高层建筑的中庭消防设计探究

苏丽会

摘要：针对高层建筑中多个中庭设计导致竖向空间上隐形贯通的问题，结合××综合楼项目案例，对中庭的防火分区、防火构造、安全疏散、自动喷水灭火系统、防排烟系统等消防问题进行探讨。

关键词：高层建筑；中庭；消防设计

中图分类号：TU998.1      文献标识码：A       文章编号：2096-1227（2023）11-0103-03

在《建筑设计资料集》[1]中，建筑中通高2层及2层以上且有顶盖，具备交通、交往、休息、休閑、景观、展示、销售宣传等多种功能的室内公共空间，其平面呈点状或面状者称为中庭。而《民用建筑设计术语标准》对中庭的定义为“建筑中贯通多层的室内大厅”，更强调其空间的贯通性。

中庭空间在位置上通常位于建筑体块中心或轴线位置，也可以位于侧面或边缘，属于共享空间，建筑可利用不同位置的中庭空间构成建筑内部公共空间体系。中庭内部的楼梯、电梯、连廊、绿化、雕塑、水体等景观要素可构成视觉焦点，如果在尺度上运用合适，会让使用者有舒适空间体验。在技术层面，上下层贯通的中庭空间对建筑生态、微气候、建筑防火等方面有利有弊，设计需要结合相关要求规避缺点。中庭空间在体量上因建筑形态不同而各异，有从顶到底全部贯通、气势磅礴的超大中庭，也有两三层局部挑空、设计灵动活泼的小中庭，两者在消防设计上可采用不同的设计理念。

1 项目概述

××综合楼项目位于××市××区，是由3座科研实验楼、地下车库、附属用房等组成的集科研、办公及配套展示于一体的综合楼。项目总建筑面积约12万m2，地上建筑主要为A1楼、A2楼、A3楼3座科研办公及配套展示综合楼。A1楼地上6层，总高30m；A2楼地上10层，高度45m；A3楼地上13层，高度59.45m。其中A1楼、A2楼在2层通过室外连廊相连接，A2楼A3楼在3层通过室外连廊相连通。项目平面图见图1。

项目地势平坦，消防扑救条件良好。首先，在场地东侧设有2个出入口，场地内沿3座单体建筑四周设置有4m环形道路连通，满足消防车环形行驶要求。其次，A1楼、A2楼、A3楼为独立建筑，且建筑之间的防火间距大于13m，建筑周边无其他障碍物遮挡，每座建筑的长边或周边能够连续或间隔设置消防扑救场地，满足消防扑救场地长度大于建筑长边的要求，为中庭火灾发生后动用消防车、云梯车等器械进行人工灭火提供了有利的场地条件。最后，项目中庭都在靠外墙位置，中庭的外墙设有全玻璃幕墙，方便在火灾初期及时发现，及时进行人工灭火。

2 项目中庭消防设计难点

为丰富科研办公项目的内部环境，项目在A1楼、A2楼、A3楼3座建筑单体长边两侧采用多个小中庭局部贯通空间形式，见图2。A1楼地上6层，共设3个的中庭，位于建筑的东侧和西侧靠外墙处。A2楼地上10层，共设6个中庭，位于建筑的南侧和北侧靠外墙处。A3楼地上13层，共设10个的中庭，位于建筑的东侧和西侧靠外墙处。3座建筑单体的小中庭总计多达19个，均为竖向2层或3层贯通空间的小中庭，贯通空间体量不大，但数量很大。如此多的中庭空间，虽然中庭平面在单一竖向空间上没直接贯通，但从剖面图上可以看到错层空间上有持续上升“隐形”贯通形态，所以在消防设计上阻止各中庭连通，避免形成大的烟囱效应，是本项目中庭消防设计的关键点。

