淺談現代建筑防火設計
許春雷
摘  要：建筑防火設計是建筑整體設計的重要內容，本文首先介紹了火災對建筑結構的破壞機理，并依據我國現行防火規范，從防火區域的劃分、建筑結構材料的選取、消火栓的設置以及給水形式等方面對建筑防火進行了論述。
關鍵詞：建筑防火；破壞機理；防火分區；消火栓

1.引言
現代建筑逐步向高層、超高層方向發展，而高層建筑火災具有火勢蔓延快、人員疏散難度大、火情撲救困難、火險隱患多等特點，特別是近幾年關于火災的報道頻出，因此，現代建筑防火應當從建筑設計階段就受到高度重視。
2.火災的破壞機理
2.1火災對建筑物的破壞機理
在現代建筑結構中，傳統的木門、木窗、木檁等可燃易燃結構正逐步被鋁合金結構或塑鋼結構取代。然而，建筑結構的防火仍然不容忽視。維系建筑結構穩定性的關鍵部位是起承重作用的梁板柱以及承重墻體等結構。承重結構的核心是鋼筋混凝土（或鋼結構），采用這些材料作為承重結構，特別是鋼結構，在高層建筑和大垮度等結構中越來越表現出無可比擬的優越性，比如對于一些大跨度建筑、高層建筑它更顯示出獨特的優勢，所以使用率呈上升趨勢。這些材料可以大大減小構件體積，降低建筑物本身的重量，提高構件的承載力，但是這些材料在火災中表現的非常脆弱，一旦經受高溫，材料的承載力會迅速降低。
經實驗研究和實際火災統計表明，當環境溫度超過700℃時，混凝土結構便會產生脫水現象，而且混凝土會出現龜裂、松動甚至脫落現象，失去抗壓強度和對內部鋼筋的保護能力。而鋼材的耐火性能更低，通常建筑工程所采用鋼材的臨界溫度只有540℃，當火場溫度達到該溫度及其以上時，鋼材的工程性能會降低40%左右。梁板柱等承重構件的迎火面內部鋼筋一旦失去保護層的保護，受到大火的侵蝕，抗彎、抗拉強度會迅速降低，撓度驟然增加，從而導致建筑物的失穩或傾覆。
2.2火災對建筑物內人員的傷害機理
    建筑物火災對建筑物內人員的傷害主要是煙熏，導致室內人員窒息。現代建筑不斷向高層、超高層趨勢發展，而高層建筑一旦發生火災，就會產生“煙囪”效應，在樓梯間、電梯井等部位的作用下，使受熱空氣、煙霧等延這些結構迅速上升，并在很短的時間內使煙塵充滿整個建筑物，致使房間內缺氧，人員窒息而亡。
3.確保建筑物主體結構材料的的耐火穩定性
根據建筑工程中常用結構類型，我國將耐火能力劃分為四個耐火等級，按照規范規定，高層建筑物的耐火等級必須為一或二級。建筑的耐火能力主要由建筑結構的耐火極限和燃燒性能決定，不同的耐火等級，耐火極限的耐火性能均有不同的規定。建筑結構的耐火極限主要是指結構從受到火災的燒蝕作用開始，到結構的整體性被破壞或失去支承能力為止的這段時間(以小時為計時單位)。根據結構構件所選取的材料燃燒性能的差異，將建筑材料分為燃燒體(代表材料為木材)、難燃燒體(代表材料如瀝青混凝土、刨花板等)和非燃燒體(比如磚、石、建筑金屬等)。  　　在進行建筑設計時，建筑物的組成材料應根據其耐火等級來選定，并選取與之相適宜的構造方式。如耐火等級為一級的建筑物的承重墻、承重柱建筑材料的耐火極限不得低于3小時，比如用磚砌體或混凝土作成180毫米厚的墻或300×300毫米的柱，梁的耐火極限不得低于2小時，其鋼筋保護層厚度不小于30毫米。
當屋頂采用金屬承重結構時，其吊頂、望板、保溫材料等均應采用不燃燒材料，屋頂金屬承重構件應采用外包敷不燃燒材料或噴涂防火涂料等措施。高層建筑的中庭的承重構件也應采用外包敷不燃燒材料或噴涂防火涂料，而且其耐火極限不應小于1小時。電纜、可燃性氣體、易燃性液體的管道不應敷設在變形縫內。
    建筑防火設計時，確保主題結構的耐火性對于提高主體結構的耐火穩定性，為人員疏散提供盡可能充足的時間，并挺高建筑物的災后可修復性具有重要意義。
4.合理劃分防火分區
4.1防火分區的作用
防火分區是建筑中為阻止煙火蔓延而采用防火墻等把建筑劃分的空間區域。當火災發生時，要想有效地阻止煙氣擴散、遏制火勢蔓延、為人員疏散和消防滅火贏足夠的時間并減少火災損失，正確地劃分防火分區具有重要意義。一旦防火分區設計不合理、防火分隔措施不嚴密，將會造成火災蔓延、火勢擴大。綜合多方面因素，全面考慮，做到真正合理有效的劃分防火分區。
我國防火規范規定，一、二級耐火等級建筑長度超過150米要設防火墻，分區的最大允許面積為2500平方米；三、四級耐火等級建筑的上述指標分別為100米、1200平方米和60米、600平方米。一、二級防火等級的高層建筑防火分區面積限制在1000平方米或1500平方米內，地下室則控制在500平方米內。防火墻應為耐火極限4小時的非燃燒體，上面如有洞口應裝設甲級防火門窗，各種管道均不宜穿過防火墻。
4.2防火分區劃分的常見問題
