分析民用建筑防火分区消防设计要点

所谓防火分区是指采用防火分隔措施划分出的、能在一定时间内防止火灾向同一建筑的其余部分蔓延的局部区域（空间单元）。
防火分区，按照防止火灾向防火分区以外扩大蔓延的功能可分为两类：其一是竖向防火分区，用以防止多层或高层建筑物层与层之间竖向发生火灾蔓延；其二是水平防火分区，用以防止火灾在水平方向扩大蔓延。防火分区划分的重点是处理好楼板、防火墙及外墙，楼板、防火墙等建筑构件应能达到规定的耐火极限。防火分区一般首选防火墙分隔，如确有困难时，可采用防火卷帘加冷却水幕或闭式喷水系统，或采用防火分隔水幕分隔。
笔者从事建筑消防设计审核工作多年，接触比较多的关于防火分区设计项目的实例，现就其中的一些设计要点进行阐述，以供设计人员及同行进行参考。
1 防火分区的划分
防火分区面积大小的确定应考虑建筑物的使用性质、重要性、火灾危险性、建筑物高度、消防扑救能力以及火灾蔓延的速度等因素。
我国现行的《建筑设计防火规范》、《人民防空工程设计防火规范》、《高层民用建筑设计防火规范》等均对建筑的防火分区面积作了规定，在设计、审核时，必须结合实际情况严格执行。
1.1 单层、多层民用建筑防火分区的划分
单层、多层民用建筑防火分区面积是以建筑面积计算的。每个防火分区的最大允许建筑面积应符合下表的要求。
在进行防火分区划分时应注意以下几点：
（1）防火分区间应采用防火墙分隔，如有困难时，可采用以背火面温升作耐火极限判定条件的防火卷帘（耐火极限3小时以上）、不以背火面温升作耐火极限判定条件的防火卷帘加闭式自动喷水灭火系统和防火水幕带分隔。防火墙上设门窗时，应采用甲级防火门、窗，并应能在火灾状态下自行关闭。
（2）建筑内设有自动灭火系统时，每层最大允许建筑面积可按上表增加1倍。局部设置时，增加面积可按该局部面积1倍计算。
（3）建筑物内如设有上下层相连通的走马廊、自动扶梯等开口部位时，应按上、下连通层作为一个防火分区，其建筑面积之和不宜超过上表的规定。
（4）地下室作为商业功能使用时，当设有火灾自动报警系统和自动灭火系统，且建筑内部装修符合现行国家标准《建筑内部装修设计防火规范》GB50222的有关规定时，其营业厅每个防火分区的最大允许建筑面积可增加到2000m2，应注意防火分区的划分要考虑按功能性进行划分，即商业区域应与停车场区域、设备用房区域完全分隔开，这个设计有利于安全疏散等其它方面的设计。
（5）防止防火卷帘无限制的代替防火墙，特别控制带帘中门的防火卷帘的使用。经过长期的跟踪调查，防火卷帘的可靠性长期无法得到保证，特别是在大型商业场所，为了保持整个平面利于布置，大量使用防火卷帘作为防火分隔进行使用，受控制方式及本身制造工艺的影响，在一定的使用时间之后容易发生下降困难或无法满足防火分隔作用的情况发生。故此建议，商业区域如设于地下层时，参考《人民防空工程设计防火规范》中的相关规定，控制防火卷帘的长度不应大于防火分隔部位宽度的三分之一，且不应大于20m；设于地上层时，也应控制防火卷帘的总长度，或于防火分隔处设置一定数量的防火门利于互通。特别对于带帘中门的防火卷帘，虽然现在有型式认可的产品生产出来，但应限制其使用场所，仅对于一些隐患整改的老建筑中使用。帘中门无论是采取平推或帘幕的打开方式，经过一段时间的使用，由于工艺上的原因容易失效，造成防火卷帘无法正常下降，或者下降后帘中门无法打开，一方面造成防火分区失效，同时影响疏散通道、安全出口的畅通。
1.2 高层民用建筑防火分区的划分
根据高层民用建筑的火灾危险性及高层建筑的特点，结合我国的实际情况，参考国外对高层民用建筑防火分区的划分，我国《高层民用建筑设计防火规范》规定，高层民用建筑每个防火分区的最大允许建筑面积按以下规定：一类建筑，1000m2；二类建筑，1500m2；地下层，500m2.
