复杂空间排烟系统施工图设计审查问题

2022-09-21 16:45:24 来源:写作指导

摘要:针对现行消防排烟的国家规范及浙江省消防纪要的实施情况、复杂空间消防排烟问题的研究现状作了详细分析,发现复杂空间的消防排烟设计存在众多亟待解决的问题。分别对复杂竖向结构空间、复杂横向结构空间和复杂功能空间的排烟系统及其排烟量的设计进行了深入研究,给出了复杂空间施工图消防排烟审查的原则和要求,列举了具有代表性的工程实例,并对其复杂空间的排烟问题进行了研究和探讨。最后得到了复杂空间排烟设计和审查的基本方法。

关键词:复杂结构空间;复杂功能空间;特殊场所;消防排烟;排烟设计审查

0引言

随着现代建筑技术的发展,建筑结构复杂、功能复杂的空间越来越多,复杂空间通常具有可燃物较多、人员密度大等特点,消防安全也特别重要,防排烟系统作为消防安全的重要保障措施,也必然成为施工图审查的重点和难点。特别是GB51251—2017《建筑防烟排烟系统技术标准》(以下简称《烟标》)对复杂空间消防排烟的设计提出了更高的要求,《烟标》相比于GB50045—95《高层民用建筑设计防火规范》(2005年版)(以下简称《高规》)和GB50016—2006《建筑设计防火规范》(以下简称《建规》)作了较大幅度的调整修改,借鉴并引入新的防排烟计算、设计理论,但是《烟标》中的相关规定无法直接解决所有复杂空间的消防排烟问题。为了解决这类复杂空间消防排烟问题,很多学者针对类似问题作了深入分析和研究,例如,冒宏军针对城市地铁中庭车站公共区,结合实际工程案例,对防排烟设计进行了火灾数值模拟[1];林东安对超大型电子洁净厂房防排烟系统设计进行了研究,并对工厂建设过程中的防排烟设置要点进行了探讨[2];唐栋超针对大空间防排烟系统的设计要点进行了简要分析[3];宋晋等人针对复杂空间的建筑防排烟设计相关问题进行了探讨[4];张弘探讨了复杂功能空间建筑防排烟设计的相关问题[5]。为了贯彻实施《烟标》,2019年《浙江省消防技术规范难点问题操作技术指南》(简称《2019指南》)和修订后的2020年《浙江省消防技术规范难点问题操作技术指南(2020版)》(简称《2020指南》)针对复杂空间的消防排烟设计作了相应研究和规定,这些研究很大程度上解决了一些工程上复杂空间的排烟问题,但因为实际工程的复杂性,施工图审查过程中发现仍然存在一些问题亟待解决。本文就针对浙江省施工图审查中常见的复杂空间消防问题进行分析和探讨。根据施工图审查经验,将复杂空间分为复杂结构空间和复杂功能空间2种,复杂结构空间又分为复杂竖直结构空间和复杂竖向结构空间。

