《国内外高层建筑及防火设计发展概论》（兼评合并规范主要修改的建筑条文）

报告人：章孝思 教授2012.09

纽约世贸中心

重庆嘉陵帆影 上海金贸、环球中心 马来西亚双塔 芝加哥西尔斯大厦

一、国内外高层建筑概况（一）高层建筑的起源和发展 国外 : 起源于 19 世纪美国芝加哥、 1885 年十层的人寿保险大楼是世界上第一座高层建筑。在二十世纪中期陆续建成纽约世贸中心、西尔斯大厦、马来西亚双塔，目前世界最高建筑是高 818m 的迪拜大厦。

国内 :20 世纪初上海百老汇大厦及国际饭店等。重庆朝天门多个银行大楼 , 钢筋混凝土高层建筑可构成立体防火隔离带（ 9.2 火灾） .20 世纪中期陆续建成广州多个高层宾馆，其后建成的上海金茂大厦、上海环球金融中心是我国最有名的高层建筑之一 , 后者以 492 米高度成为我国目前最高建筑。

重庆朝天门长航大厦火灾

中央电视台文化中心火灾

（二）高层建筑的火灾危险性

火灾危害大：巴西焦马大楼、美国米高梅饭店火灾等死伤均上百人 . 我国哈尔滨天鹅饭店开创人员死亡的先例 .中央电视台大楼火灾（外装修可燃）凸显我国防火法规漏洞 , 无外装修防火要求的规定 , 构成巨大隐患。其后上海一公寓外装修火灾，死亡 50 多人，全国震惊。

（三）国内外防火研究概况 美国、英国、日本等一流水平。国内几大消防科研所、高等院校、科研机构等成果显著。重庆多个地方法规，如重庆市坡地高层民用建筑设计防火规范、大型商业建筑设计防火规范、餐饮泵船防火规范等，目前正上升为国家规范。

（四）高层建筑定义、高度（及坡规） < 高规 >1.0.3 条：＞ 24m 公共建筑，≥10 层住宅。合并规范修改为＞ 27m 住宅为二类高层住宅，稍严，今后高层住宅将增多。超过 54m 为一类高层住宅。（按 2.0.2 条，建筑高度 : 平屋面时为室外地面到屋面面层的高度。）合并规范增加 : 坡屋面时为室外地面到檐口与屋脊的平均高度处。 ① 合并规范的建筑分类，改为住宅和公共建筑两大类。要求宿舍和公寓按公共建筑对待。 ②取消了商住楼、综合楼，对此放宽；规定住宅与其它使用功能合建时，只要采用耐火 2h 的楼板和无洞口墙体完全分隔，住宅的楼梯间独立设置，则可分别按住宅和公建的防火要求执行（而非均按公建了）。 ③裙房有所放宽：裙房为主体投影以外并与之相连又＜ 24m 的建筑部分，若与主体之间有防火墙分隔，可按单、多层建筑对待，反之按高层建筑计。 坡地建筑有两个或多个室外地面，比平地建筑更有利于疏散和扑救。利用其立体扑救系统的优越性，重庆制订了坡规，现已上升为国家规范。

（五）重庆市坡地高层建筑设计防火规范（ DB50/5031-2004 ）

建筑上下有道路时，如能满足 4 方面条件：外部扑救、楼梯转移、电梯保护、耐火分隔之后，可上下分别计算高度和定性。由底层计可能是高层建筑或商住楼 ,由平顶层上下分别计可能是多层建筑或住宅 ,使防火设计得以简化并更具实际意义（见图）。

工程实例 : 重庆某商住楼执行 <坡规 >, 平顶层以上按未超过 100 米的住宅计 ,但施工中将自动扶梯穿过平顶层 ,违反 <坡规 >平顶层楼板不能设洞口的规定 , 其后专家提出在自动扶梯洞口处加设防火分隔 ,扶梯底部做耐火材料包覆及自动喷水 ,扶梯四周仍按规范作防火卷帘 ,形成“四重保护” ,通过审查 .现 <坡规 >已取消平顶层楼板不能开洞的规定 , 有利于商业的发展。

