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关键词:超高层;消防给水;常高压消防系统
Abstract: the author thinks that high building fire water system tall building fire series often high pressure fire control system is more reasonable and reliable.
Keywords: tall; The fire water system; Often high pressure fire control system
中图分类号: TU998.1 文献标识码:A文章编号:
随着社会的发展,超高层建筑在各大中城市如雨后春笋般拔地而起,它们在节约用地、改善城市形象等方面发挥了重要作用。然而超高层建筑的火灾危险性较其他多层建筑和一般高层建筑要大很多,其疏散困难、火灾蔓延快、扑救难度大,所以消防设计在超高层建筑设计中的重要性极为突出。
目前,我国尚未制定专门针对超高层建筑消防设计的规范,设计人员在设计时往往套用高层建筑设计的规范和经验,采用临时高压供水系统。而对于超高层建筑,其建筑高度大,功能复杂,在消防供水设计中往往存在分区多、管路复杂、管道系统受压过高、系统联动控制复杂、水泵运行中管道易出现超压现象(严重时甚至会出现管道破裂现象)等一系列问题。就这些问题,设计人员都采取了各种不同的处理措施,但本人认为,超高层建筑消防采用常高压消防系统能更好地解决上述问题。
常高压消防给水系统在超高层建筑中的作法
超高层建筑中的常高压消防给水由重力水箱来实现,即在建筑物的最高处或适当的位置(如避难层等)设置满足消防水量和压力的重力水箱,并由重力水箱向各竖向消防给水分区供水。
首先,在建筑最高处或者适当的位置(如避难层等)设置高位消防水池,贮存建筑所需的设计消防用水总量,其计算应按火灾延续时间内,同时使用的各种灭火系统消防用水量之和(如城镇自来水管网能满足消防用水量和室外消火栓供水水压,且由两路不同城市给水干管供水,在建筑周围组成环状供水管网时,消防水池可不贮存室外消防用水量)。高位消防水池可由高区生活给水管独立供水,也可采取地下室设置消防转输水池通过转输泵和转输水箱独立供水,在特别重要的建筑,或根据当地消防部门的意见,两者结合供水。
其次,根据下面四条规范条文,将室内消火栓系统和自动喷水灭火系统合理分区。《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95(2005年版)(下面简称《高规》)第7.4.6.5 条“消火栓栓口的静水压力不应大于1.00MPa,当大于1.00MPa时,应采取分区给水系统。”、第7.4.6.2 条“消火栓的水枪充实水柱应通过水力计算确定,且建筑高度不超过100m的高层建筑不应小于10m;建筑高度超过100m的高层建筑不应小于13m。” ,《自动喷水灭火系统设计规范》GB 50084―2001(2005年版)第8. 0. 1 条“配水管道的工作压力不应大于1.20MPa”及第6.2.4条“ 每个报警阀组供水的最高与最低位置喷头,其高程差不宜大于50m。”
最后,对于最高处的分区,采用高位水池加消防泵提升供水(临时高压系统);对于次高区,采用高位水池重力供水(常高压系统);对于以下分区,在合适位置设置(如避难层等)设置消能水箱,采用消能水箱重力供水(常高压系统),消能水箱每个分区设置不应少于两个,其有效容积按该分区10分钟的消防用水量计算确定,消能水箱的作用相当于高位水池重力供水的减压装置,相对减压阀来说更为安全可靠。
实际案例应用
位于广东省深圳市红岭中路与深南东路交界处的京基100,是目前深圳第一高楼,中国内地第三高楼、全球第八高楼。建筑主体超高层大厦部分建筑面积约22万平方米,楼高441.8米,共100层。在消防供水设计上,京基100便采用了这种设置高位水池重力供水的常高压消防系统。
京基100在91层设置高位消防水池,该水池采用地下室消防水池通过转输泵和中间转输水箱加压供水与高区生活给水管供水两者结合的供水方式。大厦地下四层设消防水池、转输泵,将水送至 38层消防转输水箱,38层转输泵将水送至74层消防转输水箱, 74层转输泵将水送至91层消防水池内(两座270立方米水池), 98层设有消防稳压水箱(两座12立方米水箱)及稳压设施。38层、74层均设有消防减压水箱(两座21立方米水箱)。
京基100消火栓系统的分区: -4F~1F为1区,3F~17F为2区,18F~32F为3区,由38F消防减压水箱重力供水;33F~50F为4区,51F~68F为5区,由74F消防减压水箱重力供水;69F~73F为6区,74F~85F为7区,由91F消防水池重力供水;86F~98F为8区,由91F消火栓加压泵加压供水。
喷淋转输水箱等与消火栓系统共用,喷淋系统分区同消火栓系统。
常压消防系统的优势分析
第一,常高压消防给水系统始终贮存着建筑所需的消防用水量,保证了火灾发生时,消防用水的供给;
第二,管网内始终保持着消防所需的压力,无需使用水泵加压即可满足消火栓和自动喷水灭火装置的供水压力,可以避免停电和水泵失效状态下不能供水的问题;
第三,对于临时高压消防系统相比,其管网所承受的压力大大降低,系统各供水分区均不存在高压管道,压力恒定,不会出现超压现象;
第四,与设置中间转输水箱的供水方式比,设备少,系统简单,管路简化,维修方便,便于管理,系统联动控制简单,同时增加了建筑物的有效使用面积;
总结
超高层建筑火势蔓延快、疏散困难、扑救难度大、火险隐患多、一旦发生火灾造成的经济损失巨大,其消防用水的安全可靠无疑成为其消防设计的重中之重。而常高压供水方式,以其供水压力稳定可靠而著称,是消防供水系统最完美、最理想的供水方式。对于超高层建筑这种节约土地、彰显现代、标志城市迈入“国际大都市”的建筑更应该创造条件,采用这种安全可靠的消防供水方式。
【参考文献】
关键词:超高层供配电设计防雷 消防报警系统
中图分类号:F407.6 文献标识码:A
前言
超高层建筑一般都建设在城市的生活和经济中心,由于超高层建筑的楼层多,建筑高度高,对供电的可靠性以及消防等的要求也比普通的高层建筑高得多,其特点是运行设备多、安全运行标准高,因而电气设计的复杂性增加了很多,下面就超高层建筑电气设计的要点做些浅析。
1、供配电系统电源
a、超高层建筑建筑体量较大,设备用电量较大,对其供配电系统要做整体设计,至少需要两路独立市电电源,还需要另设应急电源或备用电源。
b、超高层建筑的正常电源数量不应少于两个,各路电源应为不同路由的线路,宜采用专线,由上级变电站或开关站放射式供电。电源电压等级可以为10kV、20kV、35kV或110kV。
当一路电源断电时,剩余电源应能保证二级及以上负荷的供电。
2、高压供配电系统
a、超高层建筑的高压供配电系统宜采用主配变电所——分配变电所结构,主配变电所应采用单母线分段的主接线形式,采用高压电缆放射式引至分配变电所。
b、高压系统的配电级数不宜多于两级。
c、应根据当地供电部门的规定,35kV电压等级可直降到0.4kV;也可先将35kV降压到10kV,再将10kV降到0.4kV。
d、如当地供电部门没有特别要求,20kV电压等级可直降到0.4kV。
3、应急或备用电源系统设计
《住宅建筑电气设计规范》JGJ242-2011第3.2.3条规定: 建筑高度为100m或35层及以上住宅建筑的消防用电负荷、应急照明、航空障碍照明、生活水泵宜设自备电源供电。
超高层建筑应急或备用电源系统设计原则如下:
a 柴油发电机组在超高层建筑中既可作为应急电源使用,也可以作为备用电源使用。当备用电源满足应急电源条件时,备用电源可以兼作应急电源。
b 超高层建筑宜设柴油发电机作为应急电源或备用电源。设置在超高层建筑内的柴油发电机,应根据负荷大小、单台电动机最大启动容量、供电半径等因素确定柴油发电机的额定输出电压:
(1)当建筑物高度低于200m时,宜采用低压柴油发电机;
(2)当建筑物高度大于400m时,宜选用高压柴油发电机;
(3)当建筑物高度在100m~400m时,应进行技术分析、比较,确定柴油发电机的额定电压。
假设负荷为三相平衡负荷,线路电压损失可采用公式(1)计算:
U%=0.173IL(R0Cosφ+X0Sinφ)/U0(1)
式中,U%—线路电压损失,一般情况下从配电变压器二次侧母线或发电机配电柜母线算起的低压动力线路允许电压损耗值为5%;
