高层建筑设计中防火及节能分析
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摘要：本文结合作者实际工作经验，分析了高层建筑设计的节能和防火这两个元素，供大家参考。
Abstract: Combined with the practical work experience, this paper analyzes the energy saving and fire two elements of the high-rise building design, for your reference.
Key words: high-rise building; architecture design; fire and energy saving analysis
中图分类号：TU2文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
高层建筑的节能和防火设计是一个复杂的体系，要做好做精并不容易。但是只要我们积极总结传统建筑的精华，同时从结构设计和材料选择等方面同时入手，相信高层建筑的节能性和防火性可以取得质的飞跃。进入21世纪以来，高层住宅发展迅猛，人类最高建筑的高度不断被刷新，但高层建筑的防火与巨大的能源消耗，这已经成为了困扰高层建筑进一步发展的瓶颈。上海11.15大火灾震惊了世人，巨大的人员伤亡和财产损失给受害者及其家属带来了重大的物质和精神创伤，也为世人敲响了警钟——高层建筑的防火必须引起全社会的高度重视，否则必将带来极度严重的后果。而另一方面，日本、上海、纽约等正在策划的新“摩天大楼”都因为能源供给和能源密度等问题一再延缓，综上来看，高层建筑的防火、节能设计已经受到了学界的广泛关注，关于这两个元素，我们可以分别予以讨论。
1 节能设计
由于能源的短缺和环境污染的严重，高层建筑普遍在施工和使用等环节都十分重视节能和环保。一般来说，高层建筑的节能设计包含了能源利用设计和结构设计这两个方面，能源设计主要从能源获取途径的开发和加强能源循环利用这两个方面考虑；而结构设计则主要从建筑的布局、新型材料的利用以及窗墙比等方面分析，具体内容如表一所示。
表一 节能设计元素表
一方面尽量使用环保的材料，少产生建筑垃圾，广泛使用新型的保温隔热材料，如门窗多采用铝塑复合节能窗，断桥铝合金节能窗等的使用，可以大大提高高层住宅的保温隔热效果。目前大力推广的平开多腔室塑料门窗型材，采用三腔、四腔甚至五腔的设计，可以便于在腔室填充聚氨醋发泡材料，更可以利用反应型热融胶与中空玻璃或低辐射玻璃（Low-E）配合使用，大大提升中空玻璃的保温隔热性能的发挥。根据业界的分析和预测，下一代平开多腔室塑料门窗型材可以实现节能60%，降噪50分贝以上。又例如，充分做好建筑墙体的保温隔热设计，通过减少热量的传递，来达到减少空调电扇等耗能电器的使用频率。目前使用比较多的是做外墙外保温系统、CL体系、内保温系统等，做法可以是在空心墙砖中加入苯板颗粒，也可以是在墙体外侧加一层聚苯板、挤塑板等等，做法不尽相同。还有在屋面设置保温隔热材料，如聚苯板、挤塑板等。这样相当于给建筑物全身穿了一套衣服，目的是为了节约能源，使建筑本身达到良好的隔热效果。
另一方面，太阳能、风能、地热能等清洁自然能源的大力开发，也是高层建筑节能设计的趋势。安装太阳能、地热能等自然能源转换设备，可以加强对自然能源的利用；同时，建筑自身还需要建立完善的能源循环系统，例如，洗澡、洗手、洗脸、洗菜等轻度污染的水可以通过建筑自身的净化系统进行简单进化，再作为冲厕所的水源；又例如在热能丰富的夏天，我们可以通过安装太阳能热水器，实现生活热水的供应，而不必再使用燃气热水器，从而达到节约能源的目的。
2 防火设计
高层建筑的防火设计采用了与普通建筑完全不同的理念和思路，其核心思想是“小火能灭，大火可控、特大火结构不被破坏”，而这主要通过建筑物结构上和材料上的创新来实现。
首先，新型超高建筑通常采用“空洞结构”，在建筑物中分段设置一定数量的大型空洞。以规划中的新东京塔为例，新东京塔每隔150米便用钢混结构作柱，形成大面积的空中花园，这些花园都储备有大量水源，既可以美化环境，在发生火灾时可以及时有效地自动灭火，这样充分地解决了高出水压不够的问题。最重要的是，这些空中花园可以加强空气的对流，从而大大降低高层住宅的晃动感。
除了结构上的创新，防火材料的选用也是高层建筑防火设计的重要方面。对于建筑结构承重和分隔构件的材料必须是非燃烧体，对于装饰材料要尽量避免采用燃烧材料，这样才能避免火灾发生后火势蔓延过快。同时高新防火材料也应该大力研究和倡导使用。目前正在研发中的新型SCC自密实混凝土，其耐火极限较普通混凝土提高3—4倍，发生火灾时，处于中心焰区的混凝土可以在12h内保持基本性能不便，对其内的钢筋起到保护作用，从而使得钢筋混凝土的主体结构保持稳定。对于钢结构，则要充分做好钢材的保护层，以避免高温作用下钢材的软化。目前的新型防火涂料，采用脂氨酸混合物，可以对型钢等钢材起到良好的防火作用，使钢结构保持稳定，杜绝了9.11事件中世贸大楼因为钢材和钢筋受热熔断从而引起建筑整体坍塌的悲剧再出出现。逃生方面，在建筑设计上要尽量避免过分的追求新奇特，平面形状的过于复杂对于火灾来临时人的逃生和消防员的扑救都是非常不利的。同时，高层建筑的消防楼梯必须严格按照规范要求做防烟楼梯间，并采用防火门阻止火灾的蔓延，同时每隔一定楼层设置避险舱，目前美国、日本等国研发的高层建组合火灾避险舱可以经受烈焰3小时的灼烧，为被困人员的获救赢得宝贵的时间。
3 结束语
随着我国城市化进程的不断加速，高层建筑越来越多的出现，做好高层建筑的设计工作，提出合理有效的建筑设计的方案，其宗旨都是为了人类的安居乐业和长久的持续发展。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。