二、高层建筑防火设计纲要在高层建筑防火设计中，应“以建筑设计为本”，如妥善

解决了总体布局、防火分区、安全疏散及耐火构造等四个方面的防火问题，高层建筑就会立于不败之地。加上建筑消防设备（防排烟、报警、灭火）的配合，防火安全就更加完善。

（一）总体布局方面 1. 防火间距安排——防止蔓延。利用 4.2.2 条解决工程实际问题。 通过裙房、连廊、天桥相连的两座建筑，应符合防火间距要求。亦即，虽有连接体量亦可视为两个建筑对待，有所放宽。

2. 主楼裙房设计——利于扑救。合并规范对 4.1.7条修改，只要求裙房宽度不大于 4m ，不提高度的限制，对平面及造型设计有利。

3. 消防车道设置——尽量环行 ,若不能形成则须设穿过式车道 , 及两长边设车道，反之可不设。

合并规范吸取坡规精神：坡地建筑及住宅当两长边设置车道有困难时，可只一长边设车道，但该长边应有扑救面及扑救场地。合并规范对消防登高场地（即扑救场地）放宽，允许扑救面旁设多个小型场地，其长宽不应小于 15m 和 8m, 其间距不超过 30m,对实际工程有利。六结合原则 :即在裙房宽度受限的扑救面范围应有疏散楼梯间、消防电梯及消防控制中心的出入口 , 其旁应有消防车道及扑救场地 ,这对扑救十分有利。

扑救面取消高度限制

（二）防火分区方面1. 水平防火分区——控制分区面积，对大型商业放宽 :营业厅等设自动喷水、自动报警

设备及不燃、 难燃装修时 , 地上可按 4000m2 分区 , 地下可按 2000m2 分区；

合并规范将一类高层分区放宽为 1500m2;一、二级耐火等级单、多层建筑首层的营业、展览厅全设自动报警、灭火设备时，分区面积放宽为 10000m2; 两分区之间防火墙上防火门可计入 30%的疏散宽度。重庆实例，歌舞、娱乐场所小空间作防火墙、甲级防火门。演出、展览大厅作大空间智能灭火设备，设准安全区等。

● 大空间建筑工程实例 : 成都市博物馆为高 47m 的一类高层建筑 ,地下演出厅四周过厅设有大空间智能灭火设备及加强报警 /灭火 / 排烟设施 , 成为过渡到安全出口的准安全区 . 其上部多层展厅及其旁走道加强机械排烟 ,少量进入中庭烟气由顶部及四周自动开启的窗自然排烟 , 保障中庭下部的疏散安全 .专家论证会应按照性能化防火设计理念 ,而不能死抠规范 ,才能与国际接轨并适应现代化建设的发展(见图 ) 。

成都博物馆地上展厅机械排烟与中庭自然排烟相结合示意

（高度超过 12m 中庭）

重庆《大型商业建筑设计防火规范（ DBJ50-054-2006 ）》：从严要求扑救面、防烟楼梯间，然后可放宽分区面积（首层 10000m2 ，二层及以上 5000m2 ）及安全出口宽度计算（密度 0.45 人 /m2 ），可分区共用楼梯间等。 合并规范目前对人员密度 /百人宽度及营业厅面积计算方式 ,三者之间的关系未能协调到位 ,因而计算出的疏散宽度过大。

规范 人员密度（人 / ㎡）

百人宽度（ m/ 百人）

营业厅面积比例

5000 ㎡营业厅疏散宽度 (m)

4500 开间楼梯数 ( 个 )

重庆大型商规 0.45 0.65 75% 11 6

高规（老商规） 0.85 1 35% 14.9 7

合并规范 0.43~0.6 0.65 100%0.45=14.6 ； 0.5=16.25;

0.6=19.57 、 8 、 9

地下商业建筑超过 2万m2 时，重庆商规允许在其适当部位设开敞式或封闭式防火隔离区分隔。合并规范类似，允许设开敞式下沉广场或防火隔间分隔。但问题较多，见图。

地下商场分隔示意图

2. 垂直防火分区——控制中庭等连通面积，在工程实践中可借鉴一些经验 , 如允许贯通、改变概念等。

● 允许贯通——是让其垂直连通若干层，连通面积不超过分区面积限制。如金茂大厦商业楼有 6 层 ,被 3 个中庭贯通 ,因中庭形状层层变化 , 无法在四周作防火卷帘 ,专家提出每层作 2道防火卷帘而垂直分 3区 , 并尽量控制其贯通面积（见图）。