I—负荷计算电流,A;
L—线路长度,Km;
R0 、X0—线路单位长度的电阻和电抗,单位:Ω/Km;
Cosφ—功率因数;
U0—额定电压,KV。
若采用加大电缆截面或插接母线截面降低线路电压损失,而带来经济指标不合理时,应选用高压柴油发电机作为应急或备用电源。
c 用油量应能满足人员疏散的要求。
柴油发电机组的油箱容量应能保证180min,即3h以上的用油量。
从消防角度看,日用油箱暂按1m3设置,每套机组设置一个日用油箱,同时,在户外红线内设一个能保证所有机组运行3h以上用油量的地下油罐。
d 备用电源宜采用独立于正常电源的发电机组,不应采用蓄电池。酒店部分的备用电源应按酒店管理公司的要求设置,用于出租的写字楼宜预留柴油发电机组房的位置及进排风、供油等条件。
e 柴油发电机房宜设在地下一层、地下二层、首层,也可设置独立的柴油发电机房,不宜在避难层和顶层设置柴油发电机组。
4、超高层建筑配变电所设计
a、配变电所应设置在负荷中心,主配变电所宜设在地下一层、地下二层(非最底层)和首层,也可设置独立的变电站。分配变电所应根据负荷情况设在避难层、顶层,其变压器容量不宜超过1000kVA,且应考虑设备运输通道。
b、超高层建筑至少在主配变电所设值班室,值班室宜单独设置,也可与控制室合用。值班室应能直通或经过走道与高压配电装置室和相应的配电装置室相通,并应有门直接通向室外或走道。
根据工程具体情况,配变电所的高低压开关柜布置型式可选择下进下出,下进上处,上进下出,上进下出。当有大截面电缆或电缆数量较多时,宜设电缆夹层,电缆夹层净高不应低于1.8m、且不高于3.2m。
5、超高层建筑的外部防雷
主要是防直击雷和防侧击雷,其作用是保护建筑物不受雷击,外部防雷装置主要由接闪器、引下线、接地装置组成。
①接闪器包括避雷针和避雷网(带),对于超高层建筑,还应考虑将屋顶出现的卫星接收器、有线电视、航空障碍灯、节日彩灯纳入接闪器保护半径之内。
②引下线的作用是将避雷网(带)与接地装置连接在以前,为雷电流提供通路,通常利用主题结构的柱主筋或剪力墙钢筋做引下线。引下线应沿建筑物四周均匀或对称布置,其间距不应大于规范要求,应尽可能的增加引下线数量,适当减小引下线间距。
③接地装置包括接地体和接地线,防雷接地体应尽量用自然接地体作为接地装置。
由于超高层建筑比较高,雷电可能从建筑物侧部击中建筑物,侧击雷的保护一般不需要专设接闪器,先判断属于第一类还是第二类防雷建筑物,然后在30米或45米以上规范要求设置均压环的各层(或每三层)圈梁内的主筋焊通,形成均压环。
6、超高层建筑火灾报警系统
超高层建筑火灾报警系统的设计应从提高火灾报警系统的智能化和可靠性这两方面入手。
a提高火灾报警系统智能化程度
1)对火灾报警系统内部而言,超高层建筑一般采用全智能火灾报警系统。鉴于超高层建筑体量大,各功能场所的分割具有较大的不确定性,因此为了适应房间形状、面积和使用性质的变化,每条报警回路应留出30%左右的探测器数量裕量。
2)对火灾报警系统外部而言,智能化的含义主要指系统联动。消防系统是一个由建筑、设备及电气等专业构成的整体,专业间的密切配合及统筹安排十分重要。采用系统联动方式,就成为争取火灾前期时间和主动权的有效手段。
提高火灾报警系统可靠性的措施有:
A)采用控制中心报警系统;
B)系统具有完善的自检功能;
C)关键部件冗余可采用具有双主机热备份的系统等;
D)报警回路采用环形总线;
E)探测器与模块分开回路设置,每15~20个探测器设1个短路隔离模块。
当火灾报警系统与保安监控系统联动,在火灾之初,火场的摄像机可将现场画面迅速传至中央控制室,通过实景画面,值班人员可以立即确认是火灾还是探测器误报,从而马上采取广播、排烟、正压送风、启动消防泵、喷淋、向消防局119台报警、降客梯、切换消防电源等一系列应急措施。
当火灾报警系统与车库管理系统联动,一旦发现火情,便可声光报警,强制抬起进出口栏杆,使车辆尽快逃出车库。另外火灾报警系统还可与楼控、广播音响和门禁系统等联动。只要这些措施可靠得力,便可将超高层建筑火灾消灭在萌芽状态,将损失减至最小。
b提高联动控制系统的可靠性
提高联动控制系统的可靠性的措施有:
1)对于重要的灭火和防排烟设施,应考虑多种、多地联动和手动控制方式,以增加被控设备的可靠动作。尽量采用多线制的手动控制柜,并处理好接口问题;
2)合理设计各类管线的走向、敷设方式和敷设场所,采取必要的防火措施,避开可能对线路造成损坏的热源,确保消防电气线路处于安全环境中;
3)与建筑专业协调,合理确定消防控制中心的位置,以使其尽量靠近弱电管道井,使消防电气管线以最短距离汇入弱电管道井;
紧急广播系统能够及时通知火灾建筑物内人员发生火灾的位置,应当朝哪个方向疏散。但普通紧急广播系统存在信息单一、不能同时对不同区域播放不同内容和智能化程度低等缺点。针对超高层建筑的更具智能的早期预警语音疏散系统应运而生。该系统对于超高层建筑来说是至关重要的。
7、工程实例分析
某工程总用地面积:26666m2,建筑面积:4395000m2,塔顶高度:358米,建筑层数:地上88层,地下3层,供酒店、办公、商业用。电源:2路35kV,同时工作,互为备用。变压器总容量:40200kVA 单位容量:101.7VA/m2。
1)供配电系统电源
根据本工程的负荷等级,要求供电电源为2路独立的35kV的电源,分别引自两个不同的220kV变电站。每路电缆均为双根300mm2的铜芯电缆、沿不同路径引至本工程主站高压配电室。两路高压电源同时工作,互为备用,每路均能承担本工程全部负荷。
2)高压供配电系统
两路35kV独立电源,同时工作,互为备用。主站为35kV配电,分站电压由35kV直降至0.4kV,在主站设置保护,在分站进线处设负荷开关。如下如所示:
3)应急(备用)系统
本工程采用400V应急柴油发电系统,位于地下层,系统简单,供油方便,维护方便,投资低。
4)变配电所设计如下表所示:
变电站 供电区域 位置 变压器容量估算(kVA) 选定变压器容量(kVA)
0#配电站 主站35kV T2楼B2层
2-1#配电站 办公,塔(2)低区办公B4-33/F T2楼B2层 4*1600/2*2000
2-2#配电站 办公,塔(2)冷冻站B4 T2楼B2层 6731 4*1600
2-3#配电站 办公,塔(2)高区办公33/F-49/F T2楼33层 3997 4*1000
2-4#配电站 办公,塔(2)高区办公49/F-67/F T2楼49层 4094 4*1000
2-5#配电站 酒店,塔(2)67/F至顶部 T2楼67层 5151 4*1000
1-1#配电站 酒店塔(1)酒店和公寓 T1楼B2层 2886 4*1250
1-3#配电站 裙房 T1楼B2层 3134 4*1250
超高层商业办公综合体不同于政府功能性建筑,也不是纯粹的城市形象工程,其变配电所的设计,除了要以安全性、可靠性为基本要求,同时还应该结合建筑本身的定位和特点,考虑其运行的灵活性,以及业主投资、运营的经济性。
总之,超高层电气设计要考虑负荷等级的适用范围、应急供配电的容量计算、各种应急状态(包括一路供电断电、两路供电断电、火灾等)时各类用电负荷和柴油发电机的运行策略等等。
参考文献
1国内外防火规范的比较
1.1高层建筑划分《民用建筑设计通则》(GB50352-2005)规定,建筑高度大于100m的民用建筑为超高层建筑。《住宅建筑规范》(GB50368-2005)规定,35层及35层以上的住宅建筑应设置自动喷水灭火系统和火灾自动报警系统。《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045-95,2005年版)规定,当高层建筑的建筑高度超过250m时,建筑设计采取的特殊的防火措施,应提交国家消防主管部门组织专题研究、论证。美国《国际建筑规范》(2009年版)规定,有人员使用的楼面到消防车可以到达的地面的高差大于22.9m的建筑为高层建筑。对于建筑高度小于等于128m的建筑,可采用ⅠB类耐火等级的结构替代ⅠA类耐火等级的结构,但承重柱的耐火极限不应降低。英国《建筑设计、管理及使用消防安全技术规范》(BS9999∶2008)规定,顶层楼板到地面的高度超过18m时,应设置消防电梯和防烟楼梯间且前室内设置消火栓。此外该规范按照顶层楼面高度的不同对建筑耐火等级作了规定,如A2类建筑(人员处于清醒状态且熟悉环境,火灾增长速率为中速火),当顶层楼面高度超过60m时,构件耐火极限不低于2.50h。法国《高层建筑防火安全法规》(2007年版)规定,建筑高度大于50m的住宅及建筑高度大于28m的其他类型的建筑为高层建筑,建筑高度大于200m的建筑为超高层建筑。1972年的国际高层建筑会议将高层建筑分为4类:第一类为9~16层(最高50m),第二类为17~25层(最高75m),第三类为26~40层(最高100m),第四类为40层以上(高于100m)。由此可见,各国对于高层建筑均作了规定,但对超高层建筑的划分并不完全一致。有关高层建筑高度划分标准如下:美国23m、英国30m、法国28m(其中住宅50m)、我国24m,可见几个国家的规定相对而言差别不大,总体上,我国的规定比较适中。我国和法国明确界定了超高层建筑的划分高度,我国为100m,法国为200m,其中我国规范对建筑高度大于250m的建筑作了专门要求。美国和英国没有单独规定超高层建筑,但从消防救援以及建筑耐火等级角度对超过某一建筑高度的高层建筑作了特殊规定。如美国规定对于建筑高度小于等于128m的建筑,可采用ⅠB类耐火等级的结构替代ⅠA类耐火等级的结构,但承重柱的耐火极限不应降低;英国规定人员处于清醒状态且熟悉环境、火灾增长速率为中速火的建筑,当顶层楼面高度超过60m时,承重构件耐火极限均不低于2.50h。
