超高层住宅建筑防烟系统的设计应用

马惠芳

中建科技集团有限公司深圳分公司

0 引言

随着经济的发展和科技的进步，城市化进程不断加快，城市用地供需矛盾日渐凸出，超高层建筑应运而生。特别像深圳这种人多地少的一线城市，超高层住宅建筑[1]日渐成为了城市住宅建筑的主流。建筑防烟、排烟设计是建筑防火安全设计的重要组成部分。国内外的多次火灾表明，火灾中产生的烟气，其遮光性，毒性和高温缺氧的影响是造成火灾人员伤亡的最主要因素。为了及时排除烟气，保障建筑内人员的安全疏散和消防救援的展开[2]，合理设置防烟系统，建立有效的烟气控制设施是十分必要的。防烟系统分为自然通风系统和机械加压送风系统。机械加压送风系统在功能上不受建筑结构，气象条件和环境的影响，作为安全系数最高的防烟手段广泛应用于超高层建筑人员疏散、火灾扑救等方面。

《建筑防烟排烟系统技术标准》GB51251-2017（下称《烟标》）自2018 年8 月1 日实施以来，本公司已承接了几个超高层住宅的建筑设计，本文拟根据《烟标》的要求，结合本公司其中一个实际工程，浅谈超高层住宅建筑防烟系统的设计应用。

1 工程概况

本项目位于广东省深圳市罗湖区。项目总用地面积5556.76 m2，总建筑面积为44349.93 m2。地下共3层，其中地下三层为人防区域，车库及生活水泵房；地下二层为车库，发电机房及消防水泵房。地下一层为车库，变电所，公共开关房，消防控制室及弱电机房。塔楼地上46 层，建筑高度为141.4 m，地上一层～三层为公共配套用房。四层为架空层，五～十四层、十六～三十层、三十二～四十六层为住宅，十五层、三十一层为避难层。

图1 工程效果图

2 建筑防烟系统设计

超高层住宅建筑设置防烟系统的主要部位为防烟楼梯间、前室、合用前室及避难层。本项目建筑高度为141.4 m，根据《烟标》3.1.2 要求，超高层住宅建筑防烟楼梯间、前室、合用前室应采用机械加压送风系统。该系统可以保持给安全区域尤其是疏散区域送入大量的新鲜空气，阻止火灾烟气侵入楼梯间，前室，合用前室及避难层（间）等空间。

2.1 地下室防烟系统设计

该项目地下共3 层，核心筒由电梯，消防电梯，电梯厅，剪刀楼梯间，前室和合用前室组成（图2）。负三层地下室建筑标高为-13.300 m，地面标高为±0.000，地下室的建筑高度为13.3 m。防烟楼梯间，前室及合用前室均无法开启可开启外窗或开口，不满足《烟标》中第3.2.1 及3.2.2 的要求实现自然通风，因而分别设置独立的机械加压送风系统。

图2 负二层核心筒平面图

2.1.1 机械加压送风量计算

防烟楼梯间，前室和合用前室均应按照《烟标》第3.4.5 条～第3.4.8 条的规定计算。

1）防烟楼梯间的机械加压送风量计算

建筑的地下或半地下部分与地上部分不应共用楼梯间[3]，因而地下室防烟楼梯间采用独立的机械加压送风系统。3 层地下室的建筑高度为13.3 m，系统负担建筑高度不大于24 m，根据《烟标》第3.4.2 要求，防烟楼梯间机械加压送风量应根据《烟标》第3.4.5～3.4.7条计算，计算得地下室防烟楼梯间的加压送风量为11876 m3/h，而根据《烟标》第3.4.1 条，地下室防烟楼梯间机械加压送风系统的设计风量为14244 m3/h，风机所选风量为14400 m3/h。见表1。

2）前室、合用前室机械加压送风量计算

3 层地下室与地上14 层的前室、合用前室共用一个机械加压送风系统。该系统负担建筑高度大于24 m，根据《烟标》第3.4.2 条要求，机械加压送风量应按3.4.5～3.4.7 条计算值与表3.4.2-1～ 表3.4.2-4 的较大值确定。根据规范公式计算得到前室、合用前室的加压送风量21562 m3/h，根据表格3.4.2-4 的取值为26500 m3/h，比较计算值和表格取值的大者得前室、合用前室的加压送风量26500 m3/h，而根据《烟标》第3.4.1 条，前室、合用前室机械加压送风系统的设计风量为31800 m3/h，风机所选风量为32000 m3/h。见表1。