● 改变概念 ( 重庆实例 ) ：将中庭变为室内半开敞空间或室外半封闭空间 . 如重庆林同琰办公楼高 6 层 ,被 3 个中庭贯通 ,因四周有大量开敞空间 ,自然排烟良好 ,专家定性为室内半开敞空间 , 中庭四周可不设防火卷帘 (见图 ) 。

金茂大厦附楼垂直防火分区

林同琰办公楼

●又如露天步行街 , 加设玻璃盖后消防定性为中庭 ,专家提出两端不封闭 ,玻顶上适当开口 , 可定性为室外半封闭空间 , 两边可不作防火卷帘 (见图 ) 。

●合并规范吸取重庆大型商规经验：步行街长度不宜大于 300m ，两侧建筑间距不小于 13m ，顶棚高度不小于 6m ，其上应有自然排烟措施（如天窗、洞口等）。此时两侧可不做耐火分隔，不按中庭计，若为全封闭内街则算中庭。

● 将地下二层变为地下一层（原地下一层变为夹层） , 如重庆某高楼地下一 / 二层为游乐 , 消防通不过 .专家会上建议在地下一层楼板开几个洞口 ,使其变为夹层 , 地下二层则成为地下一层 ,同时还有下沉式空间与其连通 ,对人员疏散和自然排烟非常有利 ,从而通过了审查 (见图 ).

重庆坡规：平顶层上下分别计算高度和定性，也是改变概念的方式。

加盖步行街

变地下二层为地下一层

（三）安全疏散方面

1. 疏散楼梯间设置——封闭楼梯间、防烟楼梯间。安全出口布置最高原则为双向疏散。环形走道。核心筒布置方式。袋形走道尽端宜设置疏散辅助设施 (见图 )。楼梯间布置三原则：尽量靠各端、靠电梯、靠外墙 (见图 ) 。靠各端可形成双向疏散 ;靠电梯能使平时交通流线和紧急疏散流线有机结合 ;靠外墙可自然排烟并利于云梯救援。

合并规范增加了防烟楼梯间底层门厅作为扩大前室 ,对疏散有利。（底层门厅作扩大封闭时，存在安全问题。）

2. 消防电梯的设置——高楼灭火、救生保证。利用有消防电梯功能的客梯进行疏散。合并规范对住宅规定允许做三合一前室 ,但须加大前室面积 (短边 2.4m, 面积 12m2)。

高层建筑疏散楼梯布置三原则

高层建筑辅助疏散设施 :避难口

3. 避难层的设置——高规要求超过 100m 的公建应设避难层。

合并规范要求公建和住宅超过 100m 时均应作避难层：第一个避难层距地不大于 50m ，两避难层之间不宜大于 15 层，其外墙不应敞开。

还应注意，屋顶应作避难层，避难层人数按大楼总人数计算。裙房屋顶也应作为开敞避难层。

● 金茂大厦避难层设计 : 金茂大厦高 88 层 , 上部为酒店 ,50 层以下为办公 ,51 层是转换层 .办公部分在 15 层和 30 层设有避难层 ,各为两个避难区与防烟楼梯间相连 .办公为 7000 人 , 按 5人 /m2 计共需 1400m2避难区 ,故每个避难区面积为 350m2,还应有引入避难区的措施 (见图 ).其酒店部分每层楼梯间旁设有一小型避难间 ,不再专设避难层 .

金茂大厦避难层设计

4. 屋顶直升机坪的设置

由于上世纪 80 年代后现代 /新古典等尖顶 /斜面建筑造型风行 ,致使屋顶直升机坪难以实现 .

