试论超高层综合办公楼防排烟系统设计

2018-12-06张晓露

中华建设 2018年11期

张晓露

随着建筑业的蓬勃发展，超高层综合办公楼在建筑工程中的比例不断增加，在缓解城市用地紧张的同时，有效地提高了城市空间利用率，同时，给人们的工作提供较好的环境。超高层办公综合楼容纳人员较多，如防排烟系统设计不合理，一旦发生火灾，往往造成较大的人员伤亡，因此，做好防排烟系统设计，避免火灾发生时烟气进入疏散通道，可为办公人员的快速疏散以及消防人员的扑救作业争取时间，是当前建筑工程设计工作的重点。

一、工程案例

某超高层综合办公楼工程总建筑面积19.5万m2，由A、B两座塔楼、4层裙楼以及3层地下室构成，其中A、B塔楼楼层分别为36层、34层，A塔顶高149.54m，B塔屋面标高128.85m。A塔除裙楼外作为办公楼使用，B塔除裙楼外用作公寓。但A、B两塔的21用于避难用。裙楼1~3层为餐厅、商场、门厅等，4层为避难层。地下3层用作非机动车、机动车车库，以及设备用房。

二、防排烟系统设计

在建筑工程各类火灾中，由烟气造成的人员伤亡特别严重，尤其超高层综合办公楼功能与结构复杂，容纳人员较多，做好防排烟系统设计是整个设计工作的关键。

1.工程防排烟系统分析

该工程中地下室和裙楼共同使用11个剪刀梯作为疏散楼梯，在首层出口位置楼梯被分割开来，形成两个梯段。前室与消防电梯不共用，加大楼梯加压系统的送风量，前室并不送风。地下和地上梯段的加压送风系统共用，但为分开控制联动。楼梯间送风口为全自动多叶送风口，电动控制。另外，为将楼梯间风压控制在合理水平，在对楼梯前室不送风的基础上，在前室和楼梯间设计余压阀。

考虑到A、B塔的第21层为避难层，两塔的防烟楼梯转换设置在避难层。同时，楼梯间转换门被合用前室加压风井遮挡，因此，风井也应同时进行转换。结合该工程两塔的实际情况，在21层位置分段防烟楼梯，形成两个送风系统。在21层位置A、B两塔的合用前室进行分开。同时，使用两个前室加压送风系统，如此，不仅提高了前室与楼梯间加压系统的安全性，也很好地解决了合用前室风井位置转换问题。

2.工程防排烟系统设计

该工程防排烟系统包括机械排烟系统、自然排烟系统，因此，设计中应引起足够的重视，保证两个排烟系统的合理设计。

一方面，机械排烟系统的设计。机械排烟系统指借助排烟风机作用，将产生的烟气强行抽走，防止被保护区域的烟气浓度过高。机械排烟系统构成复杂，主要由排烟出口、排烟风机、排烟道、排烟口等部分构成，其能弥补自然排烟系统的不足，排烟效果显著。针对该工程，对机械排烟系统作如下设计：地下室设备房走道长度超过20m时，设置与设备房排放系统共用的机械排烟系统。排烟过程中的补风由送风系统承担，以方便设备、管道的布置，实现节省空间的目的。A塔走道、裙楼餐厅包间等场所，设计竖向排烟井，并将风机设置在天面实现排烟操作。考虑到A塔中面积超过100m2的房间，没有可开启的外窗，因此，将其纳入到走道排烟系统之中。设计时进行精密的计算，除减少所用设备数量外，还应将风管高度控制在合理水平，在条件允许的情况下，尽量降低风管高度。考虑到裙楼中有商场、餐厅等大空间区域，因此，均设计机械排烟系统。因4层为避难层，考虑将排烟风机设置在该楼层，空调回风管、排烟风管可以共用。同时，因1~3层中庭高度较高，超过12m，因此，设置机械排烟系统，排烟口设计在中庭顶部的合理位置，为保证火灾时能够及时将产生的烟气排走，排烟量换气次数按照6次/h进行计算。另外，地下室中的排烟系统和日常通风系统共用，计算时每小时的换气次数按照6次进行计算。在防火进行分区的基础上，对防烟分区进行划分，不同区域的排烟系统相互独立。地下室一层中设计可直接对外的车道，可自然进行补风。其他各层设置专门的机械排风系统，按照60%系统排烟量计算补风量。

另一方面，自然排烟系统的设计。自然排烟指利用凹廊、阳台、可开启的外窗进行排烟。B塔中各层走道可开启外窗面积达到3%走道面积，符合相关规范要求，因此，可应用自然排烟。第一层大堂中庭设计电动侧高窗，因开窗面积超过规范要求，因此也进行自然排烟。另外，其他满足规范要求的房间也考虑进行自然排烟。该工程中的所有避难层均为开敞式，外墙百叶有两个方向，且百叶面积达到5%地面面积，可使用自然排烟方式。

三、防排烟系统设计注意事项

在设计该工程排烟系统时，为保证质量需考虑的问题较多，具体应注重以下内容：

1.防排烟系统应可靠。为防止烟气侵入，对火区以外的区域进行加压，确保其维持一定的正压，应保证系统加压送风量满足要求。一般情况下，应用土建风道方式解决，但众所周知，受施工水平、施工误差等因素影响，管井内光滑程度并不相同，尤其管井与楼板间的接口位置，如施工质量较差，会造成较大的漏风。该工程中采用土建风道内衬镀锌风管方式，不仅降低了风机压头，而且加压系统更为可靠。同时，在竖向排烟系统中也采用同样的做法，在减小风管阻力的基础上，保证排烟风机选取的合理性。

2.自然排烟系统面积应合理。与机械排风系统相比，自然排烟系统具有操作简单、经济性好等优点，在设计工作中如满足规范要求可考虑自然排风。在高层建筑工程中，排烟净面积和开窗角度、窗的类型有着密切关系。同时，相关规范中对外墙排烟窗的净面积进行明确规定，即，当开窗方式为悬挂式时，窗口可开启的最大面积分为两种情况：其一，开窗角度不足70°时，可参考规范中的公式进行近似计算。其二，当开窗角度超过70°时，依据实际面积计算可开启面积。当窗为侧拉式时，按照最大窗口计算面积。因此，设计时应严格按照规范要求进行设计。实际工作中，部分设计人员要么计算不认真，要么仅是简单地将数据给建筑施工人员，建筑施工人员对开窗角度、窗类型把握不准的话，会导致部分排烟窗面积无法满足要求，给排烟效果造成较大不良影响，因此，在超高层建筑中，一方面要求设计人员严格按照规范要求进行计算。另一方面，与建筑施工人员进行充分的沟通、交流，保证排烟窗面积的合理性。

3.加压与排烟系统应合理分段。针对建筑中的送风系统竖向分段，常将避难层作为分段界限。消防电梯合用前室或前室按照规范要求进行分段，如条件允许也应分段对应的防烟楼间。同时，设计人员应充分分析分段加压相关规范要求，认真考虑建筑施工人员分段楼梯间的原因，在保证加压送风系统正常运行的基础上，保证楼梯间安全性。另外，避难层位置防烟楼梯间布置错位时，应注重设置独立的前室。同时，设置专门的加压风机。计算风量时应注重考虑前室、楼梯间加压要求，使用流速法、压差法校核加压参数，选择其中的最大值。针对竖向排烟系统，为保证排烟的可靠性与安全性，应考虑在避难层位置分段设置。