超高层建筑消防设计——以京基金融中心大厦为例谷再平叶林青ｔ１１要／就超高层建筑消防设计方针，防火分区设置及人员安全疏教等方面进行了分析探讨，提供了合理的技术解决方案。关键同／京基金融中心大厦超高层消防设计难点解决方法ＡＢＳＴＲＡＣＴ／ＩｎｌｉｇｈｔｏｆＫｉｎｇｋｅｙｐｒｏｊｅｃｔ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｍａｋｅｓａｎａｌｙｓｉｓｏｆｇｕｉｄｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｆｉｒｅｃｏｎｔｒｏｌ，ｆｉｒｅｄｉｖｉｓｉｏｎ粕ｄｓａｆｅｔｙｅｖａｅｎａｔｉｏｎｉｎｓｕｐｅｒｈｉｇｈ－＾！；ｅｂｕｉｌｄｉｎｇ．Ｉｔｐｒｏｐｏｓｅｓｒａｔｉｏｎａｌｔｅｃｈｎｉｃａｌｓｏｌｕｔｉｏｎｔｏｒｅｌｅｖａｎｔｄｉｆｆｉｃｕｌｔｐｏｉｎｔｓ．ＫＥＹＷＯＲＤＳ／ＫｉｎｇｋｅｙＦｉｎａｎｃｉａｌＣｅｎｔｅｒ，ｓｕｐｅｒｈｉｇｈ－ｒｉｓｅｂｕｉｌｄｉｎｇ，ｆｉｒｅｃｏｎｔｒｏｌｄｅｓｉｇｎ，ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｐｏｉｎｔｓ，ｓｏｌｕｔｉｏｎｔｏｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍ作者单位：深圳华森建筑与工程设计颜问有限公司（深１１１Ｉ．５１８０５４）收稿日期：２００９０３—０２万 方数据超高层建筑由于疏散距离长，疏散人员多、功能复杂、火势蔓延快等各种因素，使超高层建筑的防火设计遇到许多新的难题，本文仅以京基金融中心大厦为例对超高层建筑消防设计方针．防火分区及人员疏散等方面加以总结，工程以供探讨。１工程概况１．１总平面布局及功能分布京基金融中心位于深圳市罗湖区蔡屋围，地处深圳金融、文化中心区，占地面积为４２３５３．９６ｍ２，总建筑面积约为６０万ｍ２，是集甲级写字楼、白金五星级豪华酒店，大型商业，高级公寓、住宅为一体的综合建筑群（图１）。规划设计为Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｅ座塔楼，由４层裙房连为一体，地下共４层。京基金融中心大厦Ａ座共９８层，高４３９ｍ，建成后将成为深圳第一高楼，也是目前世界上最高的建筑之一（图２）。深圳京基金融中心大厦由泰瑞・法瑞建筑设计有限公司提供设计方案、初步设计，奥雅纳工程顾问公司提供结构及机电设计方案和初步设计，深圳华森建筑与工程设计顾问有限公司从方案设计阶段介入，并负责施工图设计。地下２－４层为汽车库及设备用房；地下１层为商业及办公大堂，在东侧设有夹层汽车库，并在地块的东南角连接地铁通道；ｌ层为办公、酒店、住宅、公寓的门厅及商业；２－４层为商业及配套餐饮酒楼和影城。主体建筑京基金融中心Ａ座位于用地的最南端，其内部为办公和酒店（图３）。卜７４层为办公，建筑面积约为１７．６万ｍ２，办公标准层层高在４．２ｍ以上，净高达到２．８ｍ；７５－９８层为酒店，建筑面积约为４．６万ｍ２，酒店客房层高为３．５ｍ，在７５层以上的酒店部分设计有内部中庭，拥有客房２８９间，客房围绕中庭环形布局，酒店接待大厅设于９４层，其上为独具特色的鹅蛋形餐饮空间，形似飘于空中的飞艇。１．２电梯设计特点办公楼楼层划分为办公低区及办公高区两个区域，每个区域又分别由４组电梯组成，其中两组为６台电梯，另外两组为４台电梯（图４）。低区的办公大堂设于负１层及１层，乘客可乘坐６台双轿箱高速电梯由低区的办公大堂至３９层及４０层的高区办公大堂，然后可转换乘坐高区电梯。高区的４组电梯与低区的４组电梯共用核心简电梯井道。京基金融中心大厦电梯总数为７０台。