2．超高层建筑火灾特点与危害
2.1超高层建筑火灾特点
2.11超高层建筑火灾的诱因
一座超高层建筑往往是用途广泛，设备管线繁杂，功能复杂，人员活动频繁、数量密集的综合体，与传统的民用建筑相比存在更多的火灾隐患，一旦失火同时具有更大的危害性，除了雷击等自然原因外，引发超高层建筑的火灾原因主要有以下几点：
（1）明火管理不当引发火灾。

超高层建筑往往包括餐厅、酒店、这些地区的明火使用和管理不当，往往容易引发火灾。

（2）电气使用不当引发火灾。

超高层建筑中的用电设备数量繁多，存在较大的电气火灾隐患。

（3）机械设备故障引发火灾。

超高层建筑中有多种机械设备，如送风机、电动机、输送机、空调、排风机，这些设备一旦出现质量问题，或者缺乏定期的检查和保养，导致机器过热，极有可能引发火灾。

（4）违章作业引发火灾。

即使一座超高层建筑已经投入使用，也不可避免地会有室内装修，设备保养与维护，房间清洁等施工作业，施工过程中往往会使用到气割、
电焊等，有时还会使用易燃液体，违章作业或施工过程中的疏忽会大大增加火灾
的发生几率。

2.12 超高层建筑火灾发展过程分析
根据超高层建筑发生火灾时，室内的平均温度随着时间的变化特点可以将火灾过程分为三个阶段：初起阶段、全面发展阶段以及熄灭阶段（图1），每个阶段都有各自不同的特点：
图1 室内火灾温度——时间曲线
（1）初起阶段：当超高层建筑室内发生火灾后，刚开始仅仅只有起火部位和周围的可燃物发生燃烧，初起阶段的火灾特点是燃烧范围不大，室内平均温度较低，并且
存在较大的温度差别，火势发展缓慢，处于可扑救的状态。

（2）全面发展阶段：当火灾在室内发展一段时间后，燃烧范围逐渐扩大，一旦房间平均温度达到阈值时，房间内大部分的可燃物都会迅速燃烧，房间充满火焰，这个
阶段的特点在于火势发展迅速，燃烧猛烈，室内平均温度达到最高，会伴随轰然
的出现，这种现象是由局部燃烧向全面燃烧的标志，火灾一旦进入全面发展阶段，扑救将十分困难。

（3）熄灭阶段：当火灾发展到后期时，由于室内可燃物的燃烧殆尽，火势发展的速度开始减缓，室内平均温度也呈下降的趋势，当室内平均温度降至最高温度的80%
后，通常认为火灾已经进入熄灭阶段，这个阶段的特点在于虽然已经进入熄灭阶
段，但室内温度依然较高，结构部件过火后存在一定的安全隐患，给消防部门进
入建筑开展救援带来一定的危险性。

2.13 超高层建筑火灾时火焰蔓延方式
（1）火焰通过窗口向上蔓延：起火房间喷出的烟尘和火焰温度较高，由于热压作用往往会沿着窗间墙通过窗口向上层逐渐蔓延，若超高层建筑采用带型窗，窗口喷出的火焰还会吸附在建筑表面，通过上层窗口进入室内，加速火势蔓延速度。

（2）火焰在水平方向蔓延：出现这种情况的原因一是因为防火分区设置存在问题，二是因为洞口分割不完善，普通的木质门极易被烧穿，失去隔断作用；未设置水幕保护的防火卷帘由于温度过高失去隔离火灾区域的作用。

另外，火焰还可以通过吊顶、地毯、隔墙等沿着水平方向蔓延。

（3）火焰通过竖井蔓延：超高层建筑中存在大量的竖井，其中包括：电梯井、楼梯间、设备管道、垃圾井等。

这些竖井往往以贯通的方式存在，如果防火隔断设置不合理，一旦发生火灾，这些竖井就会起到“拔风烟囱”的作用，加速火势的蔓延。

（4）火灾通过空调管道系统蔓延：超高层建筑中的空调系统非常复杂，如果不按规定设置防火阀，并采用可燃材料作为风管，火灾发生时，火焰可以很快烧穿风管蔓延到其他区域。

2.2 超高层建筑火灾的危害
2.2.1 浓烟对人的危害
超高层建筑中使用的EPS、XPS、PU板等被大量应用于超高层建筑的外保温工程，但这些材料防火安全性差，易老化，易燃烧，一旦燃烧就会产生大量有毒浓烟（图2）高层建筑一旦起火，灭火极其困难，被困人员难以疏散，着火现场因吸入过量浓烟和毒气致死的人数占到火灾死亡人数的80%~84%，特别是PU板在燃烧时会产生剧毒的氰化氢，对人身安全造成极大威胁。

图2 有机保温材料燃烧产生的剧毒浓烟
另外，缺氧,在着火区域,空气中充满了由可燃物燃烧所产生的一氧化碳、二氧化碳和其他有毒气体等,加之燃烧需要大量的氧气,因此空气中的含氧量大大降低。

