一、前言
我国消防规范中关于防烟楼梯间的规定如下:一是防烟楼梯间的设置范围。一类建筑和除单元式和通廊式住宅外的建筑高度超过32m的二类建筑以及塔式住宅,均应设防烟楼梯间。二是防烟楼梯间的设置要求。《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045-95)规定防烟楼间设置要求:6.2.1.1楼梯间入口处应设前室、阳台或凹廊;6.2.1.2前室的面积,对公共建筑不应小于6㎡,对于居住建筑不应小于4.5㎡;6.2.1.3前室和楼梯间的门均应为乙级防火门,并应向疏散方向开启。
近年来,高层建筑火灾日益增多,不管是在建工程还是已使用的工程,在全国范围内陆续发生几起较大影响火灾,火灾中都不同程度地造成人员伤亡和重大财产损失。火灾中造成人员伤亡的原因有很多。通过研究发现烟气是造成火灾中人员伤亡的一个重要因素,据统计,由于一氧化碳中毒窒息死亡或被其他有毒烟气熏死者一般占火灾总死亡人数的40%一50%,最高达78.9%,其他被烧死的人员也有烟气的原因。例如日本千日百货大楼火灾,共造成118人死亡,其中有93人是被烟熏死的,占了很大的比例。而作为高层建筑中主要疏散逃生通道,防烟楼梯间的安全性显得尤为重要,如何确保防烟楼梯间的安全,成为消防部门及各个安全研究部门所面临的一个重要课题,也是设计中需要注意的一个问题。
二、高层建筑火灾及烟气特点
(一)高层建筑火灾特点
1.疏散困难。高层建筑有以下特点:一是人员比较密集;二是发生火灾时由于各竖井空气流动畅通,火势和烟雾向上蔓延快,增加了疏散的难度;三是楼层数多,垂直距离长,人员从高楼层疏散到地面或其它安全场所的时间长。全国各大城市的消防部门虽然都购置了举高消防车,但一般高度在60米以下,远远不能满足当前高层建筑发生火灾时人员疏散需要。目前,宁波有一辆举高为101米的举高消防车,但与现在300米以上的高层建筑相比,也不能满足客观需求。高层建筑内的普通电梯在火灾时因非消防电源被切除也不能使用。因此,多数高层建筑安全疏散主要是靠楼梯,而楼梯间内一旦窜入烟气,就会严重影响疏散。这些,都是高层建筑发生火灾时进行疏散的不利条件。
2.火势蔓延快。高层建筑内像电梯井、管道井、楼梯间、电缆井、风道等竖向井道特别多,加上当前我国施工质量要求不高,一旦防火分隔处理不好,发生火灾时这些井道就像一座座高耸的烟囱,成为火势迅速蔓延的途径。
3.扑救难度大。高层建筑正常都有几十米高,有的甚至高达几百米,一旦发生火灾,想要从高层建筑外部进行扑救,难度很大。高层建筑火灾一般都是以自身消防设施自救为主,消防部门也是依托建筑内的自动消防设施来进行扑救。可是由于我国是发展中国家,国民主要以发展经济为主,安全意识不强,导致好多建筑内的自动消防设施不完善,有的甚至没有,这些建筑发生火灾时,建筑内的消防设施无法满足现实需要,只能靠消防部门前来施救。但当前的水罐车的压力却无法满足扑救高层火灾的需要,所以高层建筑火灾扑救难度特别大。
特别是高档宾馆、写字楼、商住楼等高层建筑,一般室内可燃物较多,一旦起火,燃烧猛烈,蔓延迅速。据测定,在火灾初期阶段,由于空气对流作用,在水平方向烟气扩散速度为0.3米每秒,而到了火灾燃烧猛烈阶段,烟气的速度则可达到3-4米每秒。
(二)高层建筑火灾中烟气及蔓延特点
高层建筑一旦发生火灾,火势发展迅猛,烟雾浓,内部人员容易惊慌,失去判断力,特别容易出现烧伤和烟气中毒现象;加上燃烧中产生的烟气使得能见度下降,对前方事物看不清;这样一来,更容易导致人员伤亡。高层建筑发生火灾时,烟气蔓延途径主要有两种:一种是在建筑物的水平方向蔓延,这种蔓延方式一般都发生在着火层;另一种蔓延方式是在建筑物的竖向蔓延,主要是通过高层建筑的楼梯井、管道井及电梯井等井道进行,烟气进入井道内,沿着井道向上蔓延扩散,容易扩散到其他楼层,从而危及其他楼层的人员安全,甚至蔓延到整栋建筑内大部分区域,如果防火门等分隔设施不好,受风力影响,蔓延速度会更快。