设计之初，曾做过设两个电梯转换层的方案，办公楼楼层分为低区、中区及高区。两种方案经比较，设一个电梯转换层的方案优于设两个电梯转换层的方案，从使用者角度看，一个电梯转换层比两个电梯转换层更直接、更方便，需要较少的穿梭电梯及客梯，电梯效率较高，成本相对要低。酒店大厦办公楼层之上，所以设置４台酒店高速穿梭客梯来服务宾客从酒店首层大堂直接到９４层的酒店接待大厅，然后宾客可从９４层酒店大堂向下转乘酒店客梯到达酒店客房楼层、中餐厅、商务中心及健身俱乐部。１．３结构体系设计特点大楼采用了三重结构体系抵抗水平荷载，它们由钢筋混凝土核心简（内含型钢），巨型钢斜支撑框架及构成核心筒和巨型钢管混凝土柱之间相互作用的伸臂桁架及腰桁架组成，使之建筑与结构完美结合。１）核心筒采用现浇钢筋混凝土，在混凝土墙内设置了内型钢，增加核心筒的延性和刚度，从而增加整体结构的刚度。２）巨型斜支撑设置于大楼东西两侧的垂直立面上，采用交叉型式。３）腰桁架沿塔楼高度均匀分布，分别设于１８层及１９层、３７层及３８层、５５层及５６层、７３及７４层、９１层及９２层，三区伸臂桁架则设于３７层及３８层、５５层及５６层，７３及７４层，增加整体结构抗侧刚度，同时增加了外框架的抗扭性能。４）方案及初步设计阶段，柱子选型采用了型钢混凝土柱，后经过经济性比较及专家论证，柱子采用巨形钢管混凝土柱，由于有钢管的约束，提高了抗压强度，承载能力高，塑性和延性好，节省材料及施工方便。考虑到建筑净高、楼板质量轻及施工进度，楼板采用组合楼板。５）为进一步提高舒适度，在９１层的东西两端各预留了一台ＡＭＤ阻尼器的位置，阻尼器总重约６００ｔ。２消防设计难点及消防设计目标２．１消防设计难点金融中心Ａ座建筑高度高达４３９ｍ，其中容纳了数量庞大的办公人员、旅客及顾客，人员集中，垂直的疏散距离长，疏散到地面或其它安全场所的时间也会长，超高层建筑的楼梯间、电梯井、电缆井、水井，排烟井等竖向管井多，火灾时易产生烟囱Ａｑ０４ｆｆ㈣目ｗｗ２００Ｒ９建筑学报—］设计研究ＲＥＳＥＡＲＣＨＥＳＩＮＤＥＳＩＧＮ效应，火势容易蔓延，建筑内部一旦发生火２）消防电梯不能到达顶层，由于顶部灾，想要凭借外部的消防手段来扑灭将比的“蛋”形造型，顶部不宜突出机房，９７和较困难。建筑消防设计成功与否，将直接影９８层没有消防电梯停靠。并且消防电梯在响整个工程的投资成本和安全使用，因此办公与酒店交接的７４层避难层进行转换。消防设计也成为建筑设计的关键。《高层民３）设于９４层的酒店大堂上方大空间的用建筑设计防火规范》指出高层建筑的建防排烟设计，酒店大堂空间高大，高３９．２ｍ，筑高度超过２５０ｍ时，建筑设计采取的特殊外形呈弧线形，很难在幕墙侧面较高的位防火措施应组织专家论证，本工程多次向置安装排烟设备。酒店客房层中庭与酒店深圳市消防局及广东省厅消防接待大堂之间设有玻璃顶，此处防火分区局汇报，最后经专家论证才最终定案。的划分要兼顾消防的可实施性及工程造价本工程的设计难点有以下几个方面：等方面的要求。１）办公层防火分区面积扩大，每层建４）本工程设置了５个避难区，避难区筑面积为２４００ｍ２－－２７００ｍ２，划分为１个防间隔为１８层或１７层，超出《高层民用建筑火分区。设计防火规范》（以下简称《高规》）要求的万 方数据１５层间隔要求。５）办公大堂入口有７层高的上空空间，防火分区的划分要兼顾消防安全，使用的灵活性及美观的要求。２．