表1 地下室防烟楼梯间、前室及合用前室机械加压送风量

2.2 地上建筑防烟系统设计

地上建筑防烟系统设置区域为防烟楼梯间，前室，合用前室及避难层。图3 为标准层核心筒平面图。

图3 标准层核心筒平面图

2.2.1 地上防烟楼梯间的防烟系统设计

本项目地上部分防烟楼梯间采用机械加压送风系统。根据《烟标》第3.3.1 条，地上防烟楼梯间机械加压送风系统在2 个避难层被分隔成3 段，分别为首层～十四层、十五层～三十层、三十一层～四十六层共3段，每段高度不超100 m。结合《烟标》第3.4.2 条要求，机械加压送风量应按3.4.5～3.4.7 条计算值与表3.4.2-1～表3.4.2-4 的值的较大值确定。根据公式计算得到防烟楼梯间的加压送风量20498 m3/h，根据表格取值第一段机械加压送风量为21187 m3/h，第二、三段机械加压送风量为20625 m3/h，比较计算值和表格取值的大者得防烟楼梯间加压送风量分别为21187 m3/h及20625 m3/h，因而防烟楼梯间机械加压送风系统的设计风量为25425 m3/h，风机所选风量为26000 m3/h，见表2。

表2 地上防烟楼梯间机械加压送风量

根据《烟标》第3.3.5 条4、5 点，防烟楼梯间的机械加压送风风机设置在专用机房内且位于系统的下部。首层～十四层的机械加压送风系统的风机放置于负二层，十五层～三十层的放置于十五层避难层的加压送风机房内，三十一层～四十六层的放置于三十一层避难层的加压送风机房内。

2.2.2 地上前室和合用前室的防烟系统设计

地上建筑前室和合用前室利用2 个避难层把机械加压送风系统竖向独立设置为3 段，分别为负三层～十四层、十五层～三十层、三十一层～四十六层，每段高度不超100 m。机械加压送风量按《烟标》第3.4.5～3.4.7 条计算值与表3.4.2-1～表3.4.2-4 的值的较大值确定。根据公式计算得到前室、合用前室的加压送风量21562 m3/h，根据表格3.4.2-4 的取值为26500 m3/h，比较计算值和表格取值的大者得前室、合用前室的加压送风量为26500 m3/h，系统的设计风量为31800 m3/h，风机所选风量为32000 m3/h。见表3。

表3 地上防烟楼梯间前室及合用前室机械加压送风量

根据《烟标》第3.3.5 条4、5 点，前室、合用前室的机械加压送风风机设置在专用机房内且位于系统的下部。负三层～十四层的机械加压送风系统的风机放置于负三层，十五层～三十层的放置于十五层避难层的加压送风机房内，三十一层～四十六层的放置于三十一层避难层的加压送风机房内。

2.2.3 避难层的防烟系统设计

1）避难层前室的机械加压送风系统设置

本项目在十五层及三十一层分别设置了避难层，防烟楼梯间在避难层前室分隔，共形成了4 个前室，其中2 个前室与其他楼层分别共用一个机械加压送风系统。另2 个前室在十五层及三十一层避难层分别设置独立的机械加压送风系统，根据前室机械加压送风系统的计算方法，得送风量为6890 m3/h，系统的计算风量为8260 m3/h，风机所选风量为10000 m3/h。见表4。机械加压送风系统的风机放置于避难层加压送风机房内。

表4 避难层防烟楼梯间前室机械加压送风量

2）避难间的防烟系统设计

十五层及三十一层除设备用房外其余部分分别设置为东、西2 个避难间。其中东边避难间建筑面积为114.3 m2，避难间设有东、北不同朝向的可开启外窗，可开启外窗有效面积为18.82 m2，为避难间面积的16.47%，且每个朝向的面积均不小于2.0 m2。西边避难间建筑面积179 m2，避难间设有西、北不同朝向的可开启外窗，可开启外窗有效面积为35.26 m2，为避难间面积的19.7%，且每个朝向面积均不小于2.0 m2。可开启外窗在距地高度1.3～1.5m 处设置手动开启装置。东、西2 个避难间均满足《烟标》第3.2.3 自然通风要求。

3 重点注意事项

为给灭火救援提供一个较好的条件，保障救援人员生命安全、不延误灭火救援时机，应在楼梯间的顶部设置可拆破的固定窗以及时排出火灾烟气及热量，因此《烟标》3.3.11 要求，设置机械加压送风的防烟楼梯间尚应在其顶部设置不小于1 m2的固定窗。靠外墙的防烟楼梯间，尚应在其外墙上每5 层内设置总面积不小于2 m2的固定窗。这条规范是强条，地下室防烟楼梯间及地上防烟楼梯间均要满足。建筑专业在建筑图上一定要把固定窗的位置及面积表达出来。

4 结语

防烟系统是超高层住宅中保障人民生命财产安全不可缺少的消防设施，合理选用防烟系统对在建筑火灾中的人员伤亡减至最低。防烟设计是消防设计中较为复杂的环节，也是消防系统的重点，作为工程设计人员应充分认识规范的要求，领会其内涵，结合工程实际，合理利用新的防烟技术，从而实现建筑消防自救的安全可靠的设计目的。