第一篇:高层建筑在线监测系统设计
1系统结构及组成
为了有效监测建筑物整体动态情况,便于上位机重建建筑物当前状态,无线检测节点应安装在建筑物的关键部位。不同结构的建筑物其自由振动参数计算方法差异较大,且影响建筑物位移估算,故本文以框架结构高层建筑为例。框架结构由梁柱构成,在纵横两个方向都承受很大的力。为此,应分别在每层楼的梁柱结合处安装无线检测节点。无线检测节点实时检测该点的三分量加速度,通过Zigbee网络发送至中央协调器,再上传至上位机处理。上位机可自行处理数据;也可通过LAN(Local Area Network)网络传送至中心机房统一处理;或通过WAN(Wide Area Network)将信息传送至远程监视计算机。系统结构图如图1所示。Zigbee设备在Zigbee网络中分为协调器(Co-ordinator)、路由器(Router)和终端设备(End De-vice)三种。协调器负责初始化信道、建立通信地址表等。在本系统中,协调器除了负责建立通讯网络外,还需要将其他节点检测的数据上传中央控制器(Central Controller),并将中央控制器的逐点巡检等指令下达到各个通讯节点。路由器节点在本系统中除了提供数据传输路由外,还兼具检测数据功能。终端设备节点在系统中只具备信号检测功能。
2硬件电路设计
系统硬件电路主要由检测节点和中央控制器两部分组成。由于检测节点安装在室内紧贴墙壁处,墙体、窗户等会影响无线传输距离。为保证系统通讯的可靠性,选用Helicomm Zigbee通讯模块IPLink1223,其最大通讯距离为100m,实验显示可在封闭状态下穿越一层墙壁,符合系统要求。另外本模块体积小、功耗低,发射时功耗为29mA,接收时功耗仅为27mA。为了提高通讯链路的可靠性,系统采用链状拓扑结构,每条链路上采用双路由器设置,既每层楼的Zigbee模块设置两个路由器。为避免与WIFI无线信号信道冲突,选用4、9、14、15信道,其工作频段分别是2.425GHz、2.450GHz、2.457GHz和2.480GHz。2.1检测节点硬件电路设计检测节点包括路由器检测节点和终端设备检测节点。其硬件电路完全相同,仅需在Zigbee模块设置时分别设为路由器或终端节点即可。选用Freescale MMA7260QT三轴加速度传感器检测建筑物的三分量加速度。MMA7260QT的加速度检测范围可通过选择设定为±1.5g、±2g、±4g、±6g。当检测范围为±4g时,其检测精度为300mV/g,与PIC16F886IML的10位AD转换配合使用其检测精度可达0.01075g。参照日本地震烈度表,当选择检测加速度范围为±4g时,可以检测I-VII地震引起的地面水平加速度[3][4]。另外该传感器体积小功耗低,正常工作时功耗为500uA。系统选用PIC16F886作为检测节点的控制芯片。PIC16F886最多可实现14路10位AD转换。通过设置可将AD转换的参考电压定为Vcc和GND,并可设置使用内部集成的RC时钟信号,另外上电复位电路简单,这使得外围元器件降到最少。当使用4MHz时钟信号时,芯片功耗仅为220uA。选用PIC16F886的QFN封装,能进一步减小PCB板面积,节约成本,提高可靠性。PIC16F886和Zigbee模块之间只需要用TTL电平实现串行通讯。检测节点硬件电路如图2所示。2.2 中央节点硬件电路设计中央节点负责控制Zigbee网络中的协调器工作,将检测节点的数据上传到上位机,并向协调器下达上位机的指令。系统采用PIC18F23K22作为控制芯片,除了具备功耗低、体积小、外围元件少等有点外,其还具有两个URAT口,可满足和同时与Zigbee协调器和上位机串行通讯的功能。由于系统采用3.3V供电,所以PIC18F23K22与上位机串口之间通讯的电平转换采用MAX3232。中央控制器硬件电路设计如图3所示。
3控制芯片程序设计
从系统层面上来说,控制芯片程序设计分为加速度信号自检程序、检测程序和数据传输程序。检测节点的程序相同,且包括上述三个内容。而中央控制器仅有数据传输指令,且与检测节点的程序不同。3.1传输数据格式规定IPLink1223传输的每帧数据格式如图4所示。报头(Header)1Byte的第5、6、7三个位可表示该帧数据的类型,分别为“命令请求”、“命令应答”、“数据请求”或“ASK应答”。当上位机对所有检测点进行巡检时,IPLink1223模块会自动返回ASK应答数据帧。合理应用该方式可大大简化巡检应答程序。LQI用于指示链路信号质量,如果该检测点信号链路质量过低会影响传输信号的可靠性,因此在系统自检过程中可以通过读取该字段检测信号链路质量,如果信号过低,可在上位机报警提示。目的地址(Address)字段用于指定本帧数据发往的目标。其中协调器的地址0000H,广播地址为FFFFH。当上位机巡检时,可采用逐点巡检方式,也可采用广播巡检方式。为便于系统后期信号处理,系统规定检测节点地址的高位为楼层号、低位为节点号。