地下商业建筑防火及防排烟设计.doc

1.地下商业建筑的火灾烟气危险性
1.1空间封闭，着火后火灾烟气产生量大温度高，疏散困难
由于地下商业建筑出入口少，密闭性高，通风条件差，一旦发生火灾可燃物产生大量的烟雾，将从起火部位以较快的速度向四处扩散，并呈现聚集不散的状态，能见距离一般在2～5米之间。正常条件下人的水平疏散速度为1.0～1.2m/s，烟水平流动的速度为0.5～1.5m/s，人上楼的速度最快为0.6m/s，而烟向上流动的速度为水平速度的3～5倍。烟气的快速扩散及高温直接威胁人身的安全。
1.2建筑毗连，上下贯通，空间超大
为吸引客流便利商品流通，出现了不仅几个地下商城毗连在一起，而且与地上商业建筑连通，进而形成广阔空间的现象，一旦发生火灾，将使高温烟气在“烟囱效应”的作用下，迅速向多座地下和地上建筑蔓延，严重威胁地上建筑，极易造成群死群伤的恶性后果。
1.3客流物流大，火灾荷载密度高
由于各城市利用地下商业建筑兼作人员过街通道及节假日购物高峰时刻人员过分密集，致使人员密度指标远远超过《人民防空工程设计防火规范》有关地下一层人员密度指标为0.85人/平方米，地下二层人员密度指标为0.80人/平方米的规定。据调查，在哈尔滨市相互连通的几大贸易中心，双休日时日客流量可达20～25万人次。经对总面积为98412m2的哈尔滨市南岗地下商贸城人员流动量的测算，在人员流量高峰时，同一时间约有4万余人滞留其中。同时，地下商场以经营服装，鞋帽，小百货为主，商品大部分是化纤，皮革，橡胶等可燃物，有毒物品，燃烧速度快，发烟量大，燃烧产生烟气温度高毒性大。
2.地下商业建筑一般防火设计要求
2.1总平面布局和平面布置
依据《人民防空工程设计防火规范》第3.1.4A地下商店应符合下列规定：
a不应经营和储存火灾危险性为甲、乙类；
b营业厅不宜设置在地下三层及三层以下；
c当总建筑面积大于20000平方米时，应采用防火墙进行分隔，且防火墙上不得开设门窗口；
2.2防火防烟分区
2.2.1每个防火分区的允许最大建筑面积不应大于500平方米，当设有自动灭火系统时。允许最大建筑面积可增加一倍。
2.2.2当地下商业建筑内设置火灾自动报警系统和自动喷淋灭火系统，且建筑内部装修符合GB50222的规定时，其营业厅每个防火分区的最大允许建筑面积可增加到2000平方米。
2.2.3需设置排烟设施的地下商场，应划分防烟分区，每个防烟分区的建筑面积不应大于500平方米，防烟分区不得跨越防火分区。
2.2.4防火防烟分区应本着火灾时限制火灾烟气扩散，有利于防烟排烟，尽量减轻火灾烟气的危害，为人员安全疏散和灭火抢险创造有利条件的原则，进行科学、经济、安全、实用的设计。防火防烟分区的面积大小，直接影响着防烟、排烟的效果，防火防烟分区的面积太大不利于防烟排烟，而面积太小防排烟效果好了，又不经济，浪费投资，有的场所甚至难于实施。与规范规定的500m2相比较，实验中经过观察，分析研究，防火防烟分区的面积在300m2～400m2之间较为适宜，。挡烟垂壁的有效垂度以50cm～80cm较为适宜，且尽可能更大一些为好。
2.3安全疏散
2.3.1每个防火分区的安全出口数量不应少于两个，且宜按不同方向分散设置，当受条件限制需同方向设置时，两个出口之间的距离不应小于5m。
2.3.2安全疏散距离应满足房间内最远点至该房间门的距离不应大于15m，房间门至最近安全出口或防火墙上防火门的最大距离为40m，位于袋形走道或尽端的房间时应为20米。

3.地下商业建筑的防排烟设计探讨
对地下商业建筑来说，防排烟的问题不单是安全疏散的要求，而且也是扑救火灾的需要，因此对地下商业建筑而言，防排烟系统的设置是尤为重要的，下面以地下商业建筑防排烟系统设计为例进行探讨。
3.1总体要求
同普通大空间建筑一样，地下商业建筑综合运用挡烟垂壁、喷淋、排烟、送风等各种方法来合理引导烟气流动。其中送风系统主要用于疏散楼梯间和主要疏散通道。烟气进入疏散楼梯间便会随人流一同上行，很不利于疏散，因此建议超过一层时使用有正压送风的封闭楼梯间，挡烟垂壁的设置与排烟系统密切相关，下面详细介绍防排烟系统设计步骤。
3.2设计方案选择
无论采取哪种排烟方式都可能由于建筑层高太低而不成功。层高过低时，采用商店排烟方案可能导致烟气溢出，流入走道；而采用走道排烟又可能导致烟气层界面过低，威胁疏散人群的安全。对这个问题可以有两种解决方法，一种是在商店和走道都设置排烟口；另一种是采用开式吊顶，利用吊顶上方的空间增加层高，但在设计中应考虑吊顶内设备管道的影响，另外探测和喷淋系统也需要调整。如果按照常规方式将探测器和喷淋头安装在吊顶下则会延迟这些设备的启动，贻误控制火势的时机，挡烟垂壁等分隔设备也应延续到吊顶内，使上下分区统一。
3.3设计计算步骤
防排烟系统设计计算有多种方法，虽然表现形式不同，但所需计算的物理量及计算步骤则是统一的。这里主要以英国常用的一套实验公式为例进行说明，也部分参照美国标准。
3.3.1确定火灾发展过程
确定火灾的规模和发展过程是所有系统参数的基础。通常将热量释放率表达为时间的平方来描述火的发展，NFPA92B依照热释放率达到1000Btu/s（1054kw）所需的时间将火灾发展过程分为超快、快、中等和慢四个档次，它们从点燃至达到1000Btu/s的时间分别是75s，150s，300s，和600s。热释放率与时间之间的函数关系是：
Q=1000(t/tg)2————.…(1)