1.2耐火等级各国规范均根据建筑高度及使用功能规定了相应建筑的耐火等级,有关超高层民用建筑主要承重构件的耐火极限要求对比情况见表1。从表1可以看出我国规范中有关柱、梁、承重墙等承重构件的耐火极限要求与其他国家的规定比较接近,但楼板的耐火极限相对偏低。根据国内建筑火灾统计资料,火灾延续时间在1.50h以内的占88%,在1.00h以内的占80%。与之对应国内规范将一级耐火等级建筑物楼板的耐火极限定为1.50h,二级耐火等级建筑物楼板的耐火极限定为1.00h。我国二级耐火等级建筑占多数,这样大部分一、二级耐火等级建筑不会被烧垮。当然,建筑构件的耐火极限定得越高,发生火灾时烧垮的可能性就越小,但建筑的造价要增加。
1.3防火间距各国规范均通过限定防火间距作为防止火灾在建筑之间蔓延的措施,美国规范详细规定了建筑相邻部位的开口要求,当间距大于9.1m时,则对外墙耐火极限没有要求。英国采用相邻建筑外墙所受热辐射强度来确定防火间距,以是否达到引燃木材的热辐射强度12.6kW•m-2作为判定条件,要求建筑到达公共边界或者假定的边界(而非相邻建筑物)的距离为其达到热辐射要求的计算距离的一半。例如,在火灾规模为30MW的情况下,距离着火建筑7.9m的距离处即可达到12.6kW•m-2的辐射强度,从而可以引燃木材。所以在这种情况下,要求其到达与相邻建筑公共边界的距离取7.9m的一半,即不小于4m。法国规范要求相邻高层建筑外墙的耐火极限不低于2.00h或具有8m的防火间距。我国规范也有限制外墙开口的类似规定,如开口面积小于外墙面积的5%时,防火间距可减少25%。对于耐火等级均为一、二级的相邻建筑,高民用层建筑与相邻高层建筑的防火间距为13m,与相邻多层建筑的防火间距为9m。我国规范中有关高层建筑与多层建筑的防火间距规定与国外规范相比较为接近。
1.4避难设施避难层(间)作为高层建筑尤其是超高层建筑重要的安全疏散设施,各国规范均有详细规定。美国规范规定电梯候梯厅在采取防烟措施的条件下可兼做避难区域,同时对避难区域提出了双向疏散要求。对人员疏散存在困难的医疗建筑,美国规范要求可供患者睡觉休息或治疗的楼层以及其他人员荷载超过50人的楼层均应采用挡烟设施分为至少两个烟气控制区,并对该类建筑中的避难区域面积作了规定,卧床病人按照2.8m2•人-1、其他人按照0.56m2•人-1确定避难面积。英国规范允许避难区域设置在受保护的楼梯间内。此外,美国、英国规范均考虑了使用轮椅等行动不便人员的避难需求,其每人占用的面积美国为0.9m2,英国为1.3m2。我国规范对超高层公共建筑设置避难层作了明确的规定,但对超高层住宅建筑,《民用建筑设计通则》要求设置避难层(间),而防火设计规范没有相应的规定,有关超高层住宅设置避难设施的技术要求仍需要进一步完善。
1.5消防救援确保火灾情况下消防车辆能够迅速到达着火建筑,提供消防救援人员进入建筑物的入口,对于营救建筑内的被困人员、降低火灾损失具有重要意义,国内外规范对消防车道(包括其宽度、通行高度和坡度、回转场地等)及消防扑救作业面(包括长度、与建筑的距离等)均有所规定。美国规范中消防车辆可到达的位置与建筑内设置消防设施的情况有关,当建筑内设有自动喷水灭火系统时,该距离可相应增加,如消防车道应能到达距建筑入口15m的位置,此外建筑物外墙与消防车道的距离不应超过46m,当设有自动喷水灭火系统时可增加到137m。英国规范规定消防车应能到达距消防水泵接合器18m的位置。法国规范规定消防车道与建筑物的距离不应大于30m。我国规范通过规定消防车登高操作场地的布置要求,限定其与建筑的距离不宜小于5m,且不大于10m。同时规定消防车与消防水泵接合器的距离为15m~40m。可见国内外规范对消防车到达位置与建筑之间的距离要求比较接近,一般控制在15m~40m的范围内。关于超过一定长度的袋形消防车道应设置回车场地的要求,美国规范规定为46m,英国规范为20m。我国规范规定尽头式消防车道应设置回车道或回车场,但未明确其长度要求,应进一步细化该规定。
2超高层民用建筑防火设计加强措施
综上所述,针对建筑高度大于100m的超高层民用建筑的防火设计,提出如下加强措施:
2.1耐火等级我国规范规定超高层民用建筑的耐火等级为一级,从前文对国内外超高层民用建筑主要承重结构构件的耐火极限对比分析可以看出,我国对于一级耐火等级建筑要求其楼板的耐火极限为1.50h,而国外规范的相关要求均不低于2.00h,可见我国规范对建筑楼板的耐火极限要求相对偏低。为给超高层民用建筑的消防救援以及人员安全疏散提供更有利的条件,建议提高楼板的耐火极限。目前,我国有关楼板的构造做法及耐火性能见表2。由表2可以看出,在楼板厚度为100mm(保护层厚度为10mm),其耐火极限可达到2.00h,楼板厚度达到120mm(保护层厚度为20mm)时,耐火极限可达2.65h。结合国外规范的相关要求和我国实际的楼板构造做法情况,对超高层民用建筑楼板的耐火极限提出如下要求:超高层民用建筑楼板的耐火极限不应低于2.00h。
2.2防火间距我国规范中有关高层建筑与多层建筑的防火间距规定与国外规范相比较为接近。此外,规范中规定在设有防火墙等条件下,高层建筑与相邻建筑的间距可以不限或不小于4m。对于超高层民用建筑,较大的防火间距除有利于防止火灾在建筑之间的蔓延外,也为消防救援提供了有利的条件。考虑到我国超高层建筑的数量及相应的救援和管理条件,建议即使在采取设置防火墙等措施的条件下,也不应调整超高层民用建筑与相邻其他建筑的防火间距。为此,提出如下建议:超高层民用建筑与相邻民用建筑的防火间距应符合高层民用建筑与民用建筑防火间距的相关规定,其间距在采取设置防火墙等措施的条件下也不应减小。超高层民用建筑与工业建筑的防火间距(包括与甲类厂房,与甲类仓库,与甲、乙、丙类液体储罐,与可燃气体储罐,与可燃材料堆场的防火间距)应符合高层民用建筑与工业建筑防火间距的规定,其间距在采取设置防火墙等措施的条件下也不应减小。
2.3避难设施避难层(间)作为高层建筑尤其是超高层建筑重要的安全疏散设施,各国规范均有详细规定。我国《高层民用建筑设计防火规范》对高层公共建筑设置避难层作了明确的规定,但对高层住宅建筑的避难层设置没有提出要求。仅在《民用建筑设计通则》中有高层住宅需要设置避难层(间)的规定。因此,我国建筑防火设计规范中有关超高层住宅设置避难设施的技术要求仍需要进一步完善。可以结合住宅建筑的特点,设置避难间。同时参考美国、英国等国家的规范对医疗建筑的避难区域或使用轮椅等行动不便人员的避难需求的规定,我国建筑设计防火规范在规定高层建筑安全疏散设施时也应考虑行动不便人员的避难需求,为该类人员的安全疏散提供可靠的保障。此外,对于高层建筑避难间的具体设置高度要求,需要考虑到当前消防车辆救援高度一般在50m的实际情况。为此,提出如下具体建议:建筑高度大于50m的高层病房楼,其50m以上楼层每层应设置避难间。建筑高度大于54m的住宅建筑,其54m以上楼层每层应设置避难间。
2.4消防救援《建筑设计防火规范》(整合修订稿)对消防灭火救援要求的规定,补充了现行相关国家标准在消防救援规定方面的不足,但对需要设置回车场的尽头式消防车道的长度要求需补充规定。结合道路中心线间的距离不宜大于160m的规定建议取1/4,即40m。此外,超高层住宅建筑与其他使用功能的建筑上下组合建造时,其裙房屋面如果兼做消防车登高操作场地,应对其屋面板的耐火极限提高要求,以确保消防救援作业的安全,可考虑与防火墙的耐火极限要求一致,即3.00h。为此,提出如下具体建议:一是长度超过40m的尽头式消防车道应该设置回车道或回车场。二是超高层住宅建筑与其他使用功能的建筑合建,住宅部分通过裙房屋面疏散且裙房屋面用作消防车登高操作场地时,裙房屋面板的耐火极限不应低于3.00h。
