(lián)動裝置,該聯(lián)動裝置與火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)也應(yīng)聯(lián)動,風(fēng)機(jī)入口處應(yīng)設(shè)與煙氣溫度超過280℃時能自動關(guān)閉的防火閥。 

6.總結(jié) 

綜上所述,地下商業(yè)建筑防火安全設(shè)計(jì)中最為重要的的防排煙設(shè)計(jì)問題,在地下商業(yè)建筑防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,應(yīng)首先考慮的是系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的確定和火災(zāi)發(fā)展過程的確定,這些問題直接影響防火、防煙分區(qū)劃分,擋煙垂壁的設(shè)置,管道布置等重要問題,需要結(jié)合建筑物具體情況綜合考慮。 

 
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