如0304H,表示第3层的第4个检测节点。另外规定01和02节点号为路由检测节点。数据(Data)是检测节点上传的有效数据,是用户自己定义的内容。根据实际需要,本系统有效负载为7个字节。从高到低分别是状态(Status)1字节、X轴加速度(X-axis Acceleration)2字节、Y轴加速度(Y-axis Acceleration)2字节、Z轴加速度(Z-axis Acceleration)2字节。其中状态字节含义分别是:FFH表示正常、00H表示电源故障、AAH表示X轴加速度数据读取错误、BBH表示Y轴加速度数据读取错误、CCH表示Z轴加速度数据读取错误。因为Data字段的数据位数为7位,所以数据长度(Data length)的数据始终未07H。校验字段(XOR),用于验证传输数据正确性。系统对前面12个字节的数据进行异或,并存入校验字段中。当接收端接收到信号时,首先计算数据前12个字节的异或结果,如果计算结果与校验字段数据相同,则表示接收数据正确,否则错误。3.2检测节点程序设计检测节点程序包括初始化程序、自检程序、上位机巡检应答程序、AD转换程序、串行数据发送程序等几个部门。程序流程图如图5所示。初始化程序功能包括设置PIC16F886单片机使用内部振荡信号、频率4MHz;设置串口通讯格式;设置AD转换标准等。自检程序包括检测电源电压程序、AD转化是否正常等。若自检发现故障,直接在数据帧数据字段的第一个字节填写相应的错误代码发送出去。当自检无误,系统判断是否有上位机的巡检指令。当接收到上位机的巡检指令后,系统只需等待1秒空闲,Zigbee模块会自动范围一个ASK指令,并且携带本机地址。等待1秒,是为了躲过检测点上传数据,不至于数据通道拥挤。读数据程序就是读取AN8、AN9、AN10三个通道的AD转换结果。因为系统采用10位AD转换,因此程序直接将低8位送给对应的低位字节,高2位送给对应的高位字节。发送数据程序调用串口发送数据。XOR字段为Zigbee模块自动添加,无需处理。3.3 中央节点程序设计中心节点程序仅包含数据传输。分为接收检测点数据并上传上位机、下达巡检指令两个部分。程序流程图如图6所示。当上电后,系统进入初始化程序。初始化程序主要完成设置PIC18F23K22单片机使用内部振荡信号、频率4MHz;设置串口1和串口2的通讯格式。自检程序主要是检测与协调器的通讯是否正常。如与协调器通讯有故障则在数据帧相应字段写入错误代码,并上传给上位机。由于中央节点的通讯是单片机与上位机的通讯,因此单片机需要模拟一个数据帧格式。规定报头为FFH、LQI为FFH、地址为0000H、XOR需要计算后写入。当自检无误时,系统判断是否有上位机巡检指令。如有上位机巡检,则将巡检指令转发给URAT1端口,再由Zigbee模块发出。若没有巡检指令则判断是否有检测节点上传数据。如有上传数据,则由URAT2上传给上位机。
4上位机软件简介
上位机采用VB.Net实现数据读取、预处理和数据还原功能,并应用SQL Server存储预处理数据和还原数据。为了提高运行效率,上位机软件采用多线程模式工作。软件分为:主线程、数据读取次线程、数据预处理次线程和数据还原次线程等4个线程。其中主线程完成操作界面控件响应、数据发送等功能。当COM接收到数据时触发数据读取次线程,并读取串口数据,当串口缓冲区字节为0时,关闭该线程。当数据读取次线程读取完一帧数据后触发数据预处理次线程。当数据预处理次线程处理完一个帧数据后触发数据还原线程。数据预处理次线程首先检验该帧数据的正确性,然后检测该检测点的数据链路质量及状态位。如有故障则在页面上显示或报警。接着提取地址和X、Y、Z三个轴的加速度信息,并将该信息传递给数据还原次线程。最后调用系统时间、地址信息、状态信息、LQI信息存入SQL的DataStuts数据表中。数据还原次线程完成将10位二进制的加速度数据转换成为十进制浮点型数据,并显示在界面对应的控件上。同时,调用系统时间、地址信息和还原的加速度信息存入SQL的AccelerationData数据表中。上位机软件运行程序主界面如图7所示。
5结论及展望
经实验证明,本文所设计的基于无线传感网络的高层建筑在线监测系统具有硬件可靠、组网简单方便、检测节点功耗低(发射和接收功耗小于60mA)、硬件电路外围器件少等优点。但仍然存在一些需要改进的地方:1)本系统的检测精度为0.01075g,虽然能检测I级地震产生的地表加速度,但对于轻微的高层建筑晃动无法有效检测。主要原因是加速度传感器检测精度过低。目前,如何提高三分量加速度传感器的检测精度并微型化,也是研究热点问题。弥补本系统存在的不足,依赖于传感器领域的研究成果及产品开发。2)由于高层建筑震动的三分量加速度之间存在一定的耦合关系,本系统目前仅能提供各个监测点的实时位移估算值。如何对X、Y、Z三轴加速度准确解耦,并找到更合理的位移估算算法需要进一步研究。3)本系统能实时检测建筑物的三分量加速度。如何利用这些加速度信息对建筑的状态实现三维动态可视化重现,需要进一步研究并实现。