3结论
基于上述比较分析,对于超高层民用建筑的防火要求,笔者建议在《建筑设计防火规范》(整合修订送审稿)中增加以下规定:
3.1耐火等级。超高层民用建筑耐火等级不应低于一级,其楼板的耐火极限不应低于2.00h。
3.2防火间距。超高层民用建筑与相邻民用建筑的防火间距应符合高层民用建筑与民用建筑防火间距的相关规定,其间距在采取设置防火墙等措施的条件下不应减小;超高层民用建筑与工业建筑的防火间距(包括与甲类厂房,与甲类仓库,与甲、乙、丙类液体储罐,与可燃气体储罐,与可燃材料堆场的防火间距)应符合高层民用建筑与工业建筑防火间距的规定,其间距在采取设置防火墙等措施的条件下也不应减小。
关键词:超高层办公楼;建筑防火设计
中图分类号:S611文献标识码: A
前言:超高层建筑一般是指高度超过 100m 的建筑,通常在40层以上,与普通高层建筑相比,其具有火灾危险系数大、火势蔓延快、人员疏散困难等特点,同时由于我国现行的防火设计规范对于超高层建筑的设计要求还不够详尽,为此防火设计成为超高层建筑结构设计的重点与难点。本文现就超高层办公楼的建筑防火设计进行探讨。
一、火灾事故在超高层建筑中的特点
在火灾事故中,超高层建筑物的危害远远大于普通高层建筑物,其主要变现有火势蔓延快、人员疏散难度高等特点,致使发生严重的人员伤亡事故;消防设施不完备,扑救工作困难;建筑材料被燃烧,会导致不同程度的局部坍塌甚至全部坍塌。火灾后带来的后果包括:
(一)对预应力钢筋混凝土的影响。这种结构在高温条件下,钢筋会拉伸,降低了承载能力;
(二)对砌体结构的影响。高温条件下,砌块内部受热不均匀,会使得砌体开裂,最终导致倒塌。
在火灾发生时,如果建筑物上部倒塌,则下面的楼板会吸收因灭火时产生的污水,增加了楼板的负荷,使楼板因负荷过重而坍塌。而高温的钢筋混凝土由于污水的入侵,温度会急速下降而造成表面开裂,破坏钢筋的保护层。高温条件下建筑材料的强度会降低,加之建筑本身内部所产生的热应力等,会对高层建筑带来更大的危害。
二、避难层消防设计
所有超高层公共建筑都必须设置避难层,规范对避难层的设置要求较为明确,在具体设计过程中,还需要加强与当地消防部门的沟通,完善细部设计。
例如:关于首个避难层,规范规定从地面到首个避难层不能超过 15 层,但在工程实践中不宜将首个避难层设得太高,应考虑消防登高车作业的救援便捷程度,一般首个避难层靠近裙房屋面较为合理。关于楼梯间在避难层的设置要求,规范中只提到防烟楼梯间应在避难层分隔、同层错位或上下断开,但对如何断开(用栏杆还是墙体断开)没有详细要求,对防火门在避难层开启方向也未明确,通过参考上海等地消防部门对超高层避难层设计疑难问题的处理意见,并与当地消防部门协商,本文认为楼梯间在避难层用隔墙和防火门断开、错位比较可靠,同时楼梯间疏散门在避难层应朝避难区方向开启较为合理。关于电梯在避难层停靠问题,规范规定,消防电梯应在避难层停靠,但未说明其他电梯是否可以停靠,在本项目中,经与消防部门协商,避难层是禁止普通电梯停靠的,这样可以提高避难区的安全性。除了以上细部设计要求外,还有几点应特别注意:
(一)避难层的设备用房
避难层往往是设备集中布置或管道转换的场所,如何减小设备区对避难层的火灾影响,是避难层消防设计的重点。
1、在设备区和避难区之间做防火分隔,为确保安全,本项目采用耐火极限 3 h 的防火墙和甲级防火门进行分隔。
2、对穿越避难区的管线管道进行控制。在布置避难层平面分区前,应协调设备专业,尽量使得连接核心筒和设备区的管线管道不要穿越避难区,当必须穿越时,应该采用防火吊顶进行分隔,耐火极限不低于 1 h,并把设备管线用防火材料包裹及封堵更为可靠的做法是在避难层上方设置 2m 左右层高的管道夹层,用楼板阻隔火势通过管道向避难区蔓延。
3、设备区的检查门不应直接开向避难区,除了疏散楼梯前室防火门以外的任何门向避难区开门时,都应该加设前室。
(二)避难层的百叶窗设计
当避难层采用自然排烟方式或设有空调机组时,外立面上就需要设置百叶窗,随着建筑外立面设计要求越来越高,建筑造型越来越丰富,传统通风百叶有时难以满足设计师对外形的严苛要求,通风百叶的隐蔽化和与立面一体化设计越发重要,有以下几种方法可以采用:
1、用玻璃百叶替代金属百叶,由于现代超高层办公楼普遍采用玻璃幕墙形式,玻璃百叶就可以很好地弱化避难层百叶对整体立面的影响;
2、采用新的通风构造设计,如在避难层楼面的上下两端设置通风缝,改变在整层设置百叶的做法,就能起到很好的隐蔽化效果。总之,通过创新材料应用和构造方式,改善避难层的百叶窗设计是值得建筑师重视的一个问题。
(三)节能和隔声要求
避难层是因为防火设计的要求而产生的。大量自然通风部位的天花和楼板均应考虑保温构造要求,避免相邻上下办公楼层的室内结露。同时由于避难层往往兼作设备层,布置了较多的设备机组,容易对下部办公楼层产生振动和噪声影响,对于高级办公楼,避难层楼板宜采用浮筑地坪、隔声吊顶等隔振降噪的措施,保证良好的办公环境。
三、疏散人数的计算标准
疏散人数的计算标准是确定疏散宽度的关键,直接影响到楼梯宽度和避难区面积大小,对于控制超高层办公楼标准层平面的有效面积比意义重大。对于办公楼使用人数的计算标准有以下方法:
(一)按日常使用人数计算
暖通专业在计算空调负荷时,首先要确定使用人数,这可以作为建筑专业计算疏散人数的参考。对于不同档次的办公楼,《公共建筑节能设计标准》(GB 50189―2005)明确了不同的人均使用面积计算标准,超高层办公楼一般都是当地标志性建筑,通常定位为高档办公楼(例如本项目),可以按 8(m2/每人)计算。
(二)按极限使用人数计算
消防部门通常要求疏散设计考虑极端情况下的使用人数,尽量按照不利情况计算,普通办公室的最小人均使用面积为 4 m2,所以应把 4(m2/每人)作为计算标准。可以看出,2 种计算标准得出的疏散宽度相差一倍,又都有道理,不应简单二选一。经过与当地消防和审图部门沟通,取得共识:疏散设计要兼顾极端情况和正常使用两种状态,通过多方案比较测算面积标准较为合理。
(三)通过多方案比较测算使用人数
首先,由设计院出具标准层平面的多种紧凑型办公布置方案,分别测算使用人数,选取人数最多的一种计算出人均面积标准的初值。然后,由消防和审图部门在初值的基础上进行调整,确定计算标准终值。在本案的设计过程中,设计单位提供了 4 种较为紧凑的标准层平面办公布置图,测算出的人均使用面积从 5. 2m2~ 7. 3m2不等,经过与消防部门协商,最后确定疏散人数计算标准为人均 5m2,可以说,这种方法兼顾了规范标准和实际情况,是比较科学的做法。
四、建筑物外立面的防火设计
超高层办公楼的外立面往往采用玻璃幕墙和石材幕墙等立面形式,建筑设计单位要与幕墙设计单位紧密协作,对涉及防火安全的灭火救援窗和窗槛墙防火构造等作周密考虑。随着建筑造型越来越丰富,经常出现平面或竖向不规则的幕墙造型,在本文中,玻璃幕墙就同时存在平面倾斜和竖向倾斜,给层间窗槛墙防火设计带来困难。由于幕墙呈空间不规则形态,如果在楼板处做常规的混凝土或防火玻璃裙墙,则难以与幕墙贴合,经过与幕墙公司协调,最后采用在幕墙玻璃后背衬防火岩棉的做法,高度≥800mm,能够与幕墙同步倾斜,既达到阻断层间火势蔓延的目的,又最大限度地满足了视觉效果要求。
六、窗槛墙防火构造
在超高层建筑的外立面设置灭火救援窗,对消防救援十分有利,国家防火设计规范对此还无明确要求。在本文中,根据消防部门的要求,在商业裙房和超高层办公塔楼的外立面均设置了灭火救援窗,具体如下:
(一)间距控制在 20m以内,每个防火分区要求不少于 2 处。
(二)灭火救援窗窗口宽度≥0. 9m,高度≥1.0m。
(三)灭火救援窗可以是开启扇也可以是固定扇(紧急情况下消防员可以击碎),窗上应有灭火救援专用标识。
(四)在避难层的灭火救援窗部位,内部空间不能被设备和管道阻挡,以免妨碍消防员通行。
结语:总之,在对超高层办公楼的设计实践中,研究超高层办公楼在建筑防火设计方面的特点,特别是针对超高层建筑中的避难层以及人员疏散以及外立面防火设计等方面进行了简析,以期提高超高层办公楼的防火安全性能。
参考文献
[1]张梅红,赵建平.超高层建筑防火设计问题探讨[J].消防科学与技术,2010,(3).