现行GB 50016—2014（2018年版）《建筑设计防火规范》[2]对中庭的防火设计有一定要求，但是同一防火分区内，中庭部位及与其连通空间的防火措施在各地的设计中有不同的理解和执行。一种观点认为中庭应作为一个“独立单元”与其他空间完全隔离出来，中庭里一旦有火情不会影响相邻空间，暂称为“隔离方案”；另一种观点认为中庭属于交通空间，可与本防火分区的走廊等空间连通，同属一个防火分区的门也不必因此强制升级为甲级防火门，暂称为“连通方案”。

本项目空间上层层有共享、厅厅有挑空的多个小中庭空间形式，采用“隔离方案”会大大降低室内的空间品质，因此，基于本项目在多个小中庭竖向“隐形”贯通情况，采用“连通方案”隔离，以下将从多专业多角度探讨这些小中庭的具体消防设计。

3 项目的中庭消防设计

3.1  防火分区与防烟分区

中庭是将各层连通的共享空间，在物理空间上因中庭的贯通属性，中庭所在各层空间实际是连通一体的，所以当连通各层的面积叠加大于一个防火分区规定的面积时，应重新划分防火分区，使得连通各层之间的防火分区面积不超过规范要求。本项目为一类高层民用建筑设计，耐火等级一级。设计严格按防火规范要求划分防火分区和防烟分区，A1楼、A2楼、A3楼3座单体建筑地上每层面积在1000～2500m2，原则上单体建筑的每层均划分为一个防火分区，防火分区面积不大于3000m2；地上防烟分区划分由隔墙、结构梁及挡烟垂壁分隔，面积不大于500m2。

中庭防火在《建筑设计防火规范》第5.3.2条、6.5.3条中有明确规定。防火分区之间一般采用达到规定耐火极限的防火墙、防火卷帘等分隔，防火墙上开门时要为甲级防火门。防火墙的防火稳定性较高，而防火卷帘在实际使用中会有不密闭导致防烟效果差，卷帘下方有障碍物时防火卷帘不能完全下落，防火可靠性低等不尽如人意的缺点，所以规范对防火卷帘作防火分区分隔的使用范围和比例进行了限定（第6.5.3条），但是鉴于中庭部分的空间特殊性和设计使用中的实际需求，本条规范对中庭做放宽处理，中庭部分可以使用防火卷帘划分防火分区且长度不受此条限制。

中庭连通的空间防火分区面积超过一个防火分区面积时，《建筑设计防火规范》第5.3.2条规定可采用以下措施对连通空间进行防火分隔：①耐火极限≥1.0h的防火隔墙；②耐火完整性≥1.0h的防火玻璃；③耐火极限≥3.0h的防火卷帘。此外，规范还要求与中庭连通的门窗采用甲级门窗。要注意的是，采用防火玻璃隔墙时，耐火完整性≥1.0h的非隔热型防火玻璃隔墙一般有单层铯钾防火玻璃，高温灼烧仍然能够保持透明，便于观察火情，但它的耐火隔热性不满足要求，需要与闭式喷淋系统或冷却水幕系统结合使用；耐火完整性≥1.0h的隔热型防火玻璃墙一般由2层或多层防火玻璃复合粘结或灌注防火胶组成复合夹层玻璃，可以达到耐火完整性和隔热性均≥1.0h的效果，但是复合夹层防火玻璃遇高温后会变得不透明，不便于观察火情。采用防火卷帘分隔时，防火卷帘应具有防烟性能，卷帘与楼板、梁、墙、柱之间的空隙应采用防火封堵材料封堵，整体满足耐火时间3.0h，在发生火灾时自动降落的防火卷帘应具有信号反馈的功能。设计可在以上3种分隔措施中选择1种或者多种组合，以满足不同使用要求，同时在火灾情况下使中庭所在的防火分区是一个独立封闭的防火单元，火灾和烟气不通过中庭上下蔓延。

