登高场地上滑动雨棚的建筑消防设计

陈菲宇

（广州市设计院集团有限公司，广东 广州 510620）

0 引言

雨棚作为建筑构件的一部分，起着遮风挡雨的作用，位于建筑主要出入口的雨棚，更兼具尺度、美观、造型的需求，大尺寸雨棚越来越多。通常由于场地有限，登高场地临建筑外墙的周边道路。随着近年来我国对火灾时消防救援的重视，建筑防火规范日渐严格，特别对消防登高面的规定。2014 版《建筑设计防火规范》[1]前根据广州市消防局要求，高层建筑需要设置20m×10m 的消防登高场地。而大尺度雨棚经常打断了登高场地，阻挡了消防救援，必须解决，同时达到节约用地的目的。

目前市场上已有的可活动式的雨棚，多用于地铁站台，张龙[2]仅通过机械、电动的手段在滑轨上打开或收缩雨棚，如图1 所示。

图1 地铁活动式雨棚

或用于展示活动空间，可滑动开启的带有骨架的屋盖，如图2 所示。由于尺度大，结构受力原因，打开后仍保留有主体结构构件，多用于排烟通风要求高的大空间。由于登高场地上不能有任何阻挡物，包括滑轨，因此需要设计一种大跨度的，无轨的雨棚。

图2 大型骨架支撑的滑动雨棚

由于尚未有超过离开建筑主体10m 以上能完全打开的可伸缩雨棚且无骨架阻挡的雨棚设计，需创新研究出一种可满足消防的滑动伸缩雨棚。这是一种更为大型、形式更为新颖、开启更为灵活的雨棚。

1 项目概况

该项目为某综合四星级度假酒店，位于用地西侧南角，同时与东侧场馆建筑贴邻。场地西侧依山而建。规划概念是充分利用地形和旅游资源，创造一个高质量的旅游度假酒店。酒店以海洋、科技、绿色为设计理念，建筑面积 165 746.75 m2，其中地下室共 1 层，功能为汽车库、办公用房、设备用房等，耐火等级一级；地上 26 层及其裙房，建筑高度 99.6 m。主要功能包括酒店客房，餐厅，无边际泳池，80 m 灯光秀广场等，特别是炫彩的 80 m广场的灯光秀，给人科技般的听觉和视觉的感受。酒店为 100m高层酒店，占据度假区最高点。28 楼的无边际泳池，成为网红打卡点。酒店包含世界各地美食，可以同时容纳数千人，创造了巨大的经济效益。

本项目主要由26 层高层塔楼，东西向布置，东边裙房与塔楼同长、进深超过4m，西侧无裙房。为满足消防救援要求，只能将消防车登高操作场地置于塔楼无裙楼遮挡的西侧，而西侧也是酒店的主要出入口，也是客人主要落客区，需要营造一个大气的、符合建筑体量的入口氛围，且具有遮风挡雨的雨棚。已有的翻折、折叠或逐级伸缩的雨棚出挑覆盖的深度非常有限，未能匹配项目需求；而能满足项目需求的已有的大跨度开合伸缩雨棚涉及打开后都留有会妨碍消防车道通行及消防车登高操作的轨道或构件等阻碍物。针对这一问题，设计方提出了一种可与消防联动的、跨度不小于10m 的伸缩雨棚的设计方法及雨棚形式，这种雨棚回缩后能与主体建筑物外墙之间形成足够宽空间供的消防车登高操作，且周边及上空无任何妨碍消防车道通行及消防车登高操作的轨道或构件等阻碍物，满足消防救援要求。

在调研的基础之上，通过现场分析，结合立面设计，确定采用具有消防联动的滑动形式的雨棚，便于在火灾时迅速开启。发生火灾时，报警系统将火灾传送到消防控制中心并及时启动雨棚滑动打开。使消防登高场地为无阻碍的空间，因此在登高救援范围内当雨棚滑开时，不能保留有任何结构构件，也就是雨棚的结构构件必须和雨棚一起滑动，这是以前案例都没有实现的。而且开敞的空间大，雨棚结构荷载大，需设置一个承载力很高的支座以支撑移动的雨棚。同时又要防止雨水渗漏、解决排水的问题。建筑专业与结构专业、给排水专业以及机械专家，一起开会讨论、建立模型，结合消防规范，研制出一种能满足消防要求和细部构造节点的滑动雨棚。