如郑州某工程不得已在尖顶旁做怪异型支架式停机坪 ( 见图 ),专家会上只得加强多项消防措施后将其取消 .若要在工程中贯彻 ,首先应纳入城市消防规划，规划局下达设计任务。建筑师纳入立面造型设计，才能真正得到实施(见图 )。

郑州某高层 迪拜七星酒店

• 城市消防规划划分为四个方面：• ① 防止城市起火：修建耐火建筑（包括超高层建筑设置屋顶机场的城市布局），拆除易燃建筑，搬迁危险建筑，保护古建筑等。

• ②阻挡火势蔓延：设置平面防火隔离带——绿化、广场、水面等；立体防火隔离带——耐火的高层建筑群体（重庆九二大火灾；日本东京白须东小区，见图）。

• ③引导疏散避难：以通畅道路将避难人流引向市内各避难场地（广场、绿地、公园等），并能疏散到市郊避难。

• ④加强消防扑救：消防车道，消防通讯及消防用水等。

日本东京白须东小区立体防火隔离带

（四）耐火构造方面1.高层建筑结构设计 ① 高层建筑结构体系 a) 框架体系——以柱和梁形成框架而承重，可作到 18～ 30F 左右； b) 框架、剪力墙体系——以纵向、横向剪力墙承重，可作到数十层； c) 剪力墙体系——以框架和剪力墙共同承重，可作到 100F 以上； d) 筒体体系——以剪力墙或密集柱形成筒体，并以框筒、筒中筒、束筒等方式承重，可作到 100F以上；

e) 悬挂结构体系——由中部筒体向四周伸出挑梁而悬挂楼层，可作到数十层。 ② 建筑材料的耐火性能 : 钢筋混凝土耐火性能优异、而钢 ( 结构 ) 不耐火 .

2.主体结构的耐火设计 ① 钢筋混凝土结构 :实际工程中，墙、柱能满足要求，现浇整体式梁、板耐火性能好； ② 钢结构 :需采用包覆混凝土、喷石棉或防火涂料等方式保护。

3.其它构件的耐火设计

① 建筑内装修防火设计——关注天棚、墙面及保温材料等的耐火能力。合并规范附录 D，对建筑外装修保温材料要求不燃或难燃材料，并作全覆盖保护层。

工程实例：重庆中天大酒店火灾及变形缝整改，见图。变形缝的构造往往形成垂直防火分区的薄弱环节 ,由于标准图中变形缝多用硬橡胶板 ,6厚钢板及白铁皮等 ,其耐火能力较差 , 火灾时极易导致火势向上蔓延 .该工程多重保护的变形缝整改设计可供参考 ( 见图 )。

变形缝整改设计变形缝整改平面图

中天酒店平面图

高 127m 的超高层建筑

烟囱引入变形缝空间，其中又作储藏间是起火原因。

② 防火门、防火卷帘的耐火设计——关注控制系统、释放开关性能；合用前室常开的防火门火灾时应能自动关闭。

③ 美国世贸中心与“ 911”——双塔为钢的筒中筒结构，以喷石棉方式保护钢梁、钢柱。钢梁与钢柱用螺栓连接有问题，结构设计未考虑恐怖袭击 , 今后应采用更牢固的结构方式和更先进的建筑材料 (见图 )。

纽约世界贸易中心

美国纽约世贸中心被飞机撞击后燃烧

三、高层建筑前景与展望 ——在新世纪，超高层建筑不断涌现并将得到巨大的发展。

☉美国世贸中心自由塔， 82F 、高 541 米 ☉上海中心大厦，高 632米

☉英国伦敦拟建 108F ，高 460 米的城市生态大厦（ 1）☉巴西拟建 105F ，高 495 米的圣保罗大厦（ 2）☉澳大利亚墨尔本拟建 113F ，高 560 米的格罗洛大厦（ 3）☉香港拟建 97F ，高 574 米的里程碑大厦（ 4）☉美国芝加哥拟建 120F ，高 610 米的 7号大楼（ 5）

☉阿联酋已建成高 818 米的迪拜大厦

☉韩国拟建 200F ，高 800 米的超级大楼☉莫斯科拟建高 450 米容纳 3万人的水晶之岛☉日本拟建空中城国（东京）和赤版城楼（美国），各有 700F ，高 2000 米☉日本拟建 800F ，高 4000 米的富士山大厦

莫斯科“水晶之岛” 日本“富士山大厦”及内部庭院

● 性能化防火设计，对建筑进行安全性评估国外较成熟，我国才开始，公安部默许几个单位可作。我国有少数

性能化的评估报告对防火安全问题严重的工程避重就轻、甚至弄虚作假，得出“安全”结论，无实质性整改措施。下一步我国将颁布性能化防火设计规范，逐步走向正轨。

THE END ！