作者:杨艺 李端 单位:河南理工大学 电气工程与自动化学院
第二篇:高层建筑消防给排水设计
1消防用水量及给水设计
通过具体的、有针对性的计算方式进行计算可以计算出消防用水量的具体范围,这是进行消防给水设计中必须要考虑的问题。例如在对上述提到的一类建筑,在做消防积水的设计中,首先需要考虑的是将公共生活、住宅和消防用水进行非开设置,区域较为集中的室内临时高压消防给水系统是其最好的选择,并且将消防泵房设置在地下,消防储水池的容积设为540m3,并储存三个小时的是内心消防栓用水量和一个小时的喷淋用水量,总量为97m3。并且需要设置一个18m3的消防水箱,以保证消防初期用水。
2室内消防栓系统的设计
消防专业储水池→消防泵→总分配管和环状干管→消防环状管网,此流程为室内消防栓系统所需的主要流程。在高层建筑的消火栓系统的设置中一般需要将其设计成环状管网,在某些面积较大的建筑内,由于在各个方向上均布置了消防立管和消火栓,这是就可以将顶层及底层的消防干管连接成水平环路,在立面以立管相连接的竖直环路,这种立体管网的设计方式是最安全的消防供水设计。但是上述消防供水方式也并不是任何建筑都适用,对于有些条形建筑物,在消防供水设计中只需要将管网竖向成环就可以了,这时就没有必要追求立体网管,在这时如果将消防干管绕成环路,不仅使消防系统更为复杂化,而且并没有太大的意义。需要注意的是在高层建筑中应控制使用双阀双出口消火栓来代替取代两组单阀消火栓,同时要对消火栓充实水柱的长度进行正确的测量计算。根据水枪充实水柱的长度,可以计算出消火栓的保护半径。但是因为在高层建筑平面中,其隔墙、内走道、以及门的布置都会对消火栓的适用造成一定的影响,所以在具体的设计中不能只是简单的根据保护半径的大小来布置消火栓,而应该用水龙带的长度以及充实水柱的水平投影对消防火栓的保护半径的最远点进行校核,从而进行消火栓的正确合理的布置。在消防设计中,还有一点需要特别注意,即一般一般情况下将消防电梯前室内消火视为消防电梯间前室专业消火设置,对其他部位并无保护作用,因为便于消防队员使用消火栓开辟通路,此设置并不计在总消火栓数以内。
3自动喷水灭火系统的设计
在进行自动喷水灭火系统的设计时,需要注意以下问题。3.1走道喷头的布置现代对建筑的要求,不仅仅是实用性,对美观性的要求也在不断的提高,为了美观,在高层建筑中通常会设置用以隐藏结构梁和各种专业管道的吊顶。一般情况下走道是各种管道最为集中的地方,特别是对于有些装有集中空调的高层建筑,空调风管、结构梁以及分层布置的给排水、电力管线等众多设置会降低走道净空,如果将吊顶的形式设置为闷顶,则其闷顶的净空高度可能会大于800mm,按照规定,这个高度必须要设置喷头,这一点往往在设计中比较容易忽视。由于在走道能有很多的管道,在设计中往往会出现直接将喷头接在自动配水管上、下的错误做法。相关法规规定配水支管处所允许设置喷头的数量不大于八个,这种做法不仅不符合规定,而且由于走道内的自动喷水管的管径一般都比较大,缺少接小管径喷头的管件,所以在安装也是存在弊病的。因此在走道内喷头的正确设置应该是从配水支管上接出,并在管线的布置上密切配合暖通、电力的配置。3.2按要求对高层建筑部分层自动喷水管进行减压在火灾危险等级评定中,高层民用建筑一般为中危险级,自喷水泵的选择要根据建筑最高层处最不利的喷头压力大小经过严格的计算得来的,此外自喷水泵的扬程还需要考虑到建筑物的高度以及水力损失等众多因素,所以势必导致高层建筑的最底部几层的配水管入口处的压力大于0.4MPa。所以在设计的过程中,对于自喷水泵扬程的确定上不能只是一味的放大,而应该在布置完毕自喷平面后通过水力计算来对水泵扬程进行校核,同时在此基础上对底部几层水管入口处的压力进行校核。3.3正确设置自喷末端试水装置,解决其排水问题在自动喷水灭火系统的设计中,末端试水装置的试水阀以及压力表的设置也是很重要的一个环节,但是在这个过程中却往往会忽视掉试水接头的设置,特别是往往不会明确交代试水接头出水口的口径大小。但是试水接头并不能直接与管道或者软管相连,如果直接相连则会对孔口出流效果造成一定的影响。为了避免下水道气体通过排水漏斗进入室内,从而对室内空气质量造成影响,就算是自喷排水管也应该设计成间接排放。3.4自喷供水要先通过报警阀自喷灭火系统的自喷水泵是要通过报警器上的压力开关的动作发出相应信号从而启动的,其上的水流指示器会显示火灾的具体位置,所以在自喷灭火系统中,其供水设置都要通过报警阀接向管网。特别是自高位水箱以及增压设施中所接出的自动喷水管,就更要通过报警阀接入消防管网上,而不能直接接到消防管网上。同理,自喷灭火系统的水泵接合器的引入管也不能直接接到消防管网,而要通过报警阀接入。
4结束语
综上所述,以上几点都是在高层建筑消防给排水中需要注意的,消防用水量的设计及给水设计是为了为消防用水的安全性提供保障,而室内消防栓系统及自动喷水灭火器系统则为整个灭火过程的顺利进行提供了保障,所以这些都是高层建筑给排水设计中必不可少的环节。
