高层建筑疏散设计问题分析论文

时间:2023.7.7

  一、高层建筑的火灾特点

  在各种防火条件基本相同的情况下,高层建筑比单层、多层建筑火灾危害性大,且其火灾危险性、危害性随着高度的增加会相应增大,火灾事故后果加重。[1]

  (一)火灾蔓延速度快

  火灾发生时,火势会沿电梯井、通风井、管道井等竖向井道迅速蔓延,形成“烟囱效应”,造成火灾的扩大蔓延。实验数据显示,火灾初起阶段水平方向烟气扩散速度为0.3ms-1,火灾燃烧猛烈阶段水平方向烟气扩散速度为0.5~3ms-1;烟气沿竖向管井扩散速度为3~4ms-1。[2]并且由于受到气压和风速的影响,高层建筑内部空气流动速度快,平常在普通建筑内不易蔓延的初期火灾在高层建筑内容易蔓延。

  (二)火灾扑救难度大

  高层建筑发生火灾后,因现有消防车辆很难达到扑救高度,致使高层建筑发生火灾时从室外进行扑救相当困难,一般要立足于自救,即主要靠室内消防设施进行火灾扑救。如果初期火灾得不到有效控制,等到消防人员赶到现场,登上高楼,不仅体力消耗大,再加上楼高风大、火势猛,消防队员在高热、浓烟下进行灭火救援难度大。[3]

  (三)人员疏散困难

  由于高层建筑垂直方向高度大,人员要安全撤离建筑物,需要较长的时间,加上火灾产生的恐慌、混乱,极易造成疏散困难。根据加拿大国家研究委员会提供的数据,人从50层楼,在每层240人的条件下,通过一座1.1m宽的楼梯向外疏散,需要2小时11分才能到达室外地面。据资料统计,在人员集中疏散时,行进速度为22mmin-1。火灾情况下,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,就会严重影响人员疏散。

  (四)可燃易燃材料多,火灾荷载大

  高层建筑在设计施工中,为了减轻结构自重,扩大建筑空间及增加内部装修美观度,往往使用大量可燃易燃材料,致使火灾时产生大量有毒烟气,造成人员中毒伤亡。

  二、影响人员安全疏散的因素

  火灾时,受烟气作用,疏散人员的行动和能见距离受到很大影响,造成人员迷失方向以致无法采取疏散行动而被围困在建筑内。建筑构件耐火性能好,倒塌的可能性小,允许人员安全疏散的时间长,但是一旦火灾造成建筑物的局部破坏,就会严重影响人员的安全疏散。火灾情况下,在火焰、烟气、警报声等外界因素的刺激下,会造成人员的心理恐惧,主要表现出不知所措或盲目、盲从的行为特点,疏散中会呈现出归巢性、趋光性、恐烟性、从众性等心理特征,影响人员安全疏散。

  三、高层建筑安全疏散设计

  鉴于高层建筑发生火灾后,火势蔓延迅速,扑救难度大,疏散困难的特点,应把强化安全疏散作为高层建筑防火设计的首位。结合火灾时影响人员安全疏散的主要因素,笔者就当前高层建筑的安全疏散设计提出以下建议:

  (一)合理布置安全出口

  供人员疏散的直通室内外安全区域的门、楼梯、走道等,都称为安全出口。高层建筑或建筑内房间,应根据人员数量及集中程度,按照防火规范的规定,综合考虑确定安全出口的数量、分布和距离。人员集中的房间的安全疏散,除了与疏散总宽度有关外,还与房间的安全出口数量有关,如一间人员较多的房间,有时只布置一两个宽大的出口就符合规范要求,但可能存在平时通行不便,火灾时应急困难的情况,容易造成人员伤亡,所以,在设计安全出口时,在建筑中任何部位最好同时有两个或两个以上的疏散方向可供疏散。安全出口的布置应均匀,具有不同疏散方向的两个出口之间至少应保持5m以上的间距。疏散楼梯有条件时应通至屋顶。[4]