2 滑动雨棚创新设计

以建筑防火规范的要求为依据，通过类比、计算分析的方法，在火灾限制时间内控制雨棚开启，形成开敞无阻挡的消防登高场地。根据《建筑设计防火规范》要求，消防登高面需要至少10m 以上的宽度，20m 以上的长度，上方不能有梁、板、屋盖等建筑、结构构件阻挡消防员的救援。且根据《建筑设计防火规范》7.2.1：高层建筑应至少沿一个长边或周边长度的1/4且不小于一个长边长度的底边连续布置消防车登高操作场地，该范围内的裙房进深不应大于4m，消防登高场地上的滑动雨棚与建筑主体机构可有一个≤4m 的构件相连，如图3～6 所示。

图3 本项目伸缩雨棚剖面

图4 雨棚关闭时平面

本项目建筑从两个角度出发，雨棚不仅仅考虑美观和挡雨要求，并同时满足消防要求；还要符合消防规范中登高场地的要求。当火灾发生情况下，控制器接收信号，电动或手动使雨棚伸缩部分在消防要求时间内自动回缩，保证外墙满足消防车道和消防车登高操作场地需要的距离。雨棚设计设置足够长度的滑动雨棚与建筑主体的固定雨棚相接，以满足建筑立面造型或空间连接等需求，兼有采光的功能。雨棚同时还设计有消防联动系统、防雨排水系统等。

3.1 大跨度设计

一种可滑动伸缩的钢结构雨棚，可配合使用于建筑消防车道或登高操作场地上空，从主体建筑外部挑出连接主体建筑和与其距离超过10m 以外，雨棚打开的尺寸大于10m×20m，由于没有任何遮挡物，消防车能自如展开，满足消防规范要求。消防救援时，上空无任何阻挡物，平时使用需要与主体以连廊形式连接的建筑或构筑物。

3.2 消防联动设计

根据《城市消防站建设标准》[3]第十三条，消防站布局一般应以接到出动指令后5min 内消防队可以到达辖区边缘为原则确定。5min 时间是由15min 消防时间得来的。根据火灾发展过程一般可以分为初起、发展、猛烈、下降和熄灭五个阶段，以一般固体可燃物着火后，在15min 内火灾具有燃烧面积不大、火焰不高、辐射热不强、烟和气体流动缓慢、燃烧速度不快等特点，房屋建筑火灾15min 内尚属于初起阶段。如果消防队能在火灾发生的15min 内开展灭火战斗，将有利于控制和扑救火灾，否则火势将迅速蔓延，造成严重的损失。目前，“15min消防时间”也是规划消防站布局和建立城镇消防站的基本依据，包括发现起火、报告火警、接警出动、行车到场和开始出水扑救的时间。其中发现起火4min，报警和指挥中心出警2.5min，消防队接警出动1min，消防车行车到场4min，战斗展开至出水扑救3.5min。因此当消防控制室收到火灾报警时，该雨棚可以在规定时间内立即启动，按（电动速度为4m/min，开启时间为3min，手动速度约1.5m/min，时间小于8min）缩回，电动打开时间计算为4+2.5+3=9.5min，可以在消防车到达前完全打开（4+2.5+1+4=11.5min）；手动驱动模式保证在电机失灵的情况下，可人工操作，在8min 内能回缩雨棚。因此可以得出结论：火警发生时覆盖在登高场地上方可滑动部分能依靠消防联动系统在消防规定时间内自动打开，或在系统失灵时、其他紧急情况发生时手动控制打开，不妨碍消防或其他状况下的救援活动。