关键词: 超高层建筑;配电系统;导线选择;防雷保护;航空障碍标志灯;消防特级保护
Abstract: the combination of relevant existing national design specification and technical measures, introduced the electrical design of a super high-rise business-living building, raised some problems needing attention in the design and the specific processing methods.
Key words: high-rise buildings ; power distribution system; the wire select ;lightning protection aviation obstacle sign ; fire special protection
中图分类号:TU974文献标识码: A 文章编号:2095-2104(2012)03-0020-02
超高层建筑物的建设在国内的逐步兴起始于20世纪80年代,主要集中在经济繁荣、城市用地紧张的大中城市,它一般建设在城市的生活和经济中心,建成后往往成为一个城市建设的财力的象征和新景观。由于超高层建筑物建筑高度高、楼层数多,相应的建设资金投资大,运行设备多,安全运行标准高,设计的复杂性也增加很多。本文仅就笔者所参考到的设计资料和实际建设的超高层商住楼电气设计的体会,就超高层建筑设计中的一些处理方法与同行探讨。
1 建筑物状况
该楼地上45层,建筑高度145米,包括电梯机房 等屋顶辅助设施,总高度控制在150米以下(满足航空飞行安全限制高度的需要)。整个楼房分三个单元,每单元为一梯二户。设三台载人电梯,其中的二台分别设在进入各户独立的电梯前厅,中间的一台为带有消防前室的专用消防电梯。各层住户的建筑面积大的有220m2,小的180m2。各户分别设户式集中空调。地下建筑有两层,其中的地下二层是高3~ 5m带人防隐蔽所功能的汽车停车库;地下一层为高4.5m设有水泵房、变配电室,以及柴油发电机房等配套设备间的汽车停车库,总建筑面积达 6万m2。设计要求有电信宽带综合布线、带卫星接收天线的闭路电视,以及家庭防盗安防可视对讲系统等,按高级住宅电气设计标准设计。为了节省公摊面积,对设备间尺寸在方案设计阶段就控制很紧。本楼各单元的强弱电设备间分开设置,以保证设备的可靠运行和减少电磁相互干扰,并严格控制电气产品几何尺寸,以确保能紧凑、安全、有效地安排各种配电盘(柜)、控制接线箱在强弱电竖井内的布置。
2 供电与配电
按照《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045- 95)等防火设计要求,本楼房供电负荷等级为一级,需从城市市政电网的区域变电站引来二路10KV独立电源,以铠装电力电缆埋地方式引入地下一层的 变配电室。高压一次配电系统采用单母线分段加手动联络方式,加电气、机械连锁,平时分列运行,当一路电源失电时,另一路电源可带部分负荷,分别供1250KV・A的干式节能变压器运行。两台变压器低压侧配出的母线段I、Ⅱ运行方式为分段分列运行(见图1),中间设联络开关,并有电气加机械联锁。配出供楼内的各种普通负荷,以及作消防负荷和重要保证负荷的双电源自切箱的进线电源的备用电源。另设有独立于市政电网外的第三自备电源的Ⅲ段母线一自备应急柴油发电机组,供接消防负荷和重要保证负荷的双电源自切箱的进线电源的常用电源。Ⅰ段母线与Ⅱ段母线的联络开关是
消防负荷
图1低压配电系统主结线
用的单刀双型ATS,平时Ⅱ段母线通过此开关联接在Ⅱ段母线上,自备柴油发电机组应始终处于准备启动状态;当任一路市电中断时,机组应自动启动,并在15s内向负荷供电,此时机组供电的Ⅲ段母线应与市政供电系统的Ⅰ、Ⅱ段母线可靠解锁分列,确保不与其并联运行;当上述市电恢复供电时,机组应自动退出工作并延时停机。所有低压配电屏采用组合式抽屉柜,高低压配电柜由于建筑高度的限制全部采用上进上出方式。
3电线电缆的选型和敷设
楼内干线电力线路的选型和敷设方式是电气设计中比较繁复的问题。按照明确的设计规范、技术措施和地方标准,在同一路径电缆桥架内敷设的全部电力线路应统一采用同一防火类型的,而高层建筑的电气通道和电气竖井普遍狭小、紧凑,根本无法分得很开,若采用防火封闭式母线槽,则必然是多平行敷设,其占用的平面和空间尺寸都大,
需较宽阔的电气竖井和开大尺寸的楼板和梁板孔洞,这对结构专业的影响较大,投资也大。母线槽还需要经常维护和保养,每15年要彻底检修一次,费用相当昂贵。并且高层建筑在正常使用条件下的主楼筒体,受风荷载、地震等因素影响会产生相对摇摆晃动现象,其摇晃引起的前后左右偏移量随楼高的加大而增加(主体高度不到100m的框架结构高 层建筑最大偏移量就可达到20cm)。也就是说,要求上下对齐的电气竖井预留孔存在着较明显的动态偏移。安装完成后的母线槽是刚性物体,大楼的摇摆晃动偏移大就可能会影响母线槽的质量和安全。预制分支电缆敷设不会受上述因素的影响,因为它属柔性结构。若全程采用防火电缆桥架,既不经济又会导致电力电缆的散热不畅。
综合考虑后,本楼所有的配电干线全部选择耐火型电力电缆,其中的楼层住户供电干线采用清洁型耐火预制分支电力电缆,配电干线在变配电室内段的敷设用开敞式电缆托盘,室外到电气竖井间段 采用封闭式防火电缆桥架敷设,在电气竖井内的敷设全部采用电缆明敷固定在阶梯式电缆梯架上。这样,比较有效地解决了安装施工及上述问题,也利于今后的检修和维护(见图2〕。在楼层间的分支干线导线敷设根据所配设备的消防负荷等级选择防火类型,并尽可能地穿钢管暗敷在墙壁和楼板内,明敷防火线路在外套保护钢管上喷涂防火涂料,其中超高层建筑物内的住户普通配电线路也必须采用阻燃电线。各层电气竖井内的楼板孔洞和各处墙壁上的电气安装孔洞,在设备安装施工的后期一定要用防火胶泥等防火材料严实封堵,这是相关设计规范明确要求需设计时留意的。
4消防负荷和重要保证性负荷配电
楼内所有的消防负荷和重要保证性负荷的配电 线路,按照国标《工程建设标准强制性条例及应用示例》(04DX002)中的明确解释,采用两路分别为常用、备用低压电源的耐火电力电缆引到最末级双电源自动切换配电箱,再以单独的放射式供电回路引到相关设备。这里需注意的是消控室、消防水泵房、消防电梯等重要的消防设备,必须分别直接从 变配电室的低压配电屏引来专线到指定专用的双切箱。其他的地方则可根据防火分区和消防负荷等级就近接线,如同层地下室内一个防火分区内,同一单元楼道间内的消防风机、消防排水泵等可接在本区内一台双切配电箱上,不需要各自采用独立的双切配电箱,这样可简化配电系统和线路,减少投资。对于楼道照明设计,地面以上各单元每九层设一台应急照明双切配电箱(地下层为每层一个防火分区,或人防分区内对应一台),每层由一路单独回路(含直接强制点亮的消防联动电源线)供该层所有楼梯间和电梯前室灯具,并且这些灯具均要满足消防产品的要求,可以在消防状态时通过消防联动装置强制全部点亮,确保人员疏散时的疏散通道照明。
这里需要注意的是,疏散诱导指示灯无论是采 用自带应急蓄电池,还是供电双切箱内采用集中式应急电源EPS,该自备应急电源的持续供电时间t一定要符合灯具安装场所的消防安全要求,如:高层建筑t≥20min、超高层建筑t≥60min、地下室人防区域t≥180min、消防设备机房t≥120min。消防部门对本楼明确要求的一般场所疏散应急灯的t≥90min,凡要求超过90min的必须按高的标准定。
另外要注意的是安全疏散出口标志灯在楼道间和电梯前室间的疏导设置。在确认消防火灾状态时,火灾自动报警控制系统会联动迫降所有的电梯到首层,并切断非消防电梯的电源,此时的消防电梯仅供消防人员控制使用。由此理解楼内的普通人员撤出的路径只能是依靠疏散楼梯,即各层安全出口标志灯的导向只能是楼道或电梯前室疏散楼梯间(或消防电梯前室疏散楼梯间)。
5航空障碍灯的设置