1复杂结构空间

1.1复杂竖向结构空间

复杂竖向结构空间通常是由中庭与多层回廊共同组合的一种建筑室内竖向空间。如酒店超高的球形中庭、商业综合体的超大不规则中庭等,通过简化复杂竖向结构空间的边界条件,建立竖向复杂结构空间的模型,如图1所示。图1中,H为中庭高度;Hi为建筑层高或周围场所建筑层高;Wi为竖向复杂结构空间洞口的开口尺寸;HD为挡烟垂壁高度。《烟标》第4.1.3条规定了:中庭及其周围场所和回廊应根据建筑构造及该标准第4.6节规定,选择设置自然排烟系统或机械排烟系统。《烟标》第4.6.3条和4.6.5条针对中庭及其周围场所、回廊的排烟系统排烟量的设计作了详细规定。施工图审查过程中鲜少发现典型中庭的排烟系统设计存在不合理的设计问题,但由于复杂竖向结构空间的排烟系统选择和排烟量的设计只能参考《烟标》中关于中庭及其回廊、周围场所的相关规定,因而施工图审查过程中发现复杂竖向结构空间排烟设计会出现对规范和结构空间的理解不同而存在较多的争议设计。以某酒店球形中庭的排烟设计为例,球形中庭和回廊围合而成一个球形超高空间,空间高度H=75.8m,中庭洞口的尺寸W1至W7从45m逐渐增大至66m,W8至W14从66m缩小至45m,建筑层数总共17层,除顶层以外建筑层高均小于6.0m,顶层的建筑层高为8m,但其对应的周围场所(客房)的层高小于6m,排烟口设于空间顶部,中层及顶层回廊设计采用自然排烟,中庭与顶层回廊可不划分防烟分区,自然排烟窗的有效开窗面积不小于60m2。烟气层厚度为计算值5.6m,除顶层以外,其余楼层回廊均采用机械排烟,排烟口设于回廊顶部,回廊烟气层高度为1.0m(挡烟垂壁高度HD=1.0m),排烟量为13000m3/h。球形中庭的烟气主要来自2个方向:一是客房所产生的烟羽流向中庭蔓延;另一种是球形中庭自身火灾形成的烟羽流上升蔓延。客房着火点位置未知,当着火点位于中庭底部时,烟气扩散路径较长且温度下降,导致烟气在中庭上空滞留或沉降。《烟标》第4.6.8条解释条文中明确规定:当储烟仓的烟层温度与周围空气温差小于15℃时,此时烟气已经基本失去浮力,会在空中滞留或沉降,无论自然排烟还是单点机械排烟系统,都难以有效地将烟气排到室外,设计计算结果若得出上述情况之一时,说明设计方案是失效的,应重新调整排烟措施。在施工图审查过程中,发现原排烟系统设计未考虑浮力计算,未根据球形空间自身的复杂结构选择适宜的排烟系统。为解决烟气滞留或者沉降问题,建议设计采用机械排烟系统,排烟系统根据中庭高度竖向分段设计排烟口。与典型中庭结构不同,球形中庭建筑标高32.9m以上回廊均处于球形中庭正上方,原设计挡烟垂壁高度的烟气极易扩散至回廊,对回廊的人员疏散造成影响。因此,建议回廊与中庭之间设计电动挡烟垂壁,挡烟垂壁高度等于建筑层高以防止烟气侵入回廊。《烟标》第4.6.5条中庭排烟量的设计计算应符合下列规定:中庭周围场所设有排烟系统时,采用机械排烟系统的中庭的排烟量应按周围场所防烟分区中最大排烟量的2倍数值计算,且不应小于107000m3/h。酒店球形中庭的周围场所均为客房且建筑高度小于6m,客房属于建筑面积小于100m2的房间,可不设计排烟系统。酒店球形中庭的机械排烟量根据火灾模型计算且不应小于107000m3/h。客房层的回廊按照疏散走道要求设计防烟分区,排烟量不小于13000m3/h。考虑到客房发生火灾的危险性较高,因此建议客房采用自然排烟,一旦客房发生火灾产生烟气,可以迅速排出。

1.2复杂横向结构空间

相对于复杂竖向结构空间,复杂竖向结构空间通常是沿水平方向、由不同建筑高度的空间组成的一种复杂结构空间,如剧院建筑中的观众厅和舞台、电影院的影厅、学校建筑中的阶梯教室等特殊用途的空间。通过简化复杂横向结构空间的边界条件,建立复杂横向结构空间的结构模型,如图2所示。《烟标》中也没有针对复杂横向结构空间排烟设计的规定,其排烟系统的设计可参考《烟标》第4.1.1条的规定执行,既可以选择自然排烟系统,又可以选择机械排烟系统,但复杂横向结构空间通常不具备自然排烟的条件,因而只能选择机械排烟系统。排烟量依据《烟标》第4.6.3条的规定执行,施工图审查过程中发现,几乎所有设计均按照建筑高度大于6m的条件计算排烟量,选择建筑高度的依据是《烟标》的第4.6.9条和《2020版指南》的第7.2.36条的相关规定。复杂横向结构空间排烟审查难点是排烟系统选择和清晰高度的审查,以某学校体艺楼的观众厅为例(见图2)。图2中舞台建筑高度H1为19.2m,台口建筑高度H2为10m,观众厅建筑高度H3为13m,观众厅后排和池座区域的建筑高度H4为2.5m。舞台区和观众厅分别设计2套独立的机械排烟系统,舞台区的机械排烟口设计于舞台顶部最高处,观众厅的机械排烟口设计在观众厅的不规则吊顶平面上,观众厅和舞台区的清晰高度按照《烟标》第4.6.9条和《2020版指南》第7.2.36条的要求,分别为3.0m和4.0m。施工图审查过程中发现,观众厅的设计清晰高度较低,2层池座区域甚至观众厅的后排疏散走道均淹没在烟气层中,对人员的疏散极其不利。审查建议,将观众厅的机械排烟口设计在吊顶之上以提高观众厅的清晰高度,吊顶上均匀布置的开口面积应满足《烟标》第4.4.13条,观众厅的清晰高度设计值不应低于2层池座疏散通道的清晰高度设计值。在有条件的情况下,观众厅后排及池座区域的疏散通道顶部设计独立的机械排烟系统。依据《烟标》第4.6.5的要求,设计将观众厅和舞台区按照建筑高度大于6m的房间分别建立火灾模型,并计算系统排烟量或者依据《烟标》中的表4.6.3选取系统排烟量,并取两者之间的较大值。观众厅后排及池座区域疏散通道的机械排烟系统排烟量按照疏散走道选取,不小于13000m3/h。复杂结构空间的排烟设计,不仅要熟悉掌握规范的相关规定,还应结合结构空间的自身特点选择适合的排烟系统。

