体育馆大空间建筑消防形式研究

体育馆大空间建筑消防形式研究引言:随着我国经济建设的发展，一些具有大空间的建筑不断涌现，如大型体育馆、游泳馆、展览馆、会议中心、飞机维修库、大型生产厂房、大型设备间等。这些建筑单层建筑面积大，楼层高，内部空间不能分隔，其特殊使用的要求使建筑设计方案与现行防火设计规范相矛盾，套用现行防火设计规范无法合理确定出完善的防火设计方案。而此类大型建筑又存在多样性，有的火灾危险性较高，有可燃物较少，甚至没有引发火灾的可能性。而这类大空间建筑在规范上没有分类设计，且现在规范对这方面的考虑不足，造成设计与规范的矛盾。近年来全国各地的大空间建筑也多次发生重大、特大火灾事故。因此这类建筑的防火设计问题日益引起人们的关注。一、防火分隔与安全疏散1、大空间建筑的火灾特性由于建筑结构上的特殊性和使用方面的复杂性，大空间建筑的火灾预防与普通建筑有着明显的区别，主要表现在以下几个方面：1）不易进行防火分隔在建筑物内设置防火防烟分区是控制烟气蔓延的主要方法，但是对于大空间建筑，由于建筑结构、生产工艺、使用功能等方面的影响，特别是一些大型体育场馆、工业厂房，很难利用防火墙、防火卷帘等有效防烟隔烟措施进行防火分隔。2）人员的安全疏散相当困难大空间建筑一般都是人员高度集中的场所，常常有成千上万的人，而且这些人来到这里通常是没有组织的(例如剧场、体育馆等)，一旦发生火灾，在较短的时间内将人们迅速疏散到外界是一个极为困难的问题。由于以上火灾特性，致使大空间建筑的防火与普通建筑防火相比存在更多难点，更应引起足够的重视和开展研究。在建筑消防上试从以下几个角度入手对对体育馆大空间建筑的防火进行研究1.安全疏散随着我国经济的迅速发展，体育文化建筑逐年兴起，且规模越来越大，功能趋于多样化，复杂化。但同样带来了疏散的难题，因为体育场馆体量大，疏散距离远，人员密集，人员对场馆的熟悉程度较低，这些成为了体育场管固有特点。由于大型体育馆内观众台成环行布置，缺乏明显的方向性，极易在疏散中形成人流相互交叉的现象造成混乱，再加上地面坡度大，使疏散人员，尤其是老人和儿童消耗体力多，也影响疏散速度。因此，建筑设计中，如何设置安全出口的位置、数量以及宽度，如何保证疏散指示标志、安全疏散指令等诱导疏散设施等在火灾发生时能够很好的发挥作用，是建筑设计需要着重考虑的问题。1）安全疏散严格执行规范要求：在《建筑设计防火规范》GB-50016-2006上体育馆的安全疏散有明确规定：疏散宽度的规定：剧院、电影院、礼堂、体育馆等人员密集场所的疏散走道、疏散楼梯、疏散门、安全出口的各自总宽度，应根据其通过人数和疏散净宽度指标计算确定，并应符合下列规定：1观众厅内疏散走道的净宽度应按每100人不小于0.6m的净宽度计算，且不应小于1m；边走道的净宽度不宜小于0.8m。在布置疏散走道时，横走道之间的座位排数不宜超过20排；纵走道之间的座位数：剧院、电影院、礼堂等，每排不宜超过22个；体育馆，每排不宜超过26个；前后排座椅的排距不小于0.9m时，可增加1倍，但不得超过50个；仅一侧有纵走道时，座位数应减少一半；2剧院、电影院、礼堂等场所供观众疏散的所有内门、外门、楼梯和走道的各自总宽度，应按表5.3.16-1的规定计算确定；3体育馆供观众疏散的所有内门、外门、楼梯和走道的各自总宽度，应按表5.3.16-2的规定计算确定；疏散时间的规定：根据对国内一部分已建成的体育馆调查，对于一、二级耐火等级的体育馆观众厅内人员的疏散时间，依据容量规模的不同按3～4min控制。（疏散时间的计算方法详见《建筑设计防火规范》GB50016-2006条文解释5.3.10）2）体育馆观众厅内纵横走道的布置是疏散设计中的一个重要内容，在工程设计中应注意以下几点：①观众席位中的纵走道担负着把全部观众疏散到安全出口(或疏散门)的重要功能。因此，在观众席位中不设横走道时，其通向安全出口(或疏散门)的纵走道设计总宽度应与观众厅安全出口(或疏散门)的设计总宽度相等。