按照《民用建筑电气设计规范》(JGJ/T 16-92), 和有关民用机场航空安全通则,以及各城市具体要求,一般高出地面100m的建筑物应设置航空障碍标志灯。其设置的原则是自顶部最高处开始,以屋面外侧墙转角处为第一圈,自上到下的水平、垂直间距≤45m间隔设置。对标志灯的光色、频闪配置要求是:距地面60m以下(最末圈)的为低光强红色恒光灯,90m到150m内为中光强红色恒光灯(亮度≥ 1600cd),高度≥150m时为高光强白色同步频闪灯(频率为20次/分),当建筑物高出100m处后,相距最高点每隔30m还需再各装设一组中光强红色恒光灯。这些灯的供电负荷等级是由大楼内最高供电负荷等级电源配电箱供电,在设计中要考虑到夜晚这些灯具光线对紧邻住户的光污染,灯位的布置应尽可能地避开或设置在窗台以下。
6防雷、接地与等电位联结
超高层建筑物往往孤立地耸立在城市天际间, 遭受雷击的几率比高层更大,故应加强超高层建筑物的防雷接地和总等电位联结,切实做好直接防雷保护和间接防雷保护。直接防雷保护需要注意的是屋面上的设备一定要设在尖端放电避雷针的保护区域内,防侧击雷保护是从地面45m以上的每层楼板的圈梁外圈主钢筋一定要可靠焊接,并用φ8钢筋把它和外墙面的所有金属门窗等金属件可靠焊接。间接防雷措施一定要将所有进出外墙处的电气线路做重复接地,并在线路进户内端口装设浪涌保护器SPD,楼内各级配电箱也按标准配置SPD。另外强弱电竖井的布置位置应尽可能地设在建筑平面筒体中心,条件限制时也应该确保距外墙≥1.5m。
7 火灾自动报警和消防联动系统
超高层建筑的火灾自动报警及联动系统的保护 对象等级,按国标《火灾自动报警系统设计规范》(GB50116-98)要求为特级保护。其报警探测器的设置是除面积小于5 m2的卫生间外,所有的房间、通道都必须设置。设计时需要注意的是各类探测器的有效保护范围要从严把握,切实根据每一场所的层高、顶板面坡度、板下突出梁柱深度、使用环境等来严格确定应该使用的每个探测器的种类,以及有效保护半径R。在一般是平顶、层高不超过6m的楼层平面,感烟探测器可以按R≤5.8m、感温探测器R≤3.6m在整体每个平面上合理布置,消除保护范围内的空隙、死角。另外,超高层建筑的探测器应选用自带地址码的智能型,当使用的场所是地下室、地面卫生间、厨房时以温感型为主;各层房间、普通机房、通道、楼梯间、井道等以烟感型为主;水泵房、柴油发电机房、变配电室等重要消防设备机房、防火分区交界处的防火卷帘门附近的应采用二者混合型;厨房内还需增设联网到火灾自动报警系统的可燃气体泄漏探测器。该探测器的选型、安装位置需根据明确设计的气源比重、燃气装置的位置来确定,参见有关资料为:安装位置为距气源1.5m处,使用比重比空气轻的煤气、天然气时,安装高度在距屋顶下0.3m;当使用比重较空气重的液化气时,安装高度在距地面0.3m;强电竖井内若敷设电缆较多,采用封闭式电缆桥架时,还需增设缆式线性定温探测器。
各层的消防疏散楼梯口部和消防电梯前室墙壁上设置带光闪烁的楼层火警指示灯,供消防人员迅速判别是否到位着火层用。按国标消防规范的一类高层建筑标准设置消防广播、报警按钮、消防对讲电话、直通电话等等,并满足所有消防控制联动要求。由于超高层建筑需要保护和控制的对象大量增加,必须采用消防控制中心方式。并且每条报警控制回路的探测和控制对象应尽可能集中在同一个防火分区,特别是地下层和设备层,地面普通层当数量不多时,可二、三层合为一路且只能在弱电竖井内分支。并且任何一路的实际使用数量裕量应保留 20%~30%,以供今后使用中新增点和稳定使用。
8其他系统
火灾自动报警及联动系统是智能化设备,而超高层商住楼内往往还设有闭路电视监控系统、地下停车场管理系统、住户安防和对讲系统等,这些系统在设备设计、选型和安装运行时,应确保系统集成整合联控。当消防报警时,自动联动切换闭路监控电视图象到报警点附近的摄象头实景画面,供值班人员快速判断和确认,提高火警处置的反应时间,减少误报和损失;当消防火警状态时,完成消 防联动设备的所有自动控制和人工远程控制,强制点亮所有疏散通道的疏散应急照明、自动解锁所有疏散通道的防火门,抬起地下停车场出口的栏杆等。
有线电视系统和电信综合布线配置主要考虑到楼房高度的影响,中间的放大器箱(或配线箱)应适当均衡,满足信号入户的相关技术指标;家庭防盗安防系统要在老人休息房间和客厅等处设置紧急呼救按钮,系统主控机可和闭路电视监控系统统一设置在长期有人值班的底层消控中心,这样可节省正常使用时的管理人员。
参考文献:
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[3]中国航空工业规划设计研究院组编 工业与民用配电设计手册(第三版).中国电力出版社。2005.10
关键词:超高层建筑;消火栓灭火系统;自动喷水灭火系统
1 工程概况
大连润德公馆项目位于大连市新开路东,长江路以北,常寿街以南,日新街以西,为沿街地块,项目总用地面积为2450m2,规划用地性质为公建、公寓。本建筑物建筑高度185.45m,地下四层为设备用房及停车场,1~4层酒店大堂及宴会厅,5~7层为立体停车场,8层为避难层,9~21层为酒店公寓,22层为避难层,24~33层为住宅式公寓,34层为公建。
2 消防系统
本工程属建筑高度超过100m的超高层建筑,防火按一类一级建筑设计,依规范设有消火栓系统、自动喷水灭火系统、建筑灭火器配置、水喷雾灭火系统、气体灭火系统。
2.1 水 源
①消防用水由城市自来水单路供水,在用地红线内管网上接出一根DN100的管道引至地下四层消防水池。②因城市自来水为单路供水,为保证供水安全性,室外消防系统由地下四层消防泵房内的室外消火栓泵供水,在室外设置环状管网。③室内消防用水由消防水池供给。在地下四层设有效容积480m3消防水池两座,内存室内、外消火栓及自动喷洒水量;贴临的消防泵房内设室外消火栓系统两台水泵,室内低区消火栓系统两台水泵,一用一备;低区自动喷水灭火系统两台水泵,一用一备;消防转输供水系统三台水泵,两用一备。④消防转输水箱供水系统:八层设置消防转输水箱,由设于地下四层消防泵房内的消防转输泵组(三台,两用一备)供水。中间水箱设回流管,超过高水位的水回流至地下四层消防水池。⑤在八层及屋顶水箱间内各设置一套高位消防水箱,水箱有效容积为18m3。
2.2 消防水量
本工程属建筑高度超过100m的超高层建筑,流量和水压均不能满足系统要求,因此消防系统为临时高压消防给水系统,防火按一类一级建筑设计。①消防水池有效容积:本工程室外消火栓用水量30L/s,火灾延续时间3h;室内消火栓用水量40L/s,火灾延续时间3h;湿式自动喷水灭火系统火灾危险等级为中危险级Ⅱ级,喷水强度为8L/s・m2,作用面积160m2,持续喷水时间1h。消防水池的有效容积应是火灾延续时间内,同时使用的各种灭火系统消防用水量之和,因此在地下四层设有效容积总计为954m3。②8层消防转输水箱有效容积:消防转输水箱内储存30min室内消火栓用水量及1小时自动喷洒用水量,因此消防转输水箱有效容积为180m3。③高位消防水箱有效容积:参照《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95(2005年版),一类公共建筑不应小于18m3。
3 消火栓灭火系统
(1)室外消火栓系统:本项目室外消防系统由地下四层消防泵房内的室外消火栓泵供水,在室外设置环状管网,环管管径DN200。从市政供水管上接稳压管至环状管网上,接入前设倒流防止器。室外消防供水系统,最不利点消火栓压力不小于10m。室外消火栓将沿首层的消防车道设置,各消火栓间距不超过120m,消火栓距路边不应大于2.0m,距建筑外墙不宜小于5m。采用地下式消火栓。
(2)室内消火栓系统:①消火栓系统分区:消火栓系统的分区原则为消火栓栓口的静水压力不应大于1.0MPa,因此将室内消火栓系统分成高、低两个供水区域,每个区域又用减压阀分为Ⅰ、Ⅱ两个压力区。地下四层-7层为低区,八层至顶层为高区。高区由屋顶水箱和稳压装置稳压,低区由中间水箱和稳压装置稳压。②减压稳压消火栓设置:消火栓栓口动压大于0.5MPa时采用减压稳压消火栓,本项目地下四层至一层、管道夹层、五层、六层、八层至十六层、二十四层至二十八层均采用减压稳压消火栓,栓口压力调至0.3MPa。③水泵接合器:消火栓系统高、低区各设三套地下室消防水泵接合器。高区在8层消防转输水箱间内设置三套消火栓水泵接合器接力泵。④按规范要求将消火栓安装于各楼层及其消防电梯前室,地下室和明显且易于操作的部位。栓口离地面或操作基面高度为1.1m。消火栓的布置应保证每一个防火分区同层有两个消火栓的水枪充实水柱同时到达任何部位。消防充实水柱长度不小于13m,每根消火栓立管的最小流量为15L/s。