  (二)合理布置疏散走道

  为了保证火灾时人流疏散的畅通,避免阻塞和混乱,疏散走道要简洁平缓,尽量不要迂回曲折,在转角尽头尽可能安排垂直疏散口。地面不得打滑或有磕绊的障碍物,疏散走道不应设置有台阶、门槛、门垛等突出物,当有突出物时最窄处不应低于疏散走道宽度要求。疏散走道的建筑结构与室内装修必须确保耐火性能,疏散走道两侧隔墙及天棚、墙面、地面装修应符合相关规范要求。疏散走道两侧隔墙当必须开设窗口时,应尽量减少窗口面积,重要房间或火灾危险较大的房间(如控制室、厨房等)的窗口应为防火窗。

  (三)合理布置疏散楼梯

  疏散楼梯和楼梯间是建筑物中安全疏散的重要通道。高层建筑内疏散楼梯通常采用封闭楼梯间、防烟楼梯间及室外楼梯,应根据建筑的性质、高度、层数,按照规范要求,结合实际选择符合防火要求的疏散楼梯。在布置疏散楼梯时还应注意以下几点:1.合理确定疏散楼梯的位置。一般来说,疏散楼梯靠近客用电梯布置才是恰当的,平时人们经常乘用电梯,疏散楼梯靠近电梯间容易被人们发现、熟悉,火灾发生时,人们往往首选经常使用的路线,这样更加有利于迅速而安全的疏散人员。在条件许可时,疏散楼梯间及其前室,应尽量靠近外墙设置,这样可利用在外墙开启窗户进行自然排烟,从而为人员安全疏散和消防扑救创造有利条件;如因条件限制,将疏散楼梯布置在建筑中心部位时,应设有机械正压送风设施,以利安全疏散。[5]2.尽量避免疏散楼梯与消防电梯合用前室。虽然规范允许疏散楼梯与消防电梯合用前室,但是为了防止在火灾时发生疏散人员与消防扑救人员的交叉干扰,有碍安全疏散和消防扑救,设计时应尽量避免疏散楼梯与消防电梯合用前室。3.规范设置室外疏散楼梯。室外疏散楼梯不占用使用面积,有利于降低建筑造价,又是良好的自然排烟楼梯,安全性比较高。为了很好地利用室外疏散楼梯进行安全疏散,在设计室外疏散楼梯时,其最小净宽不应小于0.9m,倾斜度不得大于45°,栏杆扶手的高度不应小于1.1m,室外楼梯与每层平台,应采用非燃烧材料制作,平台的耐火极限不应低于1h,在楼梯周围2m范围内的墙面上,除了可以设置疏散门外,不应开设其他门窗洞口,疏散门应采用乙级防火门,且不应正对楼梯段。[6]

  (四)正确设置疏散通道的宽度和距离

  为保证火灾时人员的安全疏散,必须确保足够的疏散宽度。确定建筑安全疏散宽度的方法通常是利用场所“百人疏散宽度指标”,与根据场所面积、面积折算值、人员密度等指标确定的场所总人数,相乘得出疏散总宽度。除规范具体规定高层建筑的最小疏散通道宽度外,高层建筑内走道的净宽,应按照通过人数每100人不小于1.00m计算;高层建筑的首层疏散外门的总宽度,应按照人数最多的一层每100人不小于1.00m计算。高层建筑的疏散距离在《高层民用建筑设计防火规范》第6.1.5、6.1.7条中有明确规定。[7]但是需要进一步明确的是两座疏散楼梯之间的袋形走道的长度,不应大于两座疏散楼梯或两个外部安全出口之间的最大允许距离的一半。

  (五)正确设置疏散门

  作为安全出口的疏散门应向疏散方向开启,当房间内人数不多,符合特定条件时,开启方向不限,如人员不超过60人且每樘门的平均疏散人数不超过30人(甲乙类生产房间除外),且无其他特殊要求(如设置气体灭火系统)的房间。疏散门除应保证相应的防火性能外,不应选用吊门、转门、侧拉门和卷帘门;自动启动的门应有手动开启装置;平时控制人员外出的门或设有门禁系统的门,应保证在火灾时不需要使用钥匙等工具即能在内部打开,并应在显著位置设置指示和使用提示。

  (六)合理设置避难层及其他辅助疏散设施

  为了使未能及时疏散出起火建筑的人员避开烟、火的威胁,建筑高度超过100m的高层公共建筑应设置避难层或避难区,自底层第一个避难层为8层,两个避难层之间宜为10~15层,在避难区应设有独立的通风和排烟设施,可以开设专用消防电梯门便于消防人员进入避难层救护、引导疏散。另外,高层建筑可以根据实际情况设置用防火门进行分隔的阳台,作为待避阳台,也可在阳台板开口处设置避难逃生袋滑至底层或采取其他辅助疏散设施,帮助受困人员逃生。超高层建筑还应设置有消火栓保护的屋顶停机坪,作为辅助疏散设施。