②观众席位中的横走道可以起到调剂安全出口(或疏散门)人流密度和加大出口疏散流通能力的作用。所以，一般容量规模超过6000人或每个安全出口(或疏散门)设计的通过人流股数超过4股时，宜在观众席位中设置横走道。③经过观众席中的纵、横走道通向安全出口(或疏散门)的设计入流股数与安全出口(或疏散门)设计的通行股数，应符合“来去相等”的原则。如安全出口(或疏散门)设计的宽度为2.2m，则经过纵、横走道通向安全出口(或疏散门)的人流股数不宜超过4股，超过了就会造成出口处堵塞、延误疏散时间。反之，如果经纵、横走道通向安全出口(或疏散门)的人流股数少于安全出口(或疏散门)的设计通行人流股数，则不能充分发挥安全出口(或疏散门)的疏散作用，在一定程度上造成浪费。3）通过功能分区进行人流分区疏散。体育建筑通常分区观众区、贵宾区、运动区、管理区、比赛区。各个功能通过清晰合理的分区设计，互不干扰，在疏散时各自通过区域疏散快速到达室外。4）大型体育馆应建立在场地开阔、便于疏散的地点，至少应有两条车辆通道与城市干道连接。人流集散和车流应分层错开，互不干扰。馆外空地面积应能容纳馆内最多允许人数，并分散布置在体育馆四周。体育馆周围应设消防通道，使消防车能接近主体建筑。2.建筑构造1）体育场馆跨度大、顶棚高，这些可燃材料大大增加了体育馆的火灾负荷，一旦起火，火灾蔓延迅速，产生大量有毒气体。发生火灾时燃烧猛烈，蔓延迅速，易形成大面积火灾，扑救难度大。2）装修量大、可燃物多，大型体育馆观众厅的座椅一般采用塑料、胶合板、木板或棉布等可燃材料。在其建筑中，可燃装修材料的应用也十分广泛。3）着火源多。体育馆内设有大量的电气设备和照明灯具，用电量大，电气线路容易发生故障或过负荷引起火灾。文体演出的燃放的烟花、观众吸烟和平常维护过程中的电气焊等明火作业也是不容忽视的火源。4）屋顶多采用钢结构，耐火极限低，发生火灾坍塌早。例如天津体育馆的钢结构屋架，发生火灾时，在消防队出警后1～2min就出现了局部坍塌，随后，很快发展成整个屋架倒塌。1)主体构件耐火极限应符合规范规定2）内部装修材料应符合《建筑内部装修设计防火规范》GB50222-95的规定3）屋盖系统的防火设计a）采用外包敷不燃材料做法。这种作法是指直接在钢屋架杆件上外包装饰性防火板材。屋架系统杆件纵横交错，外包板材在实际操作上有很大困难，效果既不经济也不美观。采用不燃板材保护钢结构屋盖系统是在钢屋盖下作一层可阻燃的吊顶，一般做法是在钢屋架下弦杆件上直接安装一层轻质钢筋混凝土预制板件，板的下表面安装用防火材料制成的装饰面层。b）自动喷水系统和水冷却系统。自动喷水系统对钢屋盖系统进行直接的保护，其主要作用是通过水直接作用在钢材表面上起到对钢材的冷却作用。在钢结构屋盖体系的下部安装自动喷水管道系统，采用上喷式喷头，使水向钢屋盖的杆件均匀连续喷射，达到冷却钢材，保护屋盖的目的。大空间建筑的屋盖通常采用钢结构网架屋盖体系，结构杆件一般采用钢管杆件，而其结点通常采用球结点、焊接球结点或螺栓球结点。试想如果结构体系的杆件之间都是空心且相通的，向管内注入连续的水流，通过水流的冷却作用，使钢管降温，从而达到了保护钢构件，使得火灾时不会达到使构件软化变形的温度，也就保护了整个钢结构屋盖系统。3.防火分隔1）防火分区的分割通常有一下几种方式：a)利用防火墙进行防火分隔防火墙应直接设置在基础上或钢筋混凝土的框架上。防火墙应截断燃烧体或难燃烧体的屋顶结构，且应高出非燃烧体屋面不小于40cm，高出燃烧体或难燃烧屋面不小于50cm。当建筑物的屋盖为耐火极限不低于0.5h的非燃烧体时、高层工业建筑屋盖为耐火极限不低于1h的非燃烧体时，防火墙（包括纵向防火墙）可砌至屋面基层的底部，不高出屋面。b)利用防火卷帘进行防火分隔一般应满足以下要求：当采用以背火面温升作耐火极限判定条件的防火卷帘时，其耐火极限不应小于3h，如双轨、双帘无机防火卷帘和气雾式等特殊防火卷帘。