因此,楼梯间的特殊的结构形式决定了他火灾原因的特殊性,我们要从楼梯井的烟气流动特性和楼梯几何形状、建筑内火源位置等条件来研究高层建筑楼梯间的烟气防控问题,掌握楼梯井内的烟所流动特点。
三、防烟楼梯间烟气管理目标及方法
(一)防烟楼梯间烟气管理目标
1.控制火灾的蔓延。通过早期火灾控制阻止火势发展,同时在设计时采用合理的防火分区防止火势蔓延,有效预防火势通过烟气向其他防火分区或场地蔓延,减少火灾财产损失。
2.保护人员生命安全,为人员疏散提供安全可靠的环境。通过合理的烟气控制措施,尽可能长地使逃生通道及楼梯间内的环境保持在一种安全状态,尽可能延长人员疏散可用时间,以便于人员逃生。
3.为消防战斗员的灭火工作提供一个安全有效的环境。当前消防来火工作主要采取的作战方案是近战内攻,而高层建筑一般建筑面积大,而占地面积小,这就使得消防人员到现场时可利用进攻的场所很少,加上高层建筑的楼层高,现有的消防装备满足不了来火需要,防烟楼梯间就成为消防员用来进攻主要进攻阵地。
(二)防烟楼梯间烟气管理控制的方法
日常生活中我们发现,控制烟雾有“防烟”和“排烟”两种方式。“防烟”是防止烟的进入,是被动的;相反“排烟”是积极改变烟的流向,将烟气排出户外,是主动的,两者互为补充,达到最终目的。目前采取的烟雾控制措施有:
1.控制烟雾的产生量。防烟最好的办法在于消除发烟的源头,减少火灾的发生机率。一方面,现行《高层建筑设计防火规范》中,对高层建筑特别是综合性的高层建筑,一般均设计火灾报警系统及自动灭火系统,这样更能早点发现火灾,并在火势发展到猛烈阶段前将火灾扑来,控制烟气的产生量。另一方面,对于高层建筑的内装修时所采用的材料,现行《高层建筑设计防火规范》也有明确的要求,一般选用不燃或难燃材料装修。室内所采用的家具和窗帘等物品要采取阴燃处理,同时要尽可能采用发烟性小的材料,这样不容易发生火灾,发生火灾时发烟量小,发烟速度慢,相对地有较充裕的逃生时间,减少对生命的威胁。
2.采取有效措施进行防烟,主要方法又分为下面几种:一是不燃化防烟:在建筑内装修时采用不燃材料,或不产生烟雾的材料进行装修,建筑外立面装修采用不燃材料装饰,这样可以避免烟雾的产生。二是密闭防烟:对于一些人员出入较少的房间,采用密封性能很好的墙壁或门等将房间封闭起来,并对进出房间的气流加以控制。当房间一旦起火时,一般可杜绝新鲜的空气流入,使着火房间内的燃烧,从而减少烟气的产生量。三是阻碍防烟:按照《高层建筑设计防火规范》要求设置挡烟垂壁的条件下,另外,在烟气主要扩散流动的路线上设置各种防烟措施,以防止烟气继续扩散,这种方式称为阻碍防烟方式。四是加压防烟:在消防设计时,设置机械回压送风系统,以便在建筑物发生火灾时,对着火区以外的区域进行加压送风,使非着火区域保持一定的正压,防止烟气侵入,这种方式称为加压防烟。这种方式是当前较为常见的一种方式。
3.采取有效措施进行排烟,又可以分为以下几种:一是自然排烟方式:自然排烟方式是得用外开窗,在外界风力等自然力的影响下,将烟气排出着火区域或非着火区域。这种方式没有机械通风设备,不受电源中断的影响,简单易行,造价较低,但受室外风向、风速、气温和所在楼层的影响较大。二是机械排烟方式:利用排烟风机进行将着火区域或非着火区域内的烟气排出去,它不受室外气象条件影响,排烟效果稳定,但需要有专门的机器设备、可靠听电源,自动控制装置,并需设专人维护管理。因此,造价和维护管理费较高。但由于烟风道所占有效空间小,特别是当楼梯间前室不靠外墙或虽靠外墙却不能开启时,这种方式易被采纳。三是利用通风空调系统进行防排烟:主要是利用建筑内原有的通风空调系统加压送风,将着火区域或非着火区域内的烟气排出室外。但采用这种方式的时侯要注意防火隔断问题,由于空调系统不是专用的排烟系统,他所承受的温度有一定的限制,在穿越防火分区的隔断上要增加防火阀,方便在温度过高时切断,以防火势蔓延。