??????? ( 5) 大空間火災探測。在體育館比賽大廳內, 當點型火災探測器不適用時, 可以采用適合高大空間的先進火災探測器, 如雙波段圖像火災探測器( 簡稱 雙波段探測器) 。雙波段探測器屬于智能型火災探測設備, 具有火焰探測功能, 適用于大空間和其他特殊空間場所。系統具有多種火災識別模式, 可以有效消除由于外界環境及系統偶然因素引起的誤報, 可靠性高, 定位精度高, 100m距離處的定位誤差不超過3. 6m, 可以實現火災的早期準確探測。
??????? ( 6) 自動消防炮滅火系統。在大空間建筑消防系統中, 滅火的有效性與經濟性尤為突出。近年來廣泛應用的自動消防炮系統可替代水噴淋系統, 大大提高滅火效果, 同時保證建筑物的整體美觀。采用與火災探測器聯動的自動消防炮是火災探測與定點撲救相結合的主動式火災防治系統, 可以實現大空間火災自動報警與空間定位聯動滅火的統一。在火災自動報警并進行著火點空間定位后, 系統自動控制消防炮進行定點撲救。自動消防炮的最大射程可達50m以上, 可以很好地解決體育館大空間自動滅火難的問題。并且只對著火區域進行滅火,對無火區域基本沒有影響或影響很小, 減少了撲救過程中造成的損壞。
??????? 3 工程實例應用
??????? 某體育館內共設置6000多個固定坐席, 2000多個活動坐席, 固定和活動坐席以及場地中央坐席總數可達到8000多個, 屬甲級體育館, 耐火等級按一級設計。
??????? 3. 1 防火分區面積
??????? 首先, 由于看臺區和比賽場地之間不能有墻體遮擋視線, 所以看臺部分和比賽場地必須在同一防火分區內。其次, 由于該建筑頂部采用鋼桁架結構, 看臺周邊墻體延伸至鋼桁架內并進行防火封堵的難度較大, 二、三層觀眾休息廳也通過頂部與比賽場地及看臺空間連通, 使得比賽大廳、看臺以及二、三層人員休息平臺位于同一個防火分區, 該防火分區建筑面積約18000m2。雖然規范中說明體育館觀眾廳防火分區的最大允許建筑面積可以適當放寬, 但并未明確說明允許放寬的幅度和條件, 這給設計帶來了困難。
??????? 解決方案: 在超過規范面積要求的防火分區內選擇不同位置設置起火點進行模擬, 看火災能否大面積蔓延,以確定現有防火分區劃分方式是否可行。設置火災場景如表1所示。
??????? 表1 火災場景設置
??????? 3.2 人員疏散
??????? 在人員疏散方面, 比賽大廳在進行比賽或演出時人數眾多, 且根據設計體育館在0. 00~16. 9m各水平高度位置均可能有觀眾坐席,人員疏散流線復雜, 同時整個比賽大廳疏散出口分布在三個不同的水平高度, 而除0.00m疏散出口能直接疏散至室外, 其他高度疏散出口均需要經過二層或三層休息平臺才能到達室外。
??????? 所有比賽大廳內人員主要通過下面三條疏散路線疏散: 一是0. 00m出口: 臨時看臺比賽場地疏散通道室外; 二是6. 00m出口: 看臺6. 00m觀眾休息廳室外; 三是10. 20m出口: 看臺10. 20m觀眾休息廳6.00m觀眾門廳室外。
??????? 在確認體育館比賽大廳人員疏散安全性時, 著重對上層人員的疏散安全進行考察, 計算模擬上層人員疏散時必須經過的位于10. 20m和6. 00m標高觀眾休息廳的安全性。
??????? 比賽大廳人員經過首層6個疏散出口疏散時, 原設計中比賽大廳周圍6個疏散出口的總寬度約22. 4m左右, 疏散出口寬度對于可能通過比賽場地疏散的人群來說已經足夠。在幾個出口連接的通道或門廳均安全的情況下, 比賽大廳的疏散效率是可以保障的。但是, 原設計中無論是門廳還是通道,均屬于首層其他防火分區, 且均直接連通功能區, 一旦首層功能區發生火災, 煙氣會極大地影響通過6個出口疏散的比賽大廳內的人員安全。
??????? 解決方案: 對比賽場地四周出口及其連通通道設計進行調整。可以從首層防火分區內單獨劃分專用疏散通道, 通道與其他防火分區通過防火墻隔斷, 在與其他防火分區連通位置設防火門, 使疏散通道與首層其他功能區分隔。
??????? 結果分析: 通過兩個疏散場景的模擬計算可知, 即使考慮火災影響建筑某部疏散樓梯不能使用的情況下, 體育場內觀眾全部疏散至安全區的行動時間也僅為430s。因此, 對比賽場地四周原設計出口和連接通道的設計進行調整是合理的。