２消防设计目标第一，遵循“预防为主，防消结合”的消防方针，尽量提高建筑的自防自救能力，采取可靠的防火措施，做到安全适用、技术先进、经济合理；第二，做到早期预警，当灾害发生时，尽可能快地通知在场的人员并确保其安全快捷地疏散；将火灾扑灭在初期阶段，利用自动喷水系统扑灭或阻止某一分区的火势向其他分区蔓延；第三，尽量避免发生火灾后火灾和烟气在建筑内部的蔓延，合理的防火分区的划分成为阻挡火势蔓延的有力保证；第四，保障在火灾情况下，主塔楼和顶部观光层的结构安全，钢管混凝土柱、斜支撑、梁、楼板、酒店层钢管柱及拱顶等均按其耐火极限要求选用防火涂料；第五，为消防人员提供必要的消防条件，保证其生命安全，消防控制中－心做到建筑的管理与运行一体化，在火灾发生时到灭火完成的一系列活动中，能保证消防活动的准确性和高效性。３京基金融中心防火设计３．１防火分区办公标准层防火分区的划分尽量按每层为１个分区，但每层办公面积的超出、办公及酒店大堂共享空间的划分成为防火分区设计重点和难点，具体分析如下：１）（（高规》规定，每个防火分区的建筑面积不应大于２０００ｍ２，办公层每层建筑面积为２４００ｍ２－２７００ｍ２，扣除结构部分及核心简内封闭不用的穿越井道等，面积约为２０００ｍ２左右，将办公层每层划分为一个防火分区，增加丫办公楼层使用的灵活性，经过火灾场景电脑模拟计算及试验论证认为，虽然防火分区建筑面积有超出《高规》的要求，但扩大的范围较小，疏散楼梯的宽度远大于疏散人数所需，且办公层设快速反应喷头，加快灭火系统的启动时间，缩小火灾规模，这为扩大防火分区面积提供了有力的弥补措施。办公平面呈环形布置，保证人员双向疏散及疏散距离的要求（图４）。２）办公入口大堂由７层高的中庭所贯通，此处防火分区的划分也是经过多方案比较，如在每个上下连通口的周边设防火卷帘，会造成中庭的四角有立柱，影响中庭的美观；如在两端设甲级防火门，将４—７层的连接桥划分为一个防火分区，与１层办公大堂同为一个防火分区，这样４－７层的连接桥不能有使用功能，了使用的灵活性，为了兼顾消防安全、使用的灵活性及美观的要求，设计在４－７层中庭处设水平防电梯井道在火灾时会形成烟囱效应，这样酒店观光电梯在９３层、９４层的玻璃要采用防火玻璃，同样存在造价成本和施工难度问题，故此设计在９３层、９４层的中庭旁设垂直防火卷帘，将酒店９３层餐厅层及９４层酒店大堂层与中庭分隔开来。将９４层的酒店大堂层与９７层、９８层虿形观光餐厅与拱形玻璃外幕墙围合部分的内部空间划分为一个防火分区，９５层、９６层观光餐厅周围用特级防火卷帘将其与酒店大堂分隔，为一个的防火分区（图６）。３．２安全疏散１）疏散楼梯（疏散楼梯的宽度满足ｌｍ／百人的要求）办公层的最大建筑面积为２７００ｍ２，按每人建筑面积１０ｍ２计算，办公层的最多人数为２７０人，所需的疏散宽度为２．７ｍ，设计了３部疏散楼梯，且均匀分布于办公层，总疏散宽度为３．６ｍ，大于要求的宽度。酒店层设有２部疏散楼梯，该２部疏散楼梯一直通至办公层与酒店层交接处的避难层，再通过避难层转换至办公层的疏散楼梯，疏散至首层。９７酒店大堂及其“蛋”形餐厅平面设有两部疏散楼梯，楼梯宽度均为１．２ｍ。９４层及９４层以上楼层的人员通过这２部疏散楼梯疏散至下方就近的９１层避难层。人员数量的参考确定值：办公室：ｌＯｒｅ２／人；酒店层：床位数＋２０％员工；高级餐厅：２．５ｍ２／人；厨房：ｌＯｍ２／人，后勤用房：１９ｍ２／人；健身房：控制人数。据人员密度系数可以确定本大厦所能容纳最大人员数量为１４６９５人。２）避难层火卷帘，使每层的连接桥与各层办公同为一个防火分区（图５），解决了上述两种方案的不足。３）７７层至９０层为酒店客房层，由７７层至９４层的酒店中庭与其回廊设为一个防火分区，由７７层至９４层之间的酒店客房与避难区域可分为避难间，避难层、屋顶平台等，避难间在上海金茂大厦的客房楼层有采用，在每层的合用前室中设有一个避难间，面积约２０ｍ２，用具有一定的耐火极限的隔墙、楼板与其他部位隔开，并设置了自动喷淋、火灾报警和加压送风系统。超高层建筑中将的楼层作为避难区域，或与设备层组合在一起的具有一定安全度的避难区域，此种做法较常见。