  (七)按规定设置疏散照明灯具

  疏散指示灯应设于走道墙面及转角处,其间距不宜大于20m;当在侧面墙上顶部安装时,其底部距地面应大于2.2m;楼梯间的门上方应设安全出口灯,灯具字体宜为绿色,同时有中英文对照的标志,且应有指示疏散方向的箭头,地面照度不应低于0.5lx。特殊场所应在地面设置保持视觉连续的疏散导流标志。


第二篇:高层建筑电气节能设计分析论文


  1在建筑电气节能设计当中存在的弊端

  在现代社会生活中,人们对电能的需求量逐渐增加,盲目用电现象逐渐增多。高层建筑电气设计师为满足人们生活需要并结合以往设计经验,很容易忽视电气节能在高层建筑中的重要意义,导致电能耗损现象越来越严重。我国大部分居民以及相关的设计单位都没有认识到我国现阶段的能源短缺状态,有些地区甚至出现用电紧缺、在用电高峰期采取限量拉闸的情况。因此相关部门应进行相关改革,充分了解各个地区、企业、居民等的用电情况,并注重高层建筑节能设计环节,提出有效的解决措施以保证电能的使用率。

  2设计原则分析

  由于减少电量耗损可有效降低成本,提高企业的经济效益,保证企业在激烈的市场竞争中占据有利地位,因此高层建筑节能设计应引起相关设计人员的重视[1],现就对其设计原则进行分析。2.1能够满足建筑功能。高层建筑电气节能设计首先应该满足环境中照明的各项要求,同时还应该满足新风量以及人们对环境温度的要求;保证各路运输通道可正常使用并满足个别特殊工艺的施工要求。例如娱乐场所配备的照明装置、音响等设备的用电,展示厅中各种照明灯具以及电力用电。2.2充分参考经济效益。要结合实际情况选择节能方式,不能为减少损耗投入过高的资金而增加运行费用。保证相关节能设备在增加成本、投入使用后可在短期之内有效回收投入资金,使得企业经济效益最大化。2.3降低能量过度消耗。减少耗损应注重节约不必要的能量消耗,而不是对正常用电进行限制。相关设计人员应找出致使高层建筑能源消耗过大的主要原因并圈定出一定范围,再采取相关有效措施节能。如变压器的功率耗损、传输线路的有功耗损均是高层建筑中不必要的能源损耗,而大量的照明设施应采用节能产品及技术减少这些设施对电能的消耗。同时高层建筑电气节能设计人员应始终贯彻科学有效、技术先进、实用性强的原则,以保证电气设计的质量。