??????? 3. 3 消防水炮滅火系統
??????? 在觀眾席、觀眾廳、比賽場地上方及空間大于8. 0m的場所設置消防水炮滅火系統, 設計流量按40L/ s, 火災延續時間為1h。消防水炮系統采用穩高壓給水系統, 獨立供水管網。自動消防炮與雙波段探測器或光截面探測器聯動, 進行空間自動定位并鎖定火源點, 自動啟動電動閥噴射滅火, 也可以采用遠程手動滅火和現場手動滅火。消防水炮工作壓力為0. 80MPa, 布置保證任何著火點同時有2門水炮的水射流到達。消防水炮可以具備霧柱轉化功能, 起到高效滅火、控火和不傷害人員的作用。
??????? 3. 4 排煙系統設計
??????? 比賽大廳( 比賽場地和看臺)、二層及三層觀眾休息廳、訓練館、一層門廳均采用設置可開啟天窗或者高側窗的自然排煙系統, 利用頂棚及高側窗的電動排風口做為排煙口, 排煙口面積均滿足 建規對體育館等高大空間建筑所要求的 不小于該場所平面面積的5%的要求。但是, 由于比賽大廳空間高大, 煙氣能否順利通過天窗排放到室外需要經過模擬確定。另外, 二、三層休息廳作為比賽場館內絕大多數人員疏散時需經過的區域, 這兩個區域本身發生火災時, 采用自然排煙系統是否能夠為人員提供足夠長的疏散時間也需通過煙氣模擬驗證。
??????? 結果分析: 火災發生在比賽大廳內時, 如果看臺區發生火災, 受火災規模較小、比賽大廳空間較大等多方面影響, 煙氣在整個模擬過程中均沒有沉降到距離比賽大廳地面2m高度以下空間, 人員疏散不會受到火災的影響;比賽大廳發生火災時, 頂棚自然排煙口排出大量煙氣, 且煙氣大部分由位于起火點上方的排煙口排出。因此, 比賽大廳內設置的自然排煙系統能夠在火災中有效排出煙氣, 維持建筑內長時間的安全環境。
??????? 3. 5 屋頂鋼結構保護
??????? 按照規范要求, 建筑內鋼結構應進行防火保護, 以達到與其功能相應的耐火極限。此工程中屋架鋼結構按照規范已采用外噴涂防火涂料的措施進行了防火保護, 其耐火極限達到1. 5h。但考慮到建筑的重要性, 業主及設計方要求在火災模擬時對鋼結構進行判斷, 確定是否需要額外措施確保鋼結構安全。圖2為體育館屋頂鋼桁架示意圖。
??????? 圖2 體育館屋頂鋼桁架示意圖
??????? 解決方案: 結合看臺及比賽場地設置的火災場景, 考察不同火災規模時鋼桁架受到煙氣影響的程度, 判斷可能出現的最大溫升及對鋼桁架結構承載力的影響, 確定是否需要進行額外的防火保護措施。
??????? 結果分析: 根據鋼材的強度和彈性模量與溫度變化之間的關系, 當鋼材的溫度長時間維持在200 以上時,承載力會大幅度降低。數值模擬顯示, 即使著火點上方受到火焰直接影響的鋼桁架, 大部分時間溫度也維持在200 以下, 此時鋼材的強度和彈性模量與常溫相比變化不大。所以, 比賽大廳火災煙氣不會影響鋼結構桁架的安全性, 而且在鋼結構均有防火保護的情況下, 安全性更高。
??????? 4 結 論( 1) 針對防火分區擴大問題, 應該從保證人員疏散、控制火災規模和防止火災大面積蔓延等方面進行分析。
??????? ( 2) 排煙系統的設計要同時考慮通風與排煙條件, 設計排煙量時要根據被保護區域內的可能火災規模、設計煙層高度等參數來確定。
??????? ( 3) 通過設置準安全區、合理布置安全出口、增加疏散寬度、優化人員疏散流線, 并且通過計算機模擬疏散過程, 把大型體育館的疏散時間控制在8min內, 可以保證人員安全疏散。
??????? ( 4) 體育館中的鋼結構體系要具體分析是否應進行防火保護, 首先確定可能的火源位置和火災規模, 對發生火災后整體結構溫升分布進行計算分析, 以判斷哪些部位需要進行防火保護以及保護強度要求。
??????? ( 5) 在高度超過12m的體育館比賽大廳內, 當點型火災探測器不適用時, 可以采用適合于高大空間的先進火災探測器。自動滅火系統可以采用與火災探測器聯動的自動消防炮, 形成火災探測與定點撲救相結合的主動式火災防治系統。
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