当超高层建筑有裙房，或标准层平面的面积随高度的增加而缩小时，则裙房的屋顶平台、高层的屋顶平台可充分利用作为避难区域，如台ＭｃＨＩＴＥｃＴｕＭＬｄＯＯｔ：ｔｔｗｌｔ．２００９．９建筑学报中庭回廊相通的门、窗设置可自行关闭的乙级防火门、窗；酒店层每层设为１个的防火分区；９１层至９３层的机电层、第５避难层和中餐厅每层为的防火分区；９４层为酒店大堂及咖啡吧。原设计考虑利用设于９３层顶部的隔音玻璃天花板将其设计为特级防火玻璃，但后来据了解满足此要求的防火玻璃造价昂贵，需要进口，为节省成本，考虑此天窗采用普通的钢化夹胶安全玻璃，在玻璃的下方设置水平防火卷帘，但中庭的右侧为酒店的４部观光电梯，万方数据 —］设计研究ＲＥＳＥＡＲＣＨＥＳＩＮＤＥＳＩＧＮ北的１０１大楼，透过２６层逐渐内缩的基座上，增加８座斗阶，每座８层楼高，每个斗座接点就是避难逃生平台。本大厦在１８层及１９层两层、３７层及３８层两层，５５层及５６层两层、７４层、９２层设置了避难区，用敞开楼梯将１８层及１９层、３７层及３８层、５５层及５６层连接成两层的敞开避难空间（图７），避难区的外围护幕墙为竖向百叶，满足自然的采光通风，同时在５层办公层设有通往裙楼屋面的门，将裙楼屋顶作为第１个避难层，屋顶平台面积大，屋面楼板具有一定的耐火极限，在火灾情况下，避难是安全的。避难层之间的楼层间隔１９层至３７层之间、５６层至７４层之间、７４层至９２层之间相隔１８层，３８层至５５层相隔１７层，相较《高规》有一定的增加，且均已通过了消防部门的论证会议。３）电梯疏散本大厦将穿梭电梯作为全楼疏散的辅助疏散方式，当消防控制中心根据火势或其它紧急情况作出判断，发出整楼疏散的指令时，可采用“楼梯疏散为主，电梯疏散为辅”的疏散方案。消防控制中心确定需要采用电梯疏散，主要采用以下策略：将运行于负１层、首层至３９层、４０层的双轿箱穿梭电梯转换为疏散电梯模式，且只采用其中的１层轿箱，往返于首层和３７层避难层；同时火灾时将设置于负１层、３９层和４０层电梯门口的特级防火卷帘自动放下，由３７层避难层以上楼层疏散至该层的人员可以选择等候电梯疏散，也可以继续使用疏散楼梯，３７层以下的人员原则上不采用电梯疏散，只采用疏散楼梯疏散至首层室外，消防电梯仍然主要用于消防施救人员交通和运载灭火设施使用，可以停靠所能达到的任何楼层，必要时可实现部分人员救援运输功能，尤其是对残障人员的救援。将穿梭电梯兼用作疏散，则必须做到以下方面的技术和管理措施：第一，电梯井、轿箱以及井中的物体需要做到防火、防烟和防水；第二，疏散电梯机房需要做到防烟和防水；第三，电梯的供电需要得到保障；第四，疏散电梯用于紧急疏散时需要有经过训练的专业人员操作；第五，电梯疏散需要做到良好的信息沟通；第六，疏散电梯系统需要进行良好的管理和维护。国内外已有一些超高层建筑采用电梯作为全楼疏散的辅助疏散方式，如上海的建筑学报Ｚ００８．９＾闩料帅劝ｔ榭Ｌ∞‘十眦万 方数据环球金融中心、英国电讯塔、迪拜ＢｕｒｊａｌＡｌａｍ等。３．３消防电梯设计本大厦共设有两部消防电梯并在７４层进行消防转换，其中一部消防电梯最高到达楼层为９５层，另一部最高到达９６层，９７层和９８层没有消防电梯停靠，没有消防电梯停靠的原因主要如下：１）外形造形影响，其造形为“蛋”形设计，且作为本项目设计的一个独特造形考虑电梯通至顶层，电梯机房会突破“蛋”的造形，影响外部形象；２）９７层和９８层功能单一，建筑使用面积不大；３）９７层和９８层本身人员有限，且很容易方便迅速地疏散至第９６层。２部消防电梯均在酒店层和办公层交接的７４层避难层进行一次转换，消防员由首层运行至７４层的时间需要４４．６ｓ，由７４层运行至９６层的时Ｉ司需要２６．５ｓ。３．