高层中的邻里空间设计与消防计算

1高层建筑中的邻里空间设计与消防计算张海洲摘要为解决高层建筑中小户型每户拥有属于自己的私家花园，设计者提出了空中街道的邻里交往空间概念，九米高的空间在一类高层中给每一个住户带来了阳光和绿化，但同时，这样的创新设计与《高层民用建筑防火规范》的有关规定相矛盾，有必要进行消防计算以满足先行规范及审查程序的要求。关键词空中街道亚安全区域烟气蔓延、热辐射的消防计算引言在公元前604年至562年，古巴比伦国王尼布加尼撒二世为他最心爱的王后塞米拉米斯建造了一座奇幻的高大建筑——空中花园，古代人为了见证爱情而修建的充满浪漫、梦幻的美丽花园。近十几年来，中国城市建设规模之大，速度之快史无前例。在解决了普通居住问题后，人们希望拥有更为时尚的、人性化的建筑和居住空间。对于定位较高的房地产项目来说，拥有属于自己的花园，栽满藤箩绿蔓的梦幻空间并不是很难的事情，但对于定位在青年人群、小户型、一类高层的房地产项目来说，要求每户拥有自己独立的花园就是一个较难的设计。对于设计者，平常的高层居住建筑中户型的设计手法和空间布局就不能解决上述问题。在有些高层设计项目中，引入了入户花园的概念，但由于入户花园的设计层高2一般只有2.8-3.0米，加上其进深与开间尺度受到限制，最终住户使用起来，与阳台的概念没有本质的不同。传统的点式高层或板式高层为了减少公共交通面积，电梯间及入户通道的宽度在设计时尽量控制在规范许可的尺度内，仅仅成为一个消防疏散通道，住户没有停留、交往、交谈、聚集的空间，邻里单元间的交往就成为传统高层建筑中的缺失内容。本文以重庆市沙坪坝区的地产项目——雪梨澳乡为例，探讨高层建筑中邻里交往空间的设置与设计。雪梨澳乡工程项目是位于重庆市沙坪坝区新建二村的一个旧城改造项目。地段上居住着大量的重棉一厂的离、退休职工，他们的居住形态呈现拥挤的、庭院式的方式，住家间的邻里距离十分亲近。建筑大多为二-三层的砖木结构的老式建筑，建筑破旧，处于风雨飘摇中。尽管如此，基本上每家住户均有属于自己的或大或小的庭院，栽植绿化，喂养宠物，倒是恰得其所。针对这样一种现实情况以及建设方提出的小户型、保证每家有花园的定位，我们提出了空中街道的设计概念，以部分还原原有街区、邻里交往的亲切、安宁、和谐的感觉。空中街道空中街道设计，在雪梨澳乡的四栋塔楼中，A、C、D栋塔楼平面布置相同，采用每三层为一个标准层的板式高层设计，建筑的进3深控制在16.0米以内，同时，预留出5.0米进深作为空中街道的空间，每一个住户的入户花园均设置在空中街道的一边。而另一边，则完全亮开，整个空中街道高度为8.4米。在标准层中，第一层为平层小户型，第二、三层为跃层小户型，每层层高为2.8米。（如下图）空中街道一侧布置入户花园、厨房、客厅、餐厅等空间，由于空间足够的高大，可以为住户提供充足的阳光和绿化。每一个入户花园就是一个敞开的庭院，串联起来，就可以形成一个相对完整的街区。可以为老人、小孩提供室外的休息、玩耍的空间，同时，增加了邻里交往的机会。每一个空中街道一侧，布置十六至二十四户的住户，人数及人流控制在五十至一百人内。在居中的位置设置垂直交通，开敞的电4梯厅，而且，电梯只到达平层。这样，每三层为一个标准层。在A、C、D栋塔楼中，每个塔楼均设置了十个这样的空中街道。并在局部街区放大空间布置，专门作为公共活动的平台。空中花园平面空中街道的消防矛盾空中街道解决了建筑空间的要求，使每一个住户的每个房间均能够分享到阳光和雨露，避免了高层建筑内部空间的对视问题。增加了邻里间的交往机会。由于空中街道是三个普通标准层的高度，每一个标准层的建筑面积均大于500平方米左右，这样，三层叠加后的建筑面积已经超5过《高层民用建筑防火设计规范》规定的每个防火分区的允许最大建筑面积1000平方米的规定。而且，消防电梯只到达空中街道的一层平面。在《高层民用建筑防火设计规范》中消防电梯要求到达每一个防火分区和楼层。这样，如果消防矛盾不能解决，空中街道的概念将不能得到实现。如果将建筑户内设置消防自动喷淋和自动报警系统，防火分区的建筑面积可以扩大一倍，从而满足高规的要求，但又将给室内的居住空间造成很大的影响，同时，又会造成该项目的建设成本增加，建设方也会放弃这样的设计理念。为了使该工程能够顺利实施，我们拟将空中街道作为消防疏散的一个亚安全区域，进行一定的消防计算。