4 自动喷水灭火系统
(1)设计基本参数:①A.地下及5-7层立体停车场:天花板下火灾危险等级为中危险级Ⅱ级,喷水强度为8L/s・m2,作用面积160m2,设计流量为27L/s,持续喷水时间1h;货架内置喷头:每个喷头流量1.92L/s,同时作用喷头14个,设计流量为27L/s,持续喷水时间1h。总流量为55L/s。②一、三、四层净空高度为8~12m,喷洒应按非仓库类高大净空场所设计,喷洒强度6L/min・m2,作用面积260m2,设计流量为35L/s。③一层公寓大堂挑空高度15.2m,设置自动扫描射水高空水炮灭火装置,单个喷头流量5L/s,设置两个喷头,设计流量为10L/s。④地上公寓及住宅:火灾危险等级为中危险级Ⅰ级,喷水强度为6L/s・m2,作用面积160m2,设计流量为30L/s,持续喷水时间1h。⑤地下一层柴油发电机房及贮油间设水喷雾自动灭火系统,设计喷雾强度20L/min・m2,持续喷雾时间0.4h。
(2)系统分区:《自动喷水灭火系统设计规范》GB50084-2001(2005年版)中规定为保证配水管道的工作压力不大于1.2MPa,因此将自动喷水灭火系统分为高、低两个供水区域,地下四层-7层为低区,其中地下四层至四层为低区Ⅰ区,管道夹层至7层为低区Ⅱ区;八层至顶层为高区,其中八层至二十二层为高区Ⅰ区,二十三层至顶层为高区Ⅱ区。配水管道的布置已使配水管入口的压力均衡,且各配水管入口的压力均不大于0.4MPa,如有超压,设置减压孔板。
(3)自动喷水灭火系统:①各区自动喷洒系统均由各区的自动喷洒加压泵供水,每区设加压泵二台(一备一用),分别设于地下四层消防水泵房及8层消防转输水箱间内。高区由屋顶水箱和稳压装置稳压,低区由中间水箱和稳压装置稳压。消防水箱出水管与喷洒水泵出水管并联接至报警阀组前。②低区共设6组湿式报警阀,分别设在地下四层消防泵房及4层5层之间管道夹层内。高区共设6组湿式报警阀,分别设在8层消防转输泵房及23层报警阀室内。喷淋系统每个报警阀组控制的喷头数:湿式系统不超过800个。每层各防火分区分别设有信号阀、水流指示器。每个报警阀控制的最不利喷头处设末端试水装置,其他部位可设置试水阀。③水泵接合器:低区设四套地下式自动喷洒水泵接合器,高区设两套地下式自动喷洒水泵接合器。高区在8层消防转输水箱间内设置两套自动喷洒水泵接合器接力泵。
参考文献
[1]《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95(2005年版).
[2]《自动喷水灭火系统设计规范》GB50084-2001(2005年版).
关键词:超高层;给排水;设计要点
中图分类号:TU208 文献标识码: A
一、超高层建筑给排水设计的内容
给排水系统包括给水系统、排水系统与消防水系统。其运作方式主要包括气压罐给水、高位水箱供水等,气压罐给水主要利用管网压力向供水点持续给水,当管压降至最小作业压,气压罐的离心水泵开始向管内灌水,待管压回升后停泵;高位水箱供水则是通过存储水量、调节水压进行供水,当水流量与外网水压未达设计要求时,调节池利用离心水泵提升水压。排水系统设计主要采用分流制,从而提升节能水利用率,另外还需通过水力计算控制排水管的流量,防止其超过上限,减少水流冲击对管道的伤害。消防水系统的设计目的在于提高建筑物的消防安全性,因此在设计时室内消火栓以减压式的网状结构设计为最佳。
二、超高层建筑给排水设计要点
1、超高层建筑的给水系统设计
1.1给水系统
从目前超高层住宅小区的给水方式来看,因多为小于120m的超高层建筑,主要采用的是“水箱―――变频供水设备―――用水点供水”的方式。此种方式供水可靠、维护方便、能够避免高位水箱带来的二次污染。根据GB50015-2003《建筑给排水设计规范》(2009年版)3.3.5条,通常对小于120m的超高层住宅给水系统分为4个区。对供水压力超过0.20MPa的楼层采用支管减压阀减压供水,支管减压阀减压后阀后压力为0.20MPa。此种减压方式虽然增加了减压阀的数量,但相对于立管设置减压阀的方式,该方式维修方便,且维修时影响的范围较小。分户水表设置在每层的管道井内进行集中管理。
1.2给水管道的敷设
超高层住宅小区的市政给水管通常敷设于地下室顶板上,上接室外消火栓,也有部分市政给水管同加压的给水主干管一样,敷设于地下室内。对于带有商业网点的普通住宅或商住楼,笔者建议将底层的商业用水干管也敷设于地下室顶板下,这样便于以后维修及集中设置水表。加压后的给水主干管在地下室内分别接至每栋楼管井中的立管。给水支管目前常用的敷设方式有两种,一种是敷设于垫层内,一种是明装,安装于梁下。根据《建筑给排水设计规范》第3.5.18条规定,敷设在垫层或墙体管槽内的给水支管的外径不宜大于25mm。而就目前的施工情况来看,有时建筑面层达不到要求,为了避免地面开裂,有时会对结构板进行剔槽,这是违反规范规定的。且给水管敷设于垫层内给检修带来一定的困难,如果漏水甚至还会破坏建筑结构板,带来严重的后果。笔者建议采用明装,安装于梁下的走管方式,对于目前新建的住宅建筑来说,一厨两卫是很常见的配置,且生活阳台也有用水点,用水点比较分散,管线较长,因此在敷设管道时靠近墙角或者梁边,再结合二装进行装饰,这种敷设方式,虽然一定程度上影响了美观,但是从使用角度上来讲更安全、可靠。
2、超高层住宅建筑的排水系统设计
2.1排水支管的敷设
(1)厨房排水支管的敷设
从实际的使用来看,厨房设置地漏已失去意义,且在水封得不到补偿的情况下容易窜至室内。目前新建的超高层住宅中,大部分厨房均与生活阳台连通,不设置地漏也不会造成排水不畅的隐患。目前的设计中,厨房的排水没有像卫生间那样采用降板或者侧排的方式进行同层排水设计,因为往往厨房是与生活阳台共用排水立管,而生活阳台上还有地漏、洗衣机等排水点,如果要做到同层排水,必然会增加土建费用或者增加立管,而厨房排水通常是很少的,为此增加投资并不合适。
(2)卫生间排水支管的敷设
为了不使卫生间排水支管进入下层户内空间,目前对卫生间进行同层排水设计主要有两种方式:(1)卫生间降板;(2)采用侧排方式。从目前的设计情况来看,大多数住宅卫生间采用的是卫生间降板的处理方式,因为此种方法简单有效,且对卫生器具没有特殊要求,而采用侧排方式的同层排水,对卫生器具有特殊要求,这会对以后业主使用带来不便。卫生间降板方式的同层排水即将卫生间排水支管敷设于卫生间降板范围内,此种虽然施工较为方便,但不易进行管道检修,因此在实际设计过程中,需要做好降板面层的防水措施;其次建议在降板部分侧面设置侧排地漏,以便排出可能出现的积水。在不影响建筑使用及满足规范的前提下,笔者建议对于排水立管敷设于卫生间内的情况,可考虑结构降板300mm;而对于排水立管敷设于卫生间外的情况,因支管要穿出卫生间,从两块板之间接出,可考虑结构降板350mm。
2.2排水立管的敷设
排水立管及通气立管宜布置在用水量大的卫生器具附近,尽量将立管设置在厨房、生活阳台、卫生间等墙角处,且尽可能减少对厨房、卫生间使用的影响。对于某些户型,在不影响建筑外立面效果的情况下,也可以将立管设置于外墙凹槽内,但此种设置方式或多或少会影响立管检修及清通。对于超高层住宅的排水立管,因建筑高度的原因,会在排水系统中形成很大的重力势能,笔者还建议设置消能装置,可将消能装置安装于避难层立管上。
2.3排水管材的选用
根据国家相关规定,住宅建筑的排水管道多用U-PVC管及铸铁管。对于超高层住宅因抗震的要求,排水立管应选用柔性排水铸铁管,承插式橡胶圈柔性接口。卫生间、厨房排水支管可采用实壁硬聚氯乙烯(UPVC)塑料排水管,承插粘接。
3、超高层住宅建筑的消防系统设计
3.1自动喷水灭火系统设计