４酒店大堂屋顶钢结构防火保护在消防性能化报告中，ＡＲＵＰ公司通过对酒店大堂不同火灾场景的设定模拟，确定酒店大堂屋顶钢结构的保护时Ｉ司：９４层火灾时，受火焰影响范围内横梁、柱脚均采用３ｈ保护（０－４．６ｍ），其它采用１．５ｈ保护，此时拱顶整体结构在设计火灾条件下保持稳定；９８层火灾时，受火焰影响范围内的横梁采用２ｈ耐火保护，柱子１．５ｈ耐火保护，此时拱顶整体结构受力分析表明构件受力低于结构设计值，整体结构满足弹性要求。最后设计方案为使得建筑外观达到统一、美观的效果以及易于施工，采用了以下的保护方案：距离９４层酒店大堂地面Ｏ一大堂地面以上第一圈横梁均采用３ｈ耐火保护；距离９４层酒店大堂地面４．６ｍ高度以上的构件均采用２ｈ耐火保护。３．５酒店大堂烟气控制酒店大堂上方大空间的防排烟设计，酒店大堂空间高大，高３９．２ｍ，外形呈弧线形，在９８层两端的夹层及标高４３４．８０１１１的东西两端设有排烟风机，合计机械排烟量为１５８９３６ｍ３／ｈ，满足要求。在９１层机电设备层设置了容量可达５４０ｍ３的消防水池，其中４３２ｍ３为消火栓用设了２４ｍ３的高位水箱，作为自动灭火系统９８前１０分钟的消防供水。在地下也设了５４０ｍ３的消防水池作为本大厦消防用水；在高位消防水池和高位消防水箱处设了增压设施，以保证最不利点消火栓和自动水灭火系统的水压要求，室内消火栓管道，国内规范要求环状布置，但一般设计仅采用竖向环状布置。为了加强京基金融中心的消防安全供水，采用立体成环的做法；对于自动喷水灭火系统的设计，规范并无要求双立管供水，但出于安全供水、水压均匀的考虑，本项目采用双立管环状供水，每层设置２个水流指示器。４结论１）对于局部办公楼层防火分区超过规范要求的问题，通过论证，有扩大防火分区的可行性和有利措施。２）针对超高建筑特点带来的消防设计难点，将办公层的６台穿梭电梯兼用作疏散电梯，以加强整座大楼的疏散能力。对于电梯疏散的有效性，通过安拿疏散模拟，对仅用楼梯和辅以电梯两种情况下的疏散进行了对比，发现辅以电梯疏散缩短了总的疏散时间，使得在同一时刻大楼内疏散完毕的人员数量大大提高，并且缓减了楼梯间的拥挤程度，提高了疏散效率。３）对距离酒店大堂（９４层）４．６ｍ以下柱、柱脚和最下面的一圈横梁均采用３ｈ耐火保护；其余构件（包括小斜撑）均采用２ｈ耐火保护，各构件处于弹性状态，整体结构满足弹性要求。４）酒店大堂采用机械排烟系统，排烟量为４５ｍ３／ｓ，通过火灾烟气模拟，酒店大堂大空间具有较好的蓄烟能力，烟气层下降到一定高度需要较长的时间，这为人员疏散提供了较有利的条件。５）对于消防电梯设计难点，基于对建筑使用功能和建筑外观效果的考虑，消防电梯将不停靠９７层和９８层，其中ｌ部最高停靠９６层，另１部最高停靠９５层。且均需在避难层７４层进行１次转换。６）将顶层９７、９８层餐厅与９４层酒店大堂划分为同一个防火分区之内；其它区域（包括９５层和９６层，９３层）各自划分为单独的防火分区。７）根据酒店大堂空间特点，采用大空间智能消防水炮灭火系统来保护酒店大堂及其顶层餐厅，同时设置空气采样式极早期烟雾探测器加强大空间的火灾探测。●４．６ｍ高度的柱脚采用３ｈ耐火保护；酒店量为１６４５３０ｍ３／ｈ，中庭体积为３９７３４ｍ３，按规范要求换气次数按４次／ｈ计算得排烟３．６消防供水水，１０８ｍ３为自动灭火用水；在顶层（９８层）超高层建筑消防设计——以京基金融中心大厦为例
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
谷再平， 叶林青， Gu Zaiping， Ye Linqing
深圳华森建筑与工程设计顾问有限公司,深圳,518054建筑学报
ARCHITECTURAL JOURNAL2009(9)
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