作者:卢静 单位:江阴市科博建筑设计有限公司
第三篇:高层建筑装修防火设计
1高层建筑装修火灾的特点
(1)火势扩散速度快。由于高层建筑装修的外墙保温材料包裹着整个大楼,并且高层建筑的走廊,电缆通道、管道井、垃圾道、排气道等各种井道繁多,当火灾发生时,火势会以快速的形势通过各种渠道扩散。又由于高层建筑内部复杂,有很多管道井,当防火措施处理不好时,很容易产生烟囱效应,从而使火灾快速的扩散,形成立体火场。(2)人员易伤亡。高层建筑由于本身的楼层很高,一旦发生火灾,大量的人员疏散难度大,需要疏散的时间长。又由于高层建筑装修有很多材料在燃烧后会产生有毒的气体,这些气体将直接导致人员伤亡,而且由于高层建筑装修的复杂性,人员在逃离火灾现场时,会受到受热破碎四散的玻璃碎片的危害。(3)有火灾风险的概率大。高层建筑的特点一般是用电量大、需要的能源多,因此,需要大量的电线线路、装修材料、防护网等,而这些材料均为可燃物、易燃物,这往往加大了火灾风险的可能性。与此同时,很多的高层建筑包含很多商场、娱乐、餐饮等商业区,如果这些商业区管理不善,一旦疏忽就会引燃这些可燃物,导致火灾事故的发生。
2高层建筑装修与消防安全的分析
在我国,大部分人们的消防意识薄弱,对于存在的隐患存在侥幸。很多人更注重装修的外观效果和经济价值,很少的去考虑由于装修材料和格局设计导致防火性能降低。更有甚者,不按照审核后的图纸施工或者修改消防验收后的工程设计,片面的追求美观,忽视了消防标准。长久以来,建筑的美观和消防安全之间的矛盾一直存在着,下面我们分析一下这些问题。(1)装修材料设计有待提高防火性能随着建筑装修的发展,装修材料也不断出新,秉着美观、节能、有效这三个部分来发展,而没有把防火安全放在首要位置。因此,好多材料经消防监督机构检测后都不能在市场上销售,有些材料当遇到火灾后,就会产生大量的有毒气体,直接危害人们的性命,还有些产品是由于材料本身结构问题导致在防火方面的缺陷,例如,玻璃幕墙作为现代建筑美学、建筑节能和建筑结构等因素有机的结合,被广泛的应用在建筑装修上。但是玻璃幕墙本身的结构存在一定的局限性,它与每层房间隔墙之间有一定的缝隙,当有火灾发生时,火势会从这些缝隙窜出,造成火势迅速蔓延,导致在防火方面有一定的不足。(2)在施工管理方面有待提高建筑装修工程,内部的隐蔽工程较多,当隐蔽的电气线路、管道保温材料及其它装饰等不符合消防要求的很容易引起火灾。建筑装修在施工前,应该将施工的图纸上报有关部门单位审核,当审核通过后,要按照审批后的图纸严格实施,不能擅自修改图纸,但是在现实情况中,有些单位认为对审批后的图纸进行简单的修改,不会对整体的防火安全造成影响,但是往往就是这样一个小的疏忽将导致火灾的发生。在建筑装修工程中,施工的现场很混乱,可燃物多,用火、用电量大,如果没有严格的装修管理人员和管理制度,很容易导致火灾。有的时候会将部分装修项目外包出去,如果遇到责任心不强的外包管理人员或者防火意识薄弱的人,也很容易造成火灾的发生。
3高层建筑装修防火的设计和施工
随着防火科学技术的发展,人们对建筑装修的重视也不断提高。目前,已经有很多国家对装修材料进行了大量的试验,确定了其防火、耐火等级。按建筑装修材料的性能可以分为四级,分别为不燃烧、难燃烧、可燃烧和易燃烧。由于大量的高层建筑火灾发生后,国家政府对于关系到人们生命安全的装修材料十分重视,凡是在建筑内部装修的材料和产品都应通过专业部门的合格检测,才能在市场上销售,消防部门严格按照规范文件对于装修材料进行验收、检测,杜绝可燃、易燃、有毒的装修材料的应用。3.1按照高层建筑使用性质进行装修防火设计高层建筑按照使用性质分类,可以分为很多种,包括工业建筑、公共建筑和住宅建筑等,要根据不同的使用性质与规模确定适合的装修防火设计。例如,住宅类建筑,由于房间较小,除了吊顶、墙面装修材料选择难燃或者不燃的材料外,对于窗帘、地毯、寝室家具应该提出阻燃的要求,来减少火灾的发生概率。对于建筑空间比较大的如音乐厅、电影院和会堂这些建筑装修,首先应考虑要用不燃的吊顶;其次,考虑墙壁隔音,采用的木质或者纺织品材料装修,要对这些材料进行难燃化处理,可以采用具有防火功能的涂料涂饰,处理后的材料等级至少要达到B1级的要求。在高层建筑中,吊顶的美观性已经被人们所关注,不同的高层建筑根据使用性质不同,采取的吊顶方式也不同。大量的研究表明,吊顶在火灾发生时是否燃烧,是否产生有毒气体,是否会掉落等因素对于人员疏散具有极大的影响。因此,吊顶的设计在高层建筑装修防火设计中占有重要地位。对于吊顶设计主要包括:(1)优先选用符合一级耐火材料等级的吊顶。火灾实验表明,在火灾发生时,在一般规模的房间内,如果吊顶没有被燃烧,即使火势十分强烈,也不会出现轰燃,不会立刻使房间内温度快速上升,有利于人员的疏散。(2)选用木质吊顶,要进行难燃化处理。当吊顶选用的是木质材料时,不仅要对吊顶表明做防火处理,还要对木龙骨做防火处理。(3)加强吊顶的内部空间隔离。在装修时,要尽量对内部空间进行隔离,严密堵塞缝隙,防止形成火势蔓延通道。(4)加强吊顶内部管线的防火措施。3.2加强高层建筑装修的防火施工管理(1)完善施工监管制度。进一步加强对于高层建筑装修工程的消防安全审批,明确分包的责任,加强施工现场的安全工作。加大火灾事故的责任情况,落实监管责任,加大有关监管部门的违法、违规行为的处罚力度。(2)加大现场管理力度。对于高层建筑装修的施工人员进行消防安全方面的培训,加强消防意识,提高消防素质。加大执法力度,定期检查施工现场的防火安全,随工程进展及时跟进消防设施。