式中：Q---火灾热释放率
t---从点燃起计的时间
tg---发展到1000Btu/s所需的时间
设计上使用稳定火灾比较方便。研究表明，喷淋系统对火灾发展的作用在设计上可以考虑为：当喷淋启动后，火灾热量释放率就不再增长。因此可据室内物品燃烧特性选定火灾发展速度，将其在喷淋启动时达到的热释放率取做设计值；也可针对不同场所综合出典型火灾发展过程为：3m×3m的火场，热释放率5MW(Morgan,1990);美国则给出单位面积火灾发展过程密度，商场为44Btu/ft2vs(约500w/m2)，住宅为22Btu/ft2vs（约230w/m2）（NFPA92B,1991）
目前我国还没有这类场所典型火灾发展过程的公认数据，为了保险起见，可以选择特快火进行设计计算。
3.3.2根据安全要求确定设计空气层高度
由于烟气层和空气层之间还有一个烟气浓度逐渐减小的过渡区，在欧洲一般认为清洁空气层高度超过2.5m～3m才安全。按照我国人口身高情况，可使垂帘距地面1.8m，这样商店内空气层高度维持在1.85m～1.9m就可以了。我国地下商业街层高均在3m左右，要在走道维持2.5m的空气层高度显然是不现实的，最好是采用商店排烟的方案，使烟气不能进入走道；如采用走道排烟，则采用开式吊顶以增加层高。
3.3.3进入烟气层的质量流量
Hinkley(1986)实验研究指出：
起火商店：M=0.19PYr2/3………….（2a）
从商店进入走道：M=0.38PYc2/3……………（2b）
式中：M——进入烟气层的质量流量；
P——火场的周长；
Yr——起火商店空气层高度；
Yc——走道空气层高度；
3.3.4烟气层厚度
平屋顶下单向流动，烟气层厚度为（morgan，1990）：
d=[MTc/rQ1/2w]2/3……………
式中d——烟气层厚度；
Tc——烟气层绝对温度，k；
r——系数，有垂壁36，无垂壁78；
Q——烟气层与环境温度差；
W——流动通道宽度，双向流动时采取实际宽度的两倍.
3.3.5排烟口数量
无论采用自然排烟还是机械排烟，能够进入单个排烟口的烟气流量是有限的，过大的流量会排出烟气层下临近排烟口的空气，而不能有效排除稍远处的烟气。单个排烟口的最大排烟量取决于烟气层厚度、温度等因素，如下式：
mmax=&(gd5T1O)1/2
式中：mmax——单个排烟口的最大排烟量.
&——系数，对于邻近墙面的排烟口为1.3，对于远离墙面的排烟口为1.8；
g——重力加速度.
T1——环境绝对温度
这样排烟口的数目至少要达到：N》[M/mmax]
防烟楼梯间的机械加压送风量不应小于25000m3/h。当防烟楼梯间与前室或合用前室分别送风时，防烟楼梯间的送风量不应小于16000m3/h,前室或合用前室的送风量不应小于12000m3/h（注：楼梯间及其前室或合用前室的门按1.5m×2.1m计算，当采用其他尺寸的门时，送风量应根据门的面积按比例修正）。
4.2.2避难走道的前室送风余压值应与防烟楼梯间前室的要求相同，机械加压送风量应按前室入口门窗洞风速不小于1.2m/s计算确定。避难走道的前室送风口应正对前室入口门，且宽度应大于门洞宽度。
4.2.3机械加压送风机可采用普通离心式、轴流式或斜流式风机，机械加压送风系统送风口的风速不宜大于7m/s，且采风口与排烟口的建筑物中的排烟系统往往担负一个或一个以上防烟分区的排烟任务，一个防烟分区中，可同时安装多个排烟口，但发生火灾总是从一个区域的一个局部开始，温度高的火灾烟气也总是在着火部位的附近进入排烟系统。
5.地下商业建筑防排烟设施的选择
5.1排烟口
每个防烟分区必须设置排烟口，烟气由于受热膨胀，向上运动并贴附于顶棚下，再向水平方向流动，因此要求排烟口应设置在顶棚或墙面的上部；设置在侧墙上部也可以，但排烟效果不是很好，与设置在走道上方相比略差。防火分区内最远点据排烟口的距离不应大于３０m；单独设置的排烟口，平时应处于关闭状态，可采用手动或自动开启方式。
5.2排烟风机
排烟风机可采用离心式风机，并在烟气温度达280℃时能连续工作30min，排烟风机应与排烟口设有联动装置，该联动装置与火灾自动报警系统也应联动，风机入口处应设与烟气温度超过280℃时能自动关闭的防火阀。
6.总结
综上所述，地下商业建筑防火安全设计中最为重要的的防排烟设计问题，在地下商业建筑防排烟系统设计中，应首先考虑的是系统设计方案的确定和火灾发展过程的确定，这些问题直接影响防火、防烟分区划分，挡烟垂壁的设置，管道布置等重要问题，需要结合建筑物具体情况综合考虑。