2复杂功能空间

与复杂结构空间不同,复杂功能空间的建筑结构相对简单,但是空间功能属性相对比较复杂,通常具有2种及以上功能属性,不同的功能属性对应着不同的排烟系统及其排烟量。例如,与走道连通的门厅(门厅既具备平时通行人员短暂停留的功能又具备消防疏散走道的功能)、多层走道与建筑高度大于6m的通高门厅组成的空间等,复杂功能空间的功能属性多样化,不同的建筑定性对应着不同的排烟系统及其排烟量。以某剧院剧场前厅为例,如图3所示,前厅为一个贯通4层的不规则高大门厅,建筑高度H为22.8m,横向最大长度W为23.0m,纵向最大长度为66.0m,4层建筑标高H3、H4、H5、H6均为5.7m,建筑设计多个不均匀布置的镂空洞口,最小洞口的面积Smin为80m2,最大洞口面积Smax为350m2;观众厅的建筑高度H2为11.4m,观众厅与前厅采用防火墙或防火门分隔。剧院前厅是一个复杂功能空间,既可以按照中庭又可以按照建筑高度大于6m的房间设计排烟系统。施工图审查过程中发现,设计定性前厅为中庭和回廊组成的功能空间,依据《烟标》第4.1.1条规定来选择机械排烟系统。多个面积不等的楼板开洞按照中庭设计排烟系统,中庭与回廊之间设计挡烟垂壁,回廊按照走道的要求设计机械排烟系统。回廊和中庭多达6套机械排烟系统(其中,2套回廊机械排烟系统,4套中庭排烟系统)。考虑到剧院前厅属于同一防火分区,前厅无可燃物质且发生火灾危险性较低,除自身疏散以外,均无疏散功能,施工图审查建议,在经过火灾性能化分析论证的基础上,按照建筑高度大于6m的房间优化设计排烟系统,优先选择自然排烟系统,在自然排烟条件不满足的情况下选择机械排烟,防烟分区的长度应满足规范要求。依据《烟标》第4.6.5条的要求,当中庭周围场所设有排烟系统时,中庭采用机械排烟系统的中庭排烟量应按周围场所防烟分区中最大排烟量的2倍数值计算,且不应小于107000m3/h;当中庭采用自然排烟系统时,应按上述排烟量和自然排烟窗(口)的风速不大于0.5m/s计算有效开窗面积。施工图审查中发现,设计按照走道选取了2套31200m3/h回廊排烟系统和4套220000m3/h的中庭排烟系统,系统排烟量巨大。审查建议:依据《2020指南》,将门厅定义为火灾危险性较低的门厅,利用消防性能化的方法对火灾场景进行模拟计算[5],综合评估门厅火灾危险性及烟气来源,按照建筑高度大于6m的单个房间设计火灾模型,并计算系统实际排烟量,由于周围场所与门厅之间已设计了严格的防火分隔措施,可简化排烟系统数量并降低机械排烟系统的排烟量。

3结语

自2018年《烟标》颁布实施以后,浙江省根据地方要求分别颁布实施了《2019指南》和《2020指南》,解决了大部分设计单位和施工图审查机构对部分条文理解的争议问题。由于建筑的多样性和复杂性,在施工图审查过程中,仍然发现众多争议问题,特别是复杂结构空间、复杂功能空间等排烟系统的选择和排烟量计算等问题。为解决类似复杂的排烟问题,本文将以往审查过程中遇到的具有代表性的问题在此进行了一一讨论,希望对类似空间结构的排烟设计有所帮助。通过以上分析发现,消防排烟设计不仅需要严格满足消防规范的规定,对于消防规范中存在争议或者没有明确规定的消防问题,必须因地制宜地根据空间的结构、功能等特性,在满足规范的前提条件下,合理分析和解决消防排烟问题。

作者:田向宁 高克文 王琰 单位:浙江精创建设工程施工图审查中心 浙江大学建筑设计研究院有限公司 浙江绿城都会建筑规划设计有限公司