4结论
高层建筑装修火灾警钟长鸣,只有把设计源头进行严格把关,加强施工监督管理,提高防火材料的性能,减少高层建筑装修过程中潜在的火灾隐患,才能切实地保障着人民群众的生命和财产安全。
作者:张兆锋 单位:武夷装修工程( 福州) 有限公司
第四篇:高层建筑裙房防火设计
1基座式裙房
这是最常用的一种形式。基座式裙房将高层建筑公共用房集中于底部,并扩大柱网形成基座。主体建筑四周至少在一个长边或周边长度的1/4范围内不应建高度大于5米,进深大于4米的裙房。一般都与高层建筑互连互通,高层部分的疏散楼梯直通底部,且与裙房部分合用,底部裙房部位一旦发生火灾,其烟气对上部高层部分影响较大,且上部人员要通过底部裙房部位疏散也比较困难,因此此类裙房的防火设计笔者认为应按照高层建筑的防火要求进行。
2毗邻式裙房
当裙房占地面积较大时,按高层建筑防火规范,主体建筑四周至少在一个长边内不能扩建裙房。这时常将主体建筑与裙房的某一个边或角落相连,以使塔楼靠近消防车道,形成毗邻式组合,便于火灾扑救。对于此类裙房,要分两种情况,一种是相连部分连通,一种是相连不连通。对于相连且连通的,无可厚非,该裙房必须要按《高层民用建筑设计防火规范》(以下简称《高规》)进行防火设计。对于相连不连通的,又分有两种:一种是裙房与高层建筑之间能满足防火间距不限的条件(《高规》4.2.3),即当较高一面墙或比相邻较低一座建筑屋面高15米及以下范围内的墙不开设门、窗洞口的防火墙时,其防火间距不限,此时可看成是两个建筑,对于裙房部分,笔者个人认为该裙房可按《建筑设计防火规范》(以下简称《建规》)设计。另一种是虽然裙房与高层建筑相连不连通,但不满足《高规》4.2.2防火间距不限条件的,此时裙房的防火设计仍应按照《高规》进行。
3分离式裙房
此种情形是将高层主体建筑与裙房完全分离,两者之间有连接体相联系,形成分离式组合,主体建筑与裙房在功能布置中不受结构等技术因素干扰,相互都无约束,特别是两者的结构形式均可根据各自的功能特点来选择。例如在设计高层住宅小区时,沿街部分往往设计二至三层的商业裙房。对于此类情形的裙房,商业部分与住宅部分完全分离,连接部分仅为防火墙,且防火墙的设置满足《高规》5.2.1和5.2.2等相关技术标准时,笔者认为此时裙房部分可完全按照《建规》来进行防火设计。譬如,笔者所在地区开设有大量以简餐为主的茶餐厅,此类场所多为开放式营业厅,以两层为例,当满足上文中所述相关技术标准时,按照《建规》,该场所设置两部敞开式疏散楼梯即可,如按照《高规》设置封闭楼梯间,难度较大。再以银行服务网点为例,还是两层裙房,一层为营业大厅,二层为办公区域,每层300平方米,如若按照《高规》,不仅要设置两部疏散楼梯,还有设置封闭楼梯间,但若此裙房满足上文所述相关要求,按照《建规》5.3.2条规定,该场所设置一部敞开式疏散楼梯即可。综上所述,笔者认为工作中应结合规范与实际,综合考虑,透彻理解防火规范条文,合理把握适用范围。
作者:梁一帅 单位:建湖县公安消防大队
第五篇:高层建筑安全疏散设计
1高层建筑的火灾特点
1.1人员疏散困难考虑到高层建筑本身的垂直高度较大,人员需要耗费大量的时间才能够撤离出建筑物,再加上火灾发生时容易出现恐慌、混乱局面,也会增大疏散的困难度。就加拿大研究委员会提供的数据表明,从50层楼开始,每一层拥有240人,通过1.1m宽度的楼梯疏散,需要花费2小时11分钟才能够撤离出建筑物。就相关的资料表明,在集中疏散的时候,人员的行进速度为22m/min。在发生火灾的情况下,高层建筑的安全疏散主要是依靠楼梯,如果楼梯内部流入烟气,就很可能对人员疏散产生影响。1.2可燃易燃材料多,火灾荷载大在设计施工当中,高层建筑物为了减轻建筑物本身的自重,增加内部装饰美观度和扩大建筑空间,就会使用大量易燃的建筑材料,一旦发生火灾,就容易产生大量的有毒有害烟气,很容易让人员中毒伤亡。
2高层建筑防火安全对策分析