  3设计要点

  3.1设计配电系统与无功补偿装置。在设计配电系统时应结合相关的参考数据,如供电距离、电容量等多方面因素,保证变配电处在与负荷中心相对接近的位置,在节约一定程度资金的同时有效减少高层建筑的电量耗损。相关设计人员应根据实际情况对变压器的数量、容量进行科学选择在保证变压器运行正常的同时,可以使变压器灵活投切工作,将电能使用降低到最低限度。无功补偿装置应在运行过程中实行就地补偿,避免电容器自身还存有电量却自动进行二次充电导致的能源浪费现象。此外高层建筑的升降楼梯、扶梯在修建时不应该加设无功补偿装置,以避免电机无法承受过高电压导致的损坏,而在住宅区的高层建筑则可以采用补偿装置以降低能量损耗。3.2提升供配电系统的功率因数。提高供配电系统的功率因数是提高设备使用率的重要途径之一,最大限度达到减少功率损耗、实现高层建筑电气节能目的。提高供配电系统的功率因数应从以下几点着手:①提高用电设备自然功率因数,主要通过科学选择异步电机,对工艺流程进行调整并逐步对用电设备的运行方式进行改良、使用同步电机并使变压器轻载运行,选择电动机的经常负荷不低于额定容量的40%、变压器负荷率宜在75%~85%不低于60%等方式来实现自然功率因数的提高。②对无功功率进行人工补偿,在日常生活中人们较为普遍的采用并联电容器来实现对无功功率的补偿,相关设计人员应在设计过程中使用高低压柜集中补偿和分散补偿的方式实现就地补偿。对容量较大,负荷平稳且经常使用的用电设备就地单独补偿,并结合高层建筑的实际情况以及电气设备的使用情况设计。③在功率条件适当时,采用同步电动机以及选用带空载切除的间隙工作制设备等措施,以提高电动机的功率因数以及工作效率、以减少电动机在实际过程中的能量消耗。3.3线路电能损耗降低。在高层建筑能源耗损中,线路耗损占有较大比例,因此相关设计人员应重视线路耗损情况,并结合发热条件、机械长度、电压损失等对低压线路的横截面进行合理选择以减轻电路耗损状况,同时在选择线路导线时应选用电阻率较小的材质。相关人员在进行设计的过程中应控制好导线的长度,尽可能缩短导线长度在布线时注意避免线路回弯,减少线路在输送过程中的耗损。此外在整个设计过程中,设计人员应尽可能增加导线横截面积,在满足电压以及载流量的基础上减少电量耗损并减少火灾发生的概率,保证楼内居民可安全用电。3.4设计照明节能。首先,选择的照明光源应符合国家现行相关标准的规定。其次,设计人员可以结合照明方案的具体要求使用光通比例较高,反射系数较高以及配光性较为稳定的灯具,对高层建筑进行节能设计,并充分利用自然光减少灯具在日间的使用次数从而达到节约能源的目的。3.5设计空调系统空调系统的用电消耗情况在建筑总耗损中占有相当大的比例,因此对空调系统进行科学合理的节能设计可有效减少高层建筑电量耗损。设计人员可在保证人居环境舒适度的前提下,通过调整室内温度、湿度的取值范围来达到减少能源耗损的目的。①空调中制冷装置的能耗在空调系统总能耗中占有相当大的比重,是整个空调系统中电能消耗最高的设备。因此设计人员在设计空调时应注意选择高能效、容量小的机组设备。②空调冷冻水泵与冷却水泵也是消耗电能高的部件,设计人员可以通过提高水泵的工作效率来减少能源消耗。

  4案例分析

  本工程为建阳西区生态城,总共9栋单体及一个地下停车场,地上28层,地下2层,建筑高度89.15,属于一类高层,建筑面积约10万m2。建阳西区生态城是按绿色建筑的标准设计的。4.1供配电系统节能。根据建筑规划,在地下一层设置三个配电房及一个开闭所均接近负荷中心,线路路径合理,减少低压侧线路长度,降低线路损耗,至末端配电箱长度约100m。本工程选用的变压器为D,yn11接线。单相负荷尽可能均衡地分配在三相上,使三相负荷保持基本平衡,最大相负荷不超过三相负荷平均值的115%,最小相负荷不小于三相负荷平均值的85%。本工程在变配电所的低压侧设集中无功自动补偿装置,采用自动投切装置,要求在高峰负荷时高压侧功率因数不低于0.95。对预估谐波电流较严重的非线性负荷,无功功率补偿考虑谐波的影响,采取抑制谐波的措施。4.2电气照明节能。本工程照明设计公共场所采用以荧光灯为主的高光效光源。在满足眩光限制的条件下,优先选用灯具效率高的灯具以及开启式直接照明灯具,室内灯具效率不低于下表1的要求。设计在满足灯具最低允许安装高度的前提下,尽可能降低灯具的安装高度,节约电能。采用电子镇流器或节能型高功率因数电感镇流器。本工程在楼梯间、走道、门厅的照明,采用节能自熄开关,应急照明灯具有应急时自动点亮的措施。小区道路照明根据所在地区的地理位置和季节变化合理确定开关灯时间,并用光控和时间控制相结合的智能控制方式,以求最大程度的节能。公寓及住宅各功能房须按表2中的照度标准进行设计。

  由于高层建筑具有面积大、层数多、功能复杂等特点,为施工带来一定难度,同时高层建筑电气设计也是整个施工过程中的重要环节。高层建筑电气设计是否安全直接影响到楼内居民的生活质量,因此相关设计人员应将可持续发展理念贯彻至整个设计过程中,实现建筑整体有效节能。参考文献:[1]张文.高层建筑电气节能设计要点分析[J].科技创新与应用,2016(5):249.

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