在进行防火分区划分时应注意以下几点：
（1）划分防火分区的防火分隔物除防火墙外，还可根据具体情况采用防火卷帘和防火水幕带等，但仍应符合相应的规定。
（2）设有自动灭火系统的防火分区，其允许最大建筑面积可按规定增加1倍；当局部设置自动灭火系统时，增加面积可按该局部面积的1倍计算。特别应注意的是，在考虑相互借助疏散出口的情况下，防火分区的面积不能翻倍计算。即考虑设一个安全出口的条件，通过防火墙上开设防火门作为另外的一个出口，一类建筑防火分区面积控制在1400m2，二类建筑防火分区面积控制在2100m2.
（3）高层建筑内的商业营业厅、展览厅等，当设有火灾自动报警系统和自动灭火系统，且采用不燃烧或难燃烧材料装修时，地上部分防火分区的允许最大建筑面积为4000m2，地下部分防火分区的允许最大建筑面积为2000m2.
（4）当高层建筑与其裙房之间设有防火墙等防火分隔设施时，其裙房的防火分区允许最大建筑面积不应大于2500m2，当设有自动喷水灭火系统时，防火分区允许最大建筑面积可增加1倍。我们所说的高层建筑主体与裙楼有明显防火分隔应是指主体建筑的投影面与裙楼进行防火分隔，当建筑中主体与裙楼分隔不明显时，例如对于商住楼而言，仅楼梯等核心筒进行了分隔，则应按照最大4000m2的要求执行防火分区的划分。
（5）高层建筑内设有上下层相连通的走廊、敞开楼梯、自动扶梯、传送带等开口部位时，应按上下连通层作为一个防火分区，其允许最大建筑面积之和不应超过规范的规定。当上下开口部位设有防火卷帘或水幕等分隔设施时，其面积可不叠加计算。
（6）高层建筑中庭防火分区面积应按上下层连通的面积叠加计算，当超过一个防火分区面积时，应采取有关中庭防火分隔的措施。
2 玻璃幕墙、中庭及特殊部位和房间的防火分隔
2.1 玻璃幕墙的防火分隔
玻璃幕墙作为一种新型的建筑构件，以其自重轻、光亮、明快、挺拨、美观、装饰艺术效果好等优点，自20世纪70~80年代以来，被大量应用在高层建筑之中。为了追求立面效果及造型的多变性，现在也多用于超高层建筑中。据统计，近十多年来，超过90%以上的超高层建筑均为玻璃幕墙的外墙设计，其中包括著名的世界第一高楼，高度达到828m的迪拜哈里发塔。
2.1.1 玻璃幕墙的火灾危险性
玻璃幕墙多采用全封闭式，幕墙上的玻璃常采用热反射玻璃、钢化玻璃等。这些玻璃强度高，但耐火性能差，因此，一旦建筑物发生火灾，火势蔓延危险性很大。由于建筑构造的要求，在幕墙和楼板之间留有较大的缝隙，若对其没有进行密封或密封不好，烟火就会由此向上扩散，造成蔓延。
2.1.2 玻璃幕墙的防火分隔措施
为了防止建筑发生火灾时通过玻璃幕墙造成大面积蔓延，在设置玻璃幕墙时应符合下列规定：
（1）设有窗间墙、窗槛墙（窗下墙）的玻璃幕墙，其墙体的填充材料应用岩棉、矿棉、玻璃棉、硅酸铝棉等不燃烧材料。当其外墙面采用耐火极限不低于1h的不燃烧体时，其墙内封底材料可采用难燃烧材料，如B1级的泡沫塑料等。
（2）无窗间墙、窗槛墙（窗下墙）的玻璃幕墙，应在每层楼板外沿设置耐火极限不低于1h、高度不低于0.8m的不燃烧实体裙墙。
（3）玻璃幕墙与每层楼板、隔墙处的缝隙，应采用不燃烧材料填塞密实。
2.2 中庭的防火分隔
中庭是在建筑内部贯通上下楼层，并营造出具有室外自然环境美的室内共享空间。通常包括紧邻主入口的局部中庭，或是贯通上下空间的大型中庭设计，它是以大型建筑内部上下楼层贯通的大空间为核心而创造的一种特殊建筑形式。
2.2.1 中庭的防火分隔措施
根据中庭的火灾特点，结合国内外高层建筑中庭防火设计的具体做法，参考国外有关防火规范的规定，贯通中庭的各层应按一个防火分区计算，当其面积大于有关建筑防火分区的建筑面积时，应采取以下防火分隔措施：