2.1严把高层建筑防火设汁源头关严把高层建筑防火设计源头关卡,应该实行消防专篇的名文规定,带有自动消防系统的高层建筑就需要做好消防专篇的准备。所以,消防专篇当中应该包含电气、结构、建筑、给排水以及暖通等多个方面的消防设计内容。并且,专篇需要体现在建筑的初期设计当中,设计人员应该通过自检自审,强化“谁设计、谁负责”的规定,同时,要求对自己的设计工程负担有终身责任,这样才能够避免自查自审工作流于表面的形式。2.2严把消防审核关2.2.1提高主管领导的防火专业技术水平建设审查工作需要由经办人员和分管领导共同努力才能够完成,油气是在基层的消防部队,分管领导自身所具备的专业技术水平应该得到相应的提高,起到防微杜渐的作用,避免在审核失误的消防验收当中,确保验收不合格就不得投入到使用等情况。进行建设方的整改需要耗费大量的资金,因此,部分建设单位就会想方设法找人情、托关系,希望能够勉强过关。这样就会找到分管领导头上,如果领导的专业技术水平不高,或者是不具备较强的工作责任意识,就很可能在工作当中睁一只眼闭一只眼,让建设单位蒙混过关,这样就很容易给建设审查工作带来诸多不利的影响。2.2.2落实防火安全责任制消防工作需要将消防安全责任制加以落实,而审核工作需要将谁审核、谁负责加以落实。传统模式下,一般都是建设方送来设计图纸,消防部门提出审核意见,在意见书出具之前,需要做好内部审批表的填写,由分管领导和资格经办人员签字。但是,这样的传统模式应该进行相应的调整,特别是在施工图纸送审的时候,对于整个设计审查来说,施工图纸的审查是最重要的一个环节,就审核的程度而言,这属于相对完善的设计阶段,应该建立施工图纸的审查制度,对于消防施工图纸,也需要具备相应资质的消防工程师签字方可生效,然后才送达消防部门进行审核。2.3严抓后期管理2.3.1加强消防监督检查第一,严格的检查安全出口以及疏散通道,确保疏散通道不会对人员的疏散产生影响;第二,确保高层建筑内部的自动喷火灭火设施、火灾自动报警设施以及消防防排烟等系统都能够正常的运行,确保疏散标志设施位置的准确性、保证灭火器材完好有效;做好高层建筑物消防产品的检查,确保没有任何伪劣产品混入到其中。2.3.2做好日常维护管理等待公安消防机构验收合格之后,建筑工程才能够投入到后期的使用。而做好建筑消防设施的日常维护,才能够确保消防系统能够始终处于正常运行的状态之下,才能够将其功能发挥出来,减少和防止建筑物发生火灾。在交付建筑工程之后,建筑管理与使用单位也需要做好日常的消防设施维护,确保正常运行之外,还应该针对性地建立岗位责任制度,岗位责任制度的建立健全主要包含了消防设施的检查、检测以及维修保养等方面的制度,这样才可以确保高层建筑物的消防设施能够处于正常的运行状态之下,才能够确保在发生火灾的时候,将消防设施的作用充分地发挥出来。
3高层建筑安全疏散设计目标及方法
3.1安全疏散设计目标安全疏散设计主要是针对高层建筑物的实际特性,从而针对烟气与火灾在高层建筑物内部传播特性以及疏散形式的预测,从而采取针对性的防火措施,并且做好安全疏散设施的设计与设置,从而提供合理的安全防护与疏散方法,确保在紧急的状况下,高层建筑物内部的所有人员都能够迅速疏散,并且还可以使用其余的方法,确保人员的安全性。3.2安全疏散设计方法安全疏散设计方法包含了处方式设计与性能化设计两个方面。处方式设计方法主要是根据具体的规范,做好疏散通道尺寸和数量的设计。其特点是设计非常简单,只需要参考设计标准与设计规范就行,但是,对于每一个建筑物,处方式设计无法提供针对性的设计方案。所以,由于建筑物本身存在的差异性,也会使得其安全水平出现不同的结果;性能化设计的基本步骤:第一,将建筑物消防安全目标加以确定;通过消防工程的安全评估以及工程学原理,量化分析高层建筑物的火灾危险性;根据在实际火灾发生当中所获取的经验,综合地分析与计算建筑物以及其内部可燃物燃烧时候出现了火灾危险度,然后再对各种可能引起火灾的条件加以预测与评估,从而校对其条件是否能够满足消防安全设计的实际目标;第三,对设计方案进行再一次调整、优化,确保其满足高层建筑的防火需求。
4高层建筑火灾安全疏散设计的方法与对策
4.1延长火灾危险来临时间对于高层建筑内部人员而言,烟气是最主要的影响因素。由于顶棚的限制,在火灾发生的房间上部就会形成热烟气层,并且随着烟气量的增加,也会加厚热烟气层,当烟气层的某一部分参数增大到范围值之外,就会威胁到人员。所以,想要将火灾危险来临的时间延长,就应该尽可能地减薄烟气层的厚度,主要采取的措施如下:4.1.1做好防火分区的设计在高层建筑发生火灾时,由于烟气与火焰蔓延的速度较快,因此,人员的撤离难以跟上蔓延的速度,所以,对于水平防火分区和竖向防火分区都需要合理的进行设计,这样才能够将火灾控制在界定的范围之内。4.1.2做好自动灭火系统的设置自动灭火系统一方面能够在火灾发生的初期达到消灭、降温以及控制火灾的扩散;另一方面,也可以确保疏散设施的安全性不受影响,这是最主要的火灾防护手段,同时,也是人员安全疏散的前提条件。根据灭火剂的种类,灭火系统可以分为自动喷水灭火、气体灭火和水喷灭火三种系统。就高层建筑而言,应该根据《高层民用建筑防火设计规范》当中提出的要求,根据自身高层建筑物的特点,设置出相对应的自动灭火系统。另外,对于自动喷水灭火系统,还需要注意:第一,在消防中心,应该设置自动喷水灭火系统的监视信号,其中主要包含了火力报警信号、水箱水位、水泵的供电状况、报警阀前控制阀开关等等;第二,一旦自动喷水灭火系统受到影响,无法正常的运行,就会将这一个区域关闭,并且确保人员的安全。