根据GB50045-95(2005版)《高层民用建筑设计防火规范》7.6.1条规定:建筑高度超过100m的高层建筑及其裙房,除游泳池、溜冰场、建筑面积小于5.00m2的卫生间、不设集中空调且户门为甲级防火门的住宅的户内用房和不宜用水扑救的部位外,均应设自动喷水灭火系统。因此针对超高层住宅建筑,住宅部分应在走道设置喷头,按轻危险级布置。同时还应与建筑专业协调,确定户门为甲级防火门。对于超高层住宅小区的地下车库应按中危险Ⅱ级布置喷头,且对于一类车库,建议增加泡沫罐。自喷系统中各水力报警阀接管点处的最大压力控制在1.2MPa以内,系统最不利点处喷头最低保证压力≥0.05MPa,当配水支管≥0.4MPa时设减压孔板减压。但当供水压力超出各水力报警阀接管点压力要求时,在水力报警阀前设减压阀减压。
3.2消火栓系统的分区及管道敷设
室内消火栓给水系统采用竖向分区,分区最大静压力控制在1.0MPa以内。根据建筑高度,并结合楼内各个功能进行竖向分区。对于超高层住宅小区,建议在分区时尽量减少塔楼内的消火栓环网,将消火栓环网尽可能的移至地下室,这样可以在保证消防安全的情况下减少影响层高的可能性。超高层住宅小区内,必然是由一些高度不同的楼栋组成,因此在分区时可以将一些高度小的楼作为一个消火栓分区,以实现减少环网的目的。在小区内最高住宅建筑的屋顶设置消防水箱,并应保证最不利点消火栓静水压力及喷头压力,不能保证时需要设置增压设备,当增加设备间设置在大屋面层时,应避免设置在客厅及卧室上方。
3.3消防系统的管材选用
对自喷消防系统和消火栓消防系统高区立管及地下室横干管应采用加厚内外热镀锌钢管,其余立管及横干管应采用内外热镀锌钢管,连接方式均为螺纹接口(DN
结束语
较之其他形式的民用建筑,在消防给水系统以及给排水系统的设计中超高层建筑对系统的要求更高,需要系统具有更加安全可靠的性能保证,因此要求设计者在进行设计时在规范充分理解相关规范的前提下,结合实际的建筑特点对设计以及施工技术进行完善和总结,不断的优化该排水系统、消防系统,使得系统更加的经济合理、安全可靠。
参考文献
[1]蒋天才.高层建筑给排水系统的设计[J].科技创新导报.2011(20)
【关键词】超高层建筑;给排水设计;思考
随着我国国民经济的不断迅猛发展,超高层建筑越来越多地出现在人们的视野中。对于超高层建筑的给排水及消防设计,也在不断的摸索中逐步完善。
1、超高层建筑中给排水设计体系
1.1 超高层建筑中生活的给水体系
由于超高层建筑物在高度上有着其他建筑物不能相提并论的高度,这样一来虽然增加了单位土地的利用率但是却也是由于他的高度有可能该建筑的给排水造成相当程度上的难度,由于建筑的高度,给排水过程中所要克服水自身的重力所做的功就相对要加大,这对于给排水的设计和相关的机器设备就有了更高的要求。对于超高层的建筑物,当室外给水管网水压不能用一次加压就满足所有高层用水,尤其是超高层建筑的上层住户,一次水压的施加根本无法满足其高度和住户水压的要求因此在现实中党给超高层建筑提供水源时,应将其竖向分区,各分区可采用不同的给水方式,这样一来即可以解决由于住户层数太高造成的水压不足的问题,又可以通过分区给有必要加压的楼层单独加压,从而在一定的程度上节约了能源,减少了投资,可以说是现在超高层建筑给排水过程中最常使用的方法。
1.2 超高层建筑中雨水体系
降雨是超高层建筑给排水体系中相当重要的一个环节,雨水的解决几乎是超高层建筑排水方面的最关键的来源与最应该着力解决的问题,但是雨水不同于其他的生活或者是生产用水,其具有很大的随机性与不可控制性,由于降雨不可人为控制,雨水系统设计不安全对建筑尤其是超高层建筑的损害非常大,因此超高层建筑屋面雨水设计重现期的取值应慎重。建筑给水排水设计规范中就有明确的条例对于这一方面的排水方法与排水安全与施工要求做了相对明确的专门说明,条例中明文规定了对于重要的公共建筑屋面雨水排水设计重现期不宜小于10年,并且屋面雨水排水工程与溢流设施的总排水能力不应小于50年重现期的雨水量。当然重现期的雨水取值量并不是在超高层建筑排水方面所唯一要考虑的问题,除此之外,还应该对于由于建筑高度很高当雨水降落到建筑时所可能产生的静压力,而这个问题也是直接关系到超高建筑排水的安全性与排水的效率的相当关键的因素之一,因此在选用雨水系统管材时需要考虑由于建筑高度引起的静压力,建议雨水管材在普通钢管压力范围内选用普通钢管,承压比较高的部分采用无缝钢管。
2、超高层建筑给排水体系存在的问题
在这个时时刻刻都在飞速变化着的时代,任何事物这一秒和上一秒几乎都不会是一模一样的,因此想要在这个世界存在就要适应这种日新月异的变化,想要任何事物从诞生开始都要经历随着周围社会环境的变化而变化的过程,而也只有经历的起这种变迁,才会慢慢的变得完善,变得更加健全,我国超高层建筑给排水体系就需要不断研究和开发新技术,来适应这种社会变化。也只有真正做到了与这个日新月异的社会相适应才有可能能够使我国的超高层建筑给排水体系在当今的社会来做到真正的站住脚,才有可能在未来更长的时间里为我们的社会建设作出贡献。
2.1 超高层给排水体系建造系统不完善
现阶段伴随着高速的经济发展,超高层建筑给排水体系问题越来越开始受到了人们的关注,也越来越多的影响着我们周围生活的状态,创建绿色生活环境成为了不能逃避的责任而超高层建筑给排水体系作为一个关系到人们生活质量和生活安全的重要方面自然就被越来越多的提及到。统筹规划对于任何事情的成败都是一个较为关键的步骤和必不可缺的重要环节,任何事情的进行都不能以偏概全,更不能没有计划的随便开始,否则后续会有更多的麻烦产生,因此在进行建筑水电安装之前,我们必须对于创建超高层建筑给排水体系的相关措施和可能发生的问题以及相应的处理手段、最行之有效的方法等等有一个较为全面的了解认识,对于超高层建筑给排水体系从开始到最后的实施手法有个较为系统的认识,与此同时超高层建筑给排水体系必须遵循自然规律和经济规律。要在实行应用过程中统筹兼顾,全面考虑,最终实现生态效益好,经济效益高和社会效益大的目的。
2.2 超高层建筑给排水体系循环冷却水体系的节能问题
现代这个社会时时处处都在强调节能,伴随着越来越快速的现代化建设的进行,人们在感叹当今时时进步与改善的社会环境的时候也开始为能源的过分消耗感到前所未有的担忧,因此在进行任何建设与工程的时候我们不能够再知识单纯的追求建设的快速安全与高效率,而是应该更多的对于如何在建设的过程中进行能源的最大化节约进行思考。目前超高层建筑给排水体系的建造也是这样的,既要保证超高层建筑给排水的质量,又要将在进行建设过程中的原材料和能源使用尽量减少。用最小的消耗完成最大的效益。
2.3 超高层建筑给排水体系监督力度不够
世界上从来就没有完善到无可挑剔的事情,因此在任何时候只要我们愿意我们都能够找到事物的短处和应该继续改进的地方,从而完成事物的不断进步。正是因为目前我国的超高层建筑给排水体系方面还存在着这样或那样的问题,因此我们都知道并且相信我国超高层建筑给排水体系的发展仍然具有很大的进步空间。任何事物从诞生开始都要经历随着周围社会环境的变化而变化的过程,而也只有经历的起这种变迁,才-会慢慢的变得完善,变得更加健全,我国超高层建筑给排水体系就需要不断研究和开发新技术,来适应这种社会变化。不可否认,我国超高层建筑给排水体系要有更加长足的发展就必须经历不断的改正和完善,只有让其真正能与当今社会做到相互更好地融合,才有可能使我国超高层建筑给排水体系在以后继续保持先进的活力。
2.4 超高层建筑给排水体系的相关条例不够成熟
没有规矩不成方圆,这是一句中国人很久之前就开始流传的古语,不得不说世界上所有的事情几乎都是这样,在中国这个讲究依法治国的社会,只有拥有了完善的法律法规,才有可能创造良好的秩序,因此想要规范我国超高层建筑给排水体系就必须先将相关的法律法规进行很好的完善,为其以后进行良好的运营提供良好的大环境。因此,我国超高层建筑给排水体系在各个方面要形成完善并且行之有效的流程规范,为现代社会的超高层建筑给排水体系供应提供充足的技术保证和可以严格遵循的流程规范,加强各个环节之间的监督和联系,进行一切的流程都必须有相应的晚上的手续和档案记录,这样不仅能保证各个环节流程的合理和规范化,并且能为后续的一切工作做好笔头记录,做到有据可查,这样一来出现问题就会省去很多不必要的麻烦。一旦出现问题,才会有相应的法规作为惩罚和改进的依据并且通过法律的强制性还可以对那些存有侥幸心理的人起到很好的警示作用。因此制定相关的法律法规是有效改进我国超高层建筑给排水体系体制的有效有段之一。