当采用不以背火面温升作耐火极限判定条件的防火卷帘时，其防火卷帘两侧应设独立的闭式自动喷水灭火系统保护，系统喷水持续时间不应小于3h，喷水强度不应小于0.5L／s•m，喷头间距应为2m～2.5m，喷头距卷帘的垂直距离宜为0.5m。c)用水幕进行防火分隔应满足以下要求：喷头布置应为3排，防火水幕带的有效宽度不应小于6m。供水强度不应小于2L／s•m，喷水延续时间不应小于3h。水幕上部不应有可燃构件和可燃物。水幕上部空间较大时，水幕应同时喷向上部，防止烟火从水幕上部空间蔓廷。自动扶梯、开敞式楼梯和防火墙上根据需要开设的孔洞均应设置防火卷帘或水幕进行分隔。但防火分区分隔措施造成设计和使用之间的矛盾。2)对一些工艺设备连续性强的工业建筑，设置防火墙会将其分隔成若干个完全不通的部分，在开口部位设置防火卷帘又不能下降到底，不能进行有效的防火分隔。在大空间建筑内设置防火墙会破坏大空间，而且很高的防火墙其自身的稳定都难以保证；设置防火卷帘因自重大，对建筑物的承重要求高，安装难度大，且大面积防火卷帘能否正常动作也是个未知数，它还会影响建筑物的实用性和艺术效果；如果设置消防水幕进行分隔，其巨大的消防用水量(储水设施)是业主无法接受的，而且，消防水幕的防火分隔效果也得打些折扣。目前规范上对这种类型的空间防火划分没有充分考虑，造成设计上没有规范可依，实际问题难以解决。以下是部分项目中采用的方法：a)用防火带进行划分辽宁工业展览馆在建筑主展厅的中心部位设置跨度为9m的通道，在具体布置展位时避开这个通道，保证通道上没有可燃物，利用这个通道作为无形的空间把主展厅分割成四个区域，防止一个区域的烟火通过该通道向其他区域的扩散蔓延，从而起到防火分隔的作用。在这个通道上设置区别于其他地面的明显标志及疏散指示等设施；在防火带的垂直上方的屋面上加强设置机械排烟设施，及时排出上升到顶棚的烟气，防止高温烟气的水平扩散和对建筑构件的影响。b)安阳体育馆扩大防火分区的面积安阳体育馆的比赛大厅面积为8200平方米，而无法分隔。通过专业论证会，提高建筑装修材料的耐火等级，增加疏散出口等方式进行补偿式设计确保扩大的防火分区的可行性。2）性能化分析近年来，随着新技术、新工艺、新设备、新材料的推广应用，大型公共建筑、高层民用建筑等超高、超大空间建筑日益增多。建筑的防火分区、烟气控制、人员疏散等防火安全问题日益突出。而现行消防技术规范存在诸多不合理之处，照顾了建筑的普遍性而忽视了个性，禁锢了建筑师的创新思维。要解决这些问题，推行大空间建筑防火性能化设计势在必行。消防性能化设计，解决了现有消防规范条文的修订滞后、不能满足迅速发展的建筑市场需求的矛盾。大空间建筑性能化防火设计的必要性目前我国现行消防技术规范所不能涵盖的方面越来越多，某些条文规定缺乏系统的科学研究依据，规范照顾了建筑的普遍性而忽视了每个建筑的个性，现行消防技术规范存在一些不足。1）规范规定的设计参数和指标，特别是防火防烟分区的面积限制严格，给一些形式特殊、功能特定及火灾危害性突出的建筑特别是大空间建筑的设计带来很大限制，更无法兼顾建筑的使用灵活性和安全性；2）建筑内部有关疏散距离的规定没有充分考虑建筑实际的疏散条件、人员素质等因素，规模较大的建筑往往很难达到疏散距离要求；3）一些新的消防技术和措施未被纳入规范，致使一些新颖的建筑构造形式和新材料的使用在规范中无依据，在一定程度上限制了建筑技术的发展进步，限制了建筑结构和造型等的突破创新，限制了建筑的应用功能，也限制了设计人员构思的自由度。性能化防火设计是一种新型的防火系统设计思路，是建立在诸多理性条件上的一种科学的设计方法。该方法汇集了当前建筑防火领域最先进的技术，是人们关注的最前沿、最活跃的研究领域。世界范围已经广泛开展了消防性能化设计的研究，如澳大利亚于1996年颁布了性能化建筑防火设计规范《BuildingCodeofAustralia》（BCA-96）。美国于2001年发布了《国际建筑性能规范》和《国际防火性能规范》。目前，英国、法国、日本、加拿大、新西兰、瑞典、荷兰、西班牙、国际标准组织（ISO）