（1）房间与中庭回廊相通的门、通道等，应设乙级防火门、窗以控制火势向各层间蔓延；
（2）与中庭相通的过厅、通道等，应设乙级防火门或耐火极限大于3h的防火卷帘分隔，以控制烟火向过厅、通道处蔓延扩散；
（3）中庭每层回廊应设自动喷水灭火系统；
（4）中庭每层回廊应设火灾自动报警系统，并与排烟设备和防火门联锁控制。
2.2.2 中庭防火设计应注意的一些问题
（1）应明确中庭与天井的区别
很多时候，区别中庭与天井就是看是否加顶盖的问题，中庭在一定意义上就是加了顶盖的天井。天井的设计类似于下沉广场，当满足作为室外空间的一些要求后上下联通空间的防火分区面积可不进行叠加，例如，防火间距满足规范要求，底层安全疏散满足出口数量、疏散距离、疏散宽度等要求，在规范没有明确的情况下可参考各地的规定执行。
（2）中庭内部消防设施的设置
中庭内部应设置的消防设施，现行规范仅对内部排烟作出了要求，特别是对于紧邻主入口的局部中庭，设计人员经常容易忽略其消防设施的设置。中庭一般净空高度均容易超过普通自动喷水灭火系统、火灾自动报警系统的设置要求，这时可以考虑设置智能型水炮系统，或一些改进型的自动喷水灭火系统，例如，采用旋转型喷头的自动喷水灭火系统。火灾自动报警系统也可以考虑红外感应的探测器等，达到及早报警的目的。
（3）加强中庭的防火分隔措施要求
请注意一个小问题，即现行的《建筑设计防火规范》与《高层民用建筑设计防火规范》对与中庭相通的开口部位设置的防火门、窗及防火卷帘的等级要求不一致，《高层民用建筑设计防火规范》要求为乙级，而《建筑设计防火规范》则提高至甲级，笔者认为，从安全角度考虑而言，统一要求甲级较为合适。
2.2.3 各种竖向管井等特殊部位的防火分隔
建筑中的各种竖向管井，不仅是火势上下蔓延的主要途径，而且是拨烟火的主要通道，若防火分隔不当或未作适当防火处理，高温烟火会迅速传播扩大，造成扑救困难，严重危及人身安全，增大火灾损失。因此，对建筑物中的这些部位的建筑构造应严格要求，具体应采取以下防火措施；
（1）高度低于100m以下建筑的管道井、电缆井应每隔2~3层在楼板处用耐火极限不低于0.5h的不燃烧体封隔，其井壁应采用耐火极限不低于1h的不燃烧体。井壁上的检查门应采用丙级防火门。超过100m的高层建筑，应在每层楼板处进行封堵。
（2）电梯井应独立设置，井内严禁敷设可燃气体和甲、乙、丙类液体管道，并不应敷设与电梯无关的电缆、电线等。电梯井井壁除开设电梯门洞和通气孔洞外，不应开设其它洞口。由于工作方式的不一致，消防电梯井与普通电梯井之间也应进行完整的防火分隔。
（3）电缆井、管道井与房间、走道等相连通的孔洞，其空隙应采用不燃烧材料填塞密实。容易忽略的是地下室重要设备房，例如水泵房、风机房、发电机房、配电房等，容易在施工中留下大量的孔洞未封堵，鉴于防火分隔要求或是在火灾危险情况下坚持工作的需要，都必须确保墙体的完整性。
（4）建筑物的伸缩缝、沉降缝、抗震缝等各种变形缝是火灾蔓延的途径之一，尤其是纵向变形缝，具有很强的拔烟火作用，因此，必须作好防火处理。变形缝的基层应采用不燃烧材料，其表面装饰层宜采用不燃烧材料，严格限制可燃材料使用。变形缝内不准敷设电缆、可燃气体管道和甲、乙、丙类液体管道。如上述电缆、管道需穿越变形缝时，应在穿过处加不燃材料套管保护，并在空隙处用不燃材料严密填塞。
（5）管道井穿过楼板处的防火封堵在规范进行了详细的说明，但在实际使用中往往容易忽略管道井中管线桥架内部的防火封堵。本地一栋超高层建筑发生一起管道井的火灾事故，在短短几分钟内烟气迅速从5、6层蔓延至30多层的高度，所幸管道井的防火门发挥极大作用未造成重大损失。经事后的火灾调查发现，管道井内部防火封堵完好，造成烟气蔓延的重要途径是弱电线管桥架内部的连通空间，由此可见其危害性。