项目建筑单体内的中庭总计19个，均为2～3层贯通的小中庭。中庭贯通部位在防火分区中占比面积较小，空间体积较小，平时使用中主要作为交通空间使用，中庭的内装材料均为A级、B1级不燃材料、难燃材料，整个中庭贯通的交通空间无可燃物，火灾荷载密度小。中庭均靠外墙设置，有大面积透明的玻璃幕墙，可视性较好，一旦发生火灾会被及时发现。但是如此多的中庭在剖面上有持续上升“隐形”贯通空间形态，进行防火分区设计时，需在中庭部分加强防火分隔措施，采用耐火3.0h的隔墙和耐火3.0h的特级防火卷帘与贯通部分的楼层分开，中庭在本防火分区内与走廊等交通空间连通，同属一个防火分区的各办公房间的门均为普通门窗（有其他防火要求的门除外）。

3.2  安全疏散与耐火构造

3.2.1  安全疏散

地上3座高层建筑既相互独立又分别连通，发生火灾时，人员的安全疏散至关重要。中庭与本层同防火分区的走廊紧密相连，可无障碍通行，防火疏散时可以利用走廊快速到达安全出口。设计在水平和垂直方向均安排了完善的疏散设施。水平疏散上，每座建筑均布置环形走道将2座防烟楼梯间连通，并设置1部消防电梯与2部防烟楼梯间结合，供消防员使用。垂直疏散上，疏散楼梯在首层与地下室出入口均设置耐火2.0h的隔墙和乙级防火门与之隔开。疏散走道宽度与疏散楼梯宽度经计算，均满足疏散要求。

3.2.2  耐火构造

中庭结构本身的消防安全设计至关重要，一旦发生火灾，火势在竖向蔓延极快，火和烟气上升会直接面向中庭结构构件，而且有外窗的情况下会威胁到相邻的防火单元。所以要采取相应的构造防火措施确保耐火安全和火势不外溢。

第一，结构构件的耐火极限满足《建筑设计防火规范》第5.1.2条规定，结构梁、板、柱、承重墙按建筑的耐火等级分别满足不同的耐火极限要求，如耐火等级为一级的建筑，则梁、板、柱、承重墙分别满足耐火2.0h、1.5h、3.0h、3.0h要求。钢筋混凝土结构满足受力条件下满足耐火要求比较容易，一般不用另加防火构造，如《建筑设计防火规范》附录，简支钢筋混凝土梁的保护层厚度为25mm厚（预应力50mm厚），耐火极限可以满足2.0h；80mm厚的现浇混凝土楼板（20mm厚保护层）耐火极限则可以达到1.5h；300mm×300mm（或200mm×500mm）的钢筋混凝土柱耐火极限可以达到3.0h；承重墙钢筋混凝土实体墙180mm厚耐火极限可以达到3.5h。钢结构需增加防火涂料或者防火包覆等必要的构造措施才能满足相应的耐火极限要求。

本项目中A1楼为钢框架结构，A2楼为钢框架混凝土核心筒结构，A3楼为钢框架—耗能支撑加钢筋混凝土核心筒结构。项目采用钢筋混凝土和钢结构体系，或两者结合的体系，耐火等级为一级，其中所有外露钢结构表面均需要喷涂防火涂料进行保护，钢结构柱耐火极限达3.0h及以上，钢结构梁耐火极限达2.0h及以上；钢筋混凝土承重墙、柱耐火极限达3.0h及以上，楼板耐火极限达1.5h及以上。