空中街道作为亚安全区域的消防计算烟气蔓延消防计算拟选取塔楼C的一个标准层的平层某个住户作为起火区域，计算发生火灾时，烟气通过户门蔓延出房间进入空中街道的情景，观察烟气指标，看能否可以作为亚安全区域；一、火灾场景有两种：1、由外向内3m/s的风速2、无风情况6二、计算初始条件环境情况：假设周围环境温度为25℃，压力为一个标准大气压开口情况：在火灾模拟过程中，假设平层各房间门全部打开，上二层靠空中街道门窗全部打开，背空中街道部分打开。起火点：具体位置参见下图。三、烟气蔓延计算结果1、火灾场景1的结果：在整个模拟时间1200s内，空中街道的烟气层维持在6m以上，这与其开敞，烟气不能聚集有关。空中街道的附近的上层平均温度维持在70℃-90℃范围内，顶部最高温度可达到175℃；下层温度维持在45℃以下范围内。2、火灾场景2的结果：在整个模拟时间1200s内，空中街道的烟气层维持在6.8m以上，这与其开敞，烟气不能聚集有关。7空中街道的附近的上层平均温度维持在80℃-110℃范围内，顶部最高温度可达到175℃；下层温度维持在44℃以下范围内。综上所述，通过模拟空中街道的平层靠近门口起火，外界有3m/s、无风速的两种火灾场景，结果表明：开敞的空中街道不能大规模聚烟，即烟气层高度在模拟时间1200s内处于一个安全高度；并且上层烟气温度在175℃以内，下层温度始终不超过45℃。火灾辐射计算房间火灾的辐射计算是指房间的火灾辐射通过房间门窗后对空中街道上的人员的辐射量。建筑内的可燃物包括电器缆线、家具器材、厨房橱柜等。为保守考虑，选择靠近最外边的房间起火，考察火焰辐射通过门窗等是否对开敞的人员疏散构成威胁。计算时，假设最靠近开敞空中街道的厨房橱柜起火，简化处理辐射面为平面，此时辐射源为一个平面，将橱柜的长度作为辐射面的长度，火焰的高度及橱柜高度作为辐射面的高，据此分析安全通道另一侧防火分区地面上某一点（距火源最近点）的辐射热通量的大小。人体对烟气层等火灾环境的辐射热的耐受极限为2.5Kw/m2，即相当于上部烟气层的温度约为180℃-200℃。8人体对辐射热的耐受极限见下表：热辐射强度〈2.5Kw/m22.5Kw/m210Kw/m2耐受时间〉5min30s4s◇计算软件采用FIRECALC软件中Radidtion程序进行热辐射计算。◇火源的确定：厨房中橱柜起火，与空中街道的最近距离约为4.0米。◇火焰高度预测：参考日本队火源高度的预测方法，通过计算可得到火源高度约为0.0106m。◇计算分析：辐射面长度按窗户的长度选取为1.2米，因为辐射是通过门窗进行的，且窗户的长度较小，则辐射面的高度按火焰高度和橱柜高度可选为1.011米。（计算中涉及到火焰温度参考FIRECALC提供的数据）。通过计算，离厨房较近的空中街道的某点的热辐射量为2.317KW/m2。◇计算结果：通过热辐射计算可以看出，当距离空中街道最近的厨房中的橱柜起火，距离厨房最近的某点受到的最大热辐射通量为2.317KW/m2，在这种情况下，疏散人员的耐受极限大于30s，因此，人员有能力通过起火的外侧区域。所以，当厨房火灾发生时，火灾辐射虽然会通过门窗阻碍人员通过空中街道的9空间，但不足以构成生命威胁。结论通过烟气蔓延和热辐射计算，结果表明：开敞的空中街道不能大规模聚烟，即烟气层高度在模拟时间1200s内处于一个安全高度；并且上层烟气温度在175℃以内，下层温度始终不超过45℃。当距离空中街道最近的厨房中的橱柜起火，距离厨房最近的某点受到的最大热辐射通量为2.317KW/m2，在这种情况下，疏散人员的耐受极限大于30s，因此，人员有能力通过起火的外侧区域。综上表明，建筑空间的创新设计——空中街道可以作为人员疏散的亚安全区域，并且能够到达消防安全性能的要求。通过建筑空间的创新设计和消防计算，在雪梨澳乡的方案评审会上，重庆市的建筑专家和消防专家均对该设计给与了较高的评价。在重庆市房交会上，建设方推出该项目后，也得到了购房者的认可。高层居住建筑的空间设计因为居住者的不同而变化，多层建筑和公共建筑中经常出现的空间，如边庭、中庭、街区等也可以出现在高层居住建筑中，雪梨澳乡项目的设计是一次有益的尝试。但任何创新和尝试均需建立在消防安全之上。10参考文献：1、《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95（2001年版）2、《火灾自动报警系统设计规范》GB50116-983、公安部四川消防研究所消防安全性能评估报告（唐二明编写）