由于缺少氧气,人的身体也会受到各种伤害（表1）
表 1 缺氧对人体的影响
2.22 火灾对超高层建筑结构的破坏
超高层建筑主体结构多为钢结构承重，钢结构的一个显著缺陷就在于一旦受热，很快伴随塑性变形出现，钢结构的承载能力急剧下降，当达到500℃时，钢结构的强度会降到正常强度的50%；当达到1000℃，强度会成几何级数迅速下降，此外，较高的火场温度还会对钢结构产生热应力，这种应力会加速钢结构的破坏速度。

过火后的钢结构与混凝土结构也会发生缓慢的塑性变形（即蠕变），在几种因素的综合作用下，钢结构的强度迅速下降，会在短时间内崩塌。

分析“9·11”事件中的世贸中心，南部大楼在遭受撞击后仅仅几个小时就发生了坍塌，这与大楼主体采用钢结构有直接的关系。

整个过程中，飞机以500km/h的速度撞击大楼后，巨大的能量将建筑外部框架的梁柱等构件摧毁后，引起了爆炸和大火，飞溅的航空汽油迅速引燃了大楼中的可燃物，火灾发展速度极快，火灾中心的温度达到2000℃，由于大楼的支柱与桁架全部是钢，高温作用下的钢柱与桁架逐渐变软和弯曲变形，失去了承载力的上层部分开始坍塌，对下层结构产生远远超出结构抵抗范围以内的垂直冲击力，导致下一部分的楼面坍塌，自上而下连续的坍塌形成了垂直的多米诺效应，最终大楼在短时间内就完全被摧毁（图3）。

图3 世贸中心垮塌全过程
3.超高层建筑防火构造设计
3.1 防火墙与竖向管井
3.11 防火墙的设计
（1）超高层建筑中的防火墙不能设置在U、L型的内转角处（图4）。

当防火墙设置在转交附近时，内转角两侧墙上的门和窗之间最近边缘的水平距离必须大于4m。

当
相邻的一侧装有固定的乙
级防火窗时，距离在一定
程度上可以减少。

（2）靠近防火墙两侧的门和窗
之间最近边缘的水平距离
必须大于2m。

当水平距离
小于2m时，必须设置固
定乙级防火门和窗。

（3）输送可燃气体和易燃液体
的管道，严禁穿过防火墙。

其
图4 内转角两侧窗洞的水平距离它管道也不应从防火墙穿过，
当必须穿过时，空隙必须使用不燃材料填实、密封。

（4）穿过防火墙处的管道保温材料，也应使用不燃材料（图5）
图5 穿过防火墙处的管道
3.12 电梯井与管道井
（1）电梯井必须单独设置，明确规定井内禁止铺设可燃气体与易燃液体的管道，尽量避免铺设与电梯系统无关的电缆与电线。

电梯井井壁除了开始电梯门洞与通气孔以外，不应再开设其它的洞口，电梯门不能使用栅栏门。

（2）超高层建筑中的电缆井，管道井在防火设计时要设置水平分割设施。

各类管道安装后要用大于同层楼板耐火极限的不燃材料进行分隔和封堵。

与高层建筑不同，超高层建筑在每层都要设置分隔设置，防止发生火灾时，火焰通过管道井向上蔓延。

（3）对于通风和空调系统的管道保温，要选用《建筑内部装修设计防火规范》中装修材料燃烧性能同级或优于装修材料的保温材料。

竖向风管与每层水平风管的交接部位水平支管必须设置防火阀，其中在防火阀的熔环和其它感温设备作用下，防火阀会沿着气流方向自行关闭密封，防止火势在空调管道系统的水平蔓延。

3.2 玻璃幕墙中的防火处理
玻璃幕墙在水平的窗口处和竖直方向的窗槛处都是火灾时火焰蔓延的通道，火灾发生时，整个建筑会形成一个巨大的防火分区，极易整体被火焰吞噬，因此必须重视超高层建筑玻璃幕墙的防火设计。

（1）玻璃幕墙设有窗间墙、窗槛墙时，填充材料必须采用不燃材料，当外墙面采用耐火极限小于1h的不燃材料，墙内的填充材料可以采用难燃材料。

（2）对于没有窗间墙的玻璃幕墙，应该在每层楼板外沿设置耐火极限大于1h，高度大于0.8m的不燃实体墙。

（3）超高层建筑中的玻璃幕墙与每层楼板、隔墙处的缝隙必须用不燃材料密封、填实。

由于玻璃幕墙属于非承重墙体，对于防止火势蔓延的部位耐火极限为1h，
其余的部分为0.5h。

防火墙端部的宽度为2m，如果不满足，可以采用耐火极
限大于1.2h的玻璃幕墙，否则必须设置垂直于水平防火隔断设施（图6）。

图6 幕墙的防火处理
4.结语
超高层民用建筑的防火疏散设计是一个复杂的系统工程,它是经济、科技、技术的集中体现,也将随着社会科技的进步而不断完善。

鉴于超高层建筑火灾后果的严重性, 在超高层建筑设计中要严格遵照防火规范进行全面的防火设计, 采取先进的建筑防火技术和周密的防火措施, 避免和减轻超高层建筑火灾对人民生命财产造成的危害。

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