4.1.3做好自动排烟设施的设置第一,做好自动排烟设施的设置。其目的在于对期货地点的延期扩散加以限制,对疏散通道的安全性加以保护,提供疏散人员安全的疏散通道。自动攀岩设置的设置属于救火的疏散逃生以及辅助的手段;第二,根据《高层民用建筑防火设计规范》当中提出的规定,还需要结合高层建筑物本身的实际特点,设置出具体的自动排烟设施。4.1.4做好消防控制系统的设置在高层建筑的消防控制中心应该具有以下几个方面的紧急控制功能:第一,防火门或者是其余的开口保护设施,能够让其关闭;第二,楼梯间和前室能够加压送风;第三,做好排烟系统的控制;第四,控制好紧急事故照明;第五,控制好广播诱导系统。4.2进行安全出口的合理布置所谓的安全出口,指的是提供给人员疏散使用的直通室内外安全区域的楼梯、走道和门等等。高层建筑物内部的房间或者是高层建筑物本身,都应该根据防火规范的具体规定,根据人员的集中度和数量,对安全出口的数量、距离和分布情况进行综合考虑。在人员相对集中的房间安全疏散,除包含了疏散总宽度之外,还应该考虑到安全出口的数量,比如:如果一个房间内部的人员较多,有的时候只需要布置一两个宽大的出口就可以满足设计要求,但是在平时的通行中,会存在不便之处,一旦发生火灾,就很容易造成人员方面的伤亡。因此,在安全出口的设计上,在高层建筑物内部的任何一个位置,都应该保证两个或者是两个以上的疏散方向提供人员的安全疏散。在布置安全出口,也应该保持均匀性,在不同的疏散方向的两个出口之间至少应该保持间距在5m之上。疏散楼梯如果具备条件,还应该通至屋顶。4.3进行疏散走道的合理布置为了确保高层建筑物发生火灾的时候,人员能够畅通的疏散,避免出现混乱或者是阻塞现象,在疏散走道的设计上,就应该保持走道的简洁平缓,尽可能避免出现较多的曲折迂回,在转角的尽头之处,还应该安排出垂直的疏散口。在地面上不得存在磕绊物或者是地面打滑,在疏散走道中,不能够设计门栏、台阶等突出物。如果存在突出物,其最窄的地方也不能够低于疏散走道宽度的整体要求。疏散走道的建筑结构以及室内的装修还应该具备较高的耐火性能,无论是其地面装修、墙面,还是天棚的设计,都应该满足规范要求。疏散走道两侧的隔墙还需要设置窗口,应可能减小窗口面积。4.4进行疏散楼梯的合理布置在高层建筑物当中,楼梯间和疏散楼梯是最主要的通道。高层建筑物内部的疏散楼梯一般都采取的是封闭的楼梯间、室外楼梯以及防烟楼体验,就具体的规范标准来看,还应该考虑到实际的防火要求,注意到疏散楼梯布置的几点要求:4.4.1做好疏散楼梯问题的确定一般来说,最恰当地疏散楼梯的设置,应该是靠近客用电梯,平时,人们出行经常使用电梯,因此,靠近电梯的疏散楼梯是人们最容易发现,也是最熟悉的。一旦发生火灾,人们就会选择常使用的路线,这样,也容易快速地疏导人员。如果条件允许,疏散楼梯间以及前室的设置还应该尽可能地靠近外墙,这样可以通过外墙,将窗户开启,从而满足自然的排烟,这样,才可以为消防扑救以及安全疏散创造有利的条件;如果条件不允许,就应该在建筑中心部位设置疏散楼梯,并且还需要设置机械正压送风设施,这样也方便安全的疏散。4.4.2消防电梯与疏散楼梯要尽可能地面前室的合用虽然在规范标准当中允许消防电梯与疏散楼梯能够公用前室,但是为了避免在发生高层建筑火灾的时候,消防扑救人员与疏散人员之间产生了相互的干扰,对于消防扑救和安全疏散产生阻碍,因此,在设计的时候还是应该尽可能避免前室的共同使用。4.5为防火、防烟、防热创造良好的安全环境在安全通道当中,应该创造出防火、防烟、防热的优良安全环境,这是重要的安全疏散条件,在疏散通道的不同区段或者是不同的部位上,都应该由防排烟设施的设置,才能够保证其安全性。比如:防烟楼梯间前室、防烟楼梯间、消防电梯间前室,在无自然通风的走到或者是房间,还需要做好机械排烟系统设施。此外,在防护方面,还应该添加部分呼吸使用的防护用品。4.6妥善制定防火安全疏散预案由于高层建筑本身的特点,也就决定了在火灾发生的时候,人员无法及时地撤离出去。这样就要求了管理人员能够对火灾潜在的风险和危险有预见力,并且可以根据建筑物本身的情况,制定出合理的防火安全疏散预案。第一,做好安全疏散的组织与管理工作。强化人员疏散诱导知识的培训工作。一旦人们意识到需要逃生的时候,首先就应该去寻找进入的出口,但是如果无法抵达(进入口充满了烟与火的时候),人们就会本能地返回,离开危险,去寻找另外的安全地点与出口。人们有可能会低估危险带来的伤害,不情愿使用自己不够熟悉的通道。这时的疏散诱导,尤其是日常经历过了训练的诱导,就会发挥出奇重要的作用。疏散人员的诱导还应该确定出“带头人”。这主要是因为“随大流”的倾向,有的时候还可能将危害扩大;第二,针对建筑物的不同部位,还需要针对火灾发生时的具体疏散规则和实施过程制定预案;第三,确保老弱病残的疏散;第四,对于疏散过程中存在的不良行为需要及时纠正,必要的时候,还可以采取强制性的措施;第五,疏散诱导计划应该合理地制定,可以定期或者是不定期开展火灾演习。应该经常进行消防逃生训练,并且要根据一定的程序来进行。负责指导训练以及计划的人员,还应当具备一定的领导才能。在指导训练过程中,应该强调有序的疏散,并非是速度上的训练。并且,训练还应该在不同的时间段进行,能够模拟火灾的发生情况。