第二，中庭与其他防火分区相邻处，在防火墙两侧设置长度≥2m（转角处≥4m）、耐火极限≥1.0h的不燃墙体或乙级防火窗作为防止火灾蔓延的构造措施。

3.3  自动喷水灭火系统

建筑内部还设有自动喷水灭火系统和消火栓灭火系统，保护范围覆盖整个中庭区域。部分中庭高度超过12m，设置大空间智能型主动喷水灭火系统。

自动喷水灭火系统和消火栓灭火系统是现代高层建筑消防设计的基本配置。室内消火栓系统由水枪、水带、消火栓、消防管道和水源等组成，室外给水管网的水压不能满足室内消防要求时，还要设置消防水泵和水箱。室内消火栓系统用于扑灭初期火灾效果良好。自动喷水灭火系统由洒水喷头、报警阀组、水流报警装置等组件以及管道、供水设施组成。系统的管道内充满有压水，一旦发生火灾，喷头动作后立即喷水，在火灾初期能快速响应并扑灭或控制火情，是目前世界上采用最广泛的一种固定式消防设施。

项目中庭总计19个，吊顶高度在12m以下的占比90%，吊顶高度超过12m的占比10%。净空高度小于12m的中庭空间采用自动喷水灭火系统，即设置喷淋系统；大于12m的中庭部位，如A2楼、A3楼入口门厅部位，依据《大空间智能型主动喷水灭火系统技术规程》[3]规定，采用边墙行布置方式的水炮设置，即采用1个智能型红外探测组件控制1个标准大空间喷头的标准型大空间智能灭火装置，系统设计流量20L/s，作用时间1h。大空间智能型主动喷水灭火系统的优势在于，大空间场所发生火灾后，其能自动扫描火源，并精确定位、响应灭火，反应速度快，它实现的是被动灭火到主动灭火的一种转变，相比于传统灭火方式更加高效安全。

3.4  防排烟系统

项目中庭空间采用防排烟系统设计，能快速排除火灾产生的热气和烟气，为消防安全疏散提供有利条件。项目的中庭一部分采用自然排烟，另一部分采用机械排烟。自然排烟是利用热烟气产生的浮力、热压或其他自然作用力使烟气排出室外。项目一部分中庭在顶部外墙上设置可开启面积不小于建筑面积的5%的电动排烟窗，电动排烟窗具备防失效功能，保证在火灾情况下能动作打开并处于全开位置，电动排烟窗具备与火灾报警系统联动控制功能和远程控制开启功能，且具备现场手动开启功能。机械排烟的原理与自然排烟相近，机械排烟主要是在自然排烟以及在外墙设置可开启外窗排烟口的基础上，改进排烟口设计并在排烟口内部增加一定的机械助力装置以增强排烟口的排烟效果，可以有效提升排烟速度，而且排烟口位置不受外墙限制，大小形状比较自由，且口部可以结合精装综合设置百叶，保证美观。项目一部分中庭采用的是机械排烟，排烟风机设在屋顶。

4 结语

本文针对高层建筑中多个中庭设计导致竖向空间上“隐形”贯通的消防问题，结合XX综合楼项目案例，从防火分区、防火构造、安全疏散、自动喷水灭火系统、防排烟系统等多专业、多角度进行了消防设计探究，对中庭防火问题进行了综合解決。当前，××综合楼项目已通过第三方审核，并顺利通过了消防验收，希望能为高层建筑的中庭消防设计提供一些参考。

参考文献：

[1]中国建筑工业出版社，中国建筑学会.建筑设计资料集第5分册休闲娱乐、餐饮、旅馆、商业[M].北京：中国建筑工业出版社，2017.

[2]GB 50016—2014（2018年版）建筑设计防火规范[S].

[3]CECS263：2009 大空间智能型主动喷水灭火系统技术规程[S].

An investigation into the fire protection design of atriums in high-rise buildings

—Taking ×× comprehensive building as an example

Su Lihui

（China Jingye Engineering & Technology Co.，Beijing 100088）

AbstraCt： Aiming at the problem of multiple atrium designs in high-rise buildings leading to invisible penetration in vertical space， combining with the case of ×× Complex Building Project， the fire protection issues such as fire partition， fire protection structure， safety evacuation， automatic sprinkler system， smoke evacuation system and so on of the atrium are discussed.

Keywords： high-rise building; atrium; fire protection design