  規范規定：防火墻不宜設置在U、L形等高層建筑的內轉角處，當不得以設在轉角處時，內轉角兩側墻上的門、窗、洞口之間最近邊緣的水平距離不應小于4米。防火墻上不應開設門、窗、洞口，當必須留設時，應設置能自行關閉的甲級防火門窗。且只有在設置防火墻有困難時，才可以小范圍的采用防火卷簾和水幕分隔。
  但是商業營業性公共建筑進行防火分區設計時，大多為了追求通透的大空間，盲目采用防火卷簾對防火分區進行隔斷，用單一的防火卷簾代替防火墻，從而造成“隔而不斷” 的現象。防火卷簾的功能并不等同與防火墻，因為當火災發生后，只有卷簾落定后才能起到防火隔斷的作用，而防火卷簾的啟動降落要滯后于火情，而且大篇幅的防火卷簾的故障率較高，火災時一旦發生故障，就非常容易出現意外后果。 
4.3合理確定防火分區最大面積
    防火分區最大面積的確定，關系到建筑設計的經濟效益和防火的安全。按照我國現行的建筑防火技術規范，依據建筑工程的設計意圖，確定防火分區的允許最大面積。
    建筑物的使用功能決定建筑物的結構形式，我們應根據建筑物的不同使用功能，防火分區的劃分要嚴格執行建筑防火規范。我國《建筑設計防火規范》GBJ16—87第三、四章中，對于新建、改建和擴建的建筑工程的防火分區劃分也設計做了明確的規定，對于廠房、倉庫、存儲用房屋等工業建筑應按根據其火災危險性分類，建筑耐火等級和高度等確定防火分區的占地面積和防火墻間面積；九層及九層以下的住宅、建筑高度不超過24m的其它民用建筑以及建筑高度超過24m的單層公共建筑，應按《建筑設計防火規范》第五章的規定確定防火分區的允許最大面積；高層民用建筑及相連的附屬建筑應按《高層民用建筑設計防火規范》GB50045—95確定防火分區的允許最大面積；供平時作為商店、餐廳、公共娛樂場所、丙、丁、戊類生產車間和物品庫房等使用的人防工程，應按《人民防空工程設計防火規范》GBJ98—87進行防火分區的劃分；汽車庫以及設在其它建筑內的停車庫，應按《汽車庫設計防火規范》GBJ67—84進行防火分區的劃分。
    在劃分防火分區時，不同性質的建筑物，分區的計算面積確定原則也不同，計算人防工程的防火分區時，應按使用面積計算，對于其它建筑，劃分時應按建筑面積計算。如果防火分區設有自動滅火系統，其分區面積可以適當增大（最大允許面積可按規定增加一倍）。當局部增設時，增加面積應按該局部面積的一倍計算，而不能機械地全部面積增加一倍。 
4.4地下部分的防火分區劃分
    對于有地下室的建筑，劃分地下部分的防火分區時，應嚴格按照消防技術規范對分區面積加以限制。根據地下結構的特點，設計人員應合理確定防火分區允許最大面積，按不同的性質劃分防火分區。
5.消防系統的設計
5.1合理選用消防給水系統的形式
對高層建筑消火栓給水系統形式的選擇，首先我們應保證系統的安全可靠性，其次我們應盡量選用經濟合理的供水形式。 按給水系統的服務范圍分，可分為獨立的消防給水系統和區域集中的消防給水系統，其中集中給水系統應用的較為廣泛。按給水高度劃分分，可分為分區給水和不分區給水，當消火栓栓口的靜水壓力小于0.8MPa時，采用不分區給水形式，當消火栓栓口的靜水壓力大于0.8MPa時，則宜采用分區給水形式。分區供水方式又包括：并聯分區供水方式；串聯分區供水方式；減壓閥分區供水方式。
室內消防給水系統應與生活、生產用水系統分開獨立設置，室內消防給水管道要布設成環狀。室內環狀消防給水網的進水管和城區高壓或臨時高壓給水系統的引水管不應少于兩根，以保證一旦其中一根發生堵塞時，其余管道能夠為消防提供足夠的水量。
5.2正確布設消防栓的數量
《高層建筑防火規范》規定：室外消火栓的數量應根據室外消防用水量計算確定，且每個消火栓的用水量應不小于10－15l/s，水泵接合器應設在室外便于消防車使用的地點，距室外消火栓或消防水池的距離宜為15－40米。所以，室外水泵接合器也應設置在15－40米范圍內。且避免把各幢的消防栓分開，按各幢的體積計算室外消防用水量，未按整個住宅建筑群總體積計算的，設計人員要根據廠房的體積選擇室外消火栓用水量設計參數，另外，在工程設計中，確定水泵接合器的布置位置時，要盡可能的使其相對集中，以利于與經計算的室外消火栓數量對應，否則，設計中有較多的室內消防系統需要較多水尖接合器，且分散布置時，則需要適當增設室外消火栓的數量。
6.結語
由于現代建筑結構中大量使用的保溫材料、裝修材料等多數為易燃材料，而且新建建筑結構不斷向高層、超高層方向發展，一旦發生火情消防車等外界救援設備很難達到要求，這就要求在建筑結構設計之初做好防火設計。從消火栓的布置、防火分區的劃分等方面做好防范工作。
參考文獻
[1]建設部，國家質量技術監督局.高層民用建筑防火規范.[S].中國計劃出版社.2008
[2]汪佳.高層建筑給排水消防設計芻議.[J].中國高新技術企業.2007年第6期.