3.3 主要构造设计

雨棚设有4 根直线导轨，可根据消防要求打开或关闭，雨棚高度≥4.5m。雨棚可伸缩部件的轨道完全处于固定支座之中，固定支座范围之外没有轨道和其他支点，即当可伸缩部件完全回缩后，与建筑之间至少距离10m 的空间内完全通透，不存在任何可能阻碍消防车行驶或停靠和登高操作的障碍物。该主体主要由钢结构雨棚、轨道梁、行走雨棚等构件组成。行走台车设有支撑轮、水平导向及防倾覆反力轮，对变形适应能力强，保证雨棚在轨道误差和各种活荷载下能平滑顺利开闭。伸缩雨棚采用电动伸缩、消防联动缩回、手摇伸缩三种工作状态操作伸缩雨棚，设置有一套电动驱动系统及一套手动驱动系统，两套系统可相互切换：主控制系统自动化程度高，可接受消防信号，实现消防联动开启；在断电情况下，可切换人工紧急驱动伸缩雨棚完全缩回，在柱脚设有摇手，工作人员可人工手动摇动摇手，开启或关闭雨棚，以便开展和实施及时有效的营救。

3.4 防排水设计

雨棚使用钢结构+铝合金面板，自带防水材质。为确保在使用过程中不出现漏水，采用多道防水和排水系统设计。以滑动雨棚与固定雨棚交界处为最高点，向雨棚两边找坡1%，固定和滑动雨棚均设有排水沟，将雨水引流至雨水口。滑动雨棚与固定雨棚交界处的节点，如图5 排水节点所示：固定与滑动交界处两侧各设一个纵向排水沟，固定雨棚上部设水平的挡水板和一个建筑面层150mm×150mm 浅沟，滑动端设一个300mm×200mm 的排水沟（详见图7 排水浅沟-1）。雨棚平时闭合状态下，为防止从塔楼往下看，明露排水沟影响美观，固定端雨棚的挡水板伸到滑动雨棚水沟外侧，端部用胶条和硅酮密封胶与滑动端固定，同时可通过缝隙将水引至排水沟，既美观又保证整体的封闭一体性。当在打开状态下，滑动雨棚和固定雨棚各自四周设排水沟，形成封闭独立的排水系统。

图5 雨棚打开时平面

图7 排水节点（图表来源：作者自绘）

3.5 结构设计

本项目雨棚可伸缩部件的轨道仅设置于一端的固定基座，此外没有其他支点，故从受力方面，本设计中伸缩雨棚可视为一个较大跨度的悬挑结构，可伸缩部件的雨棚作为悬臂构件，与现有案例的雨棚“两端简支”受力情况不同，对端部支座处受力性能要求更高，不仅要保证完全伸出后仅靠与轨道相接的一端能支撑起整个雨棚，还要保证伸出部分不会有太大的形变或下坠，保证其与另一端建筑物外墙挑出的雨棚（挑出长度小于等于4 m）交接的位置不会出现巨大的缝隙、同时伸出部分也能沿原轨道顺利回缩，如图8 所示。

图8 结构受力简图

3.6 智能控制系统设计

采用双向备用电源，消防控制中心与雨棚控制系统连接，在消防状态下控制系统接收来自消防中心的信号，会马上启动打开命令，使雨棚在3min 内开启。排水系统设水位感应器，当积水超过原有高度，雨棚控制系统会自动报警，提示相关人员检查排水系统。电动发生故障时，手动装置可实现开启或关闭的功能，消防信号为最高级别的信号，具有一切状态下的消防优先。

4 结论

以酒店项目为依托，通过利用高科技建造技术、创新研究出一种滑动雨棚，可利用消防联动解决项目特殊区域的消防难题，解决该酒店主要出入口大雨棚与消防登高面冲突的问题。本设计于2022 年由国家知识产权局授予发明专利，并在其他多个酒店、商业项目中应用，均获得了成功。今后适用于任何民用公共建筑，新建项目均可参照推行，对建筑消防设计有较重大的指导意义。