5结束语
本文主要是针对高层建筑防火技术以及安全疏散设计进行了具体的讨论。作为一门持续性的课程,高层建筑的防火还有很长的一段路要走。并且,随着超大型公共建筑的出现,新问题与功能复杂化,也需要建筑设计人员和消防专业人士能够针对防火进行更深层次地研究。
作者:魏潇 单位:河南省郑州市公安消防支队
第六篇:双塔复杂高层建筑结构设计
1双塔连体高层建筑结构特点
1.1连体与塔楼的相对刚度连体与塔楼的相对刚度也是对其分类研究的角度。从这一角度出发,既有连体刚度相对较小的双塔“弱”连体结构,例如上海交银金融大厦,也有如上海证券大厦的“强”连体结构,这种结构连体的刚度很强。连体和塔楼的相对高度与连体的层数、结构形式、位置、连接形式、结构对称性以及荷载的作用方向等很多因素相关。所以,在对连体结构进行强连和弱连的划分时,需要综合考虑上述因素。1.2底盘的设置和底盘刚度从这一方面来看,出于对建筑功能的考虑,我们可以对双塔连体结构设置大底盘,这样的设计建筑有合肥瑞安人厦等,同时也可以像梅田大厦一样不设置底盘。双塔同时通过设置底盘的连体结构的上部连体以及底部的底盘互相耦联,较于没有设置底盘的连体结构,这种连体结构的受力情况要复杂得多,特别是针对不对称的连体结构,对其设置底盘,会使得其受力情况较为复杂。底盘与塔楼的相对刚度受建筑功能和结构体系这两大因素的影响,如果底盘使用较大大空间的框架剪力墙,而上部塔楼使用纯剪力墙这种建筑体系,会使得底盘的侧向刚度很可能和上部塔楼的侧向刚度相接近。而如果上部塔楼的所有竖向构件全部落地,那么,底盘的侧向刚度就必须比上部塔楼的侧向刚度要大。特别是在大震的作用力之下,结构会因产生大幅度的塑性变形,从而导致受到破坏。因此,在进行结构设计的过程之中,需要掌控好二者的侧向刚度比。
2工程实践
2.1工程概况该工程是一个实际工程案例,组成部分有三大部分,分别为住宅、写字楼和商业功用。大底盘裙房有三层,其中,一层是商业功用,二和三层是写字楼。在该工程的结构设计要求中,规定了结构安全等级需要为二级,抗震设防为丙类,设计地震分组是第一组。浇钢筋混凝土框架-剪力墙结构体系为上部结构所使用,现浇钢筋混凝土梁、板体系为平面布置所使用。受场地条件的制约,该工程的结构体系下的建筑平面呈现出矩形的状态,较为细长。2.2单塔内力分析及调整鉴于多塔结构的内力分析比较复杂,所以可以首先对每个塔块进行单独的内力分析。每一塔块的结构布置、周期和位移等各项计算都应当满足《高层建筑混凝土结构技术规程》(高规)的要求。针对塔块中间细颈部分薄弱的问题,可以在计算的时候,把连接部位板定义成弹性楼板,然后进行有限元的计算。在构造上可以扩宽连接板的宽度,东向凹口补齐,设计成楼板,然后加厚连接处楼板的厚度,通过加宽和加高边梁的方法,使得整块连接板形成“H”形连接件,从而加强连接部分的刚度,以增强整个结构的整体性。2.3整体内力分析在完成单塔分析的基础上,把塔块和大底盘裙房相拼接,把结构整体输入计算,然后得出整体结构计算结果。因为单塔结构布置和刚度分布比较合理,因而在整体计算的时候,各项指标都应当满足《高层建筑混凝土结构技术规程》中规定的限值,在进行设计的时候,可以根据整体计算结果进行配筋。2.4空间协同工作分析因为上部两个塔楼的结构平面布置不一样,并且层数相差较大,因而会导致各塔楼质量和刚度分布会变得不够均匀。而双塔在水平荷载作用之下协同工作的时候,在结构的内部会出现扭转振动的反应,对大底盘三层裙房结构会产生很大的拉压应力,也就是说,还需要大底盘裙房与之相协调,才能获得双塔不同的变形。因而,空间协同工作分析是该项工程结构设计的关键,通过此种方法做详细具体的应力分析。在了解应力分布情况的基础上,依照应力分布进行设计和做出相应调整,与此同时,在构造上有针对性地加强某些部位。2.5振动分析多塔结构振型尤为复杂,大底盘上两塔楼的高层建筑的同一振型有着两种不同的振动表现形式。下文对大底盘上两塔楼高层建筑结构抗震分析做简述,同时计算振型数的选取。通过计算得到结构前6个周期对应的振动曲线。从对该振动曲线图的大致观察和分析,我们可以看出,大底盘上两塔楼建筑在振动的时候,一方面两个塔楼连同底部裙房一起同方向振动,另一方面两个塔楼之间相对振动。对于本工程大底盘上两塔楼建筑,每个振型都有两种不同的振动表现形式。从上述的分析,我们可以得出相关结论,结论可以用来指导我们下一步正确选取结构计算振型数。因而,对于单体高层建筑,在设计时,水平地震作用效应计算取前n个周期,而对于大底盘双塔的高层建筑,则应当选择2n个周期对应的振型。
3结束语
通过上文的介绍和分析,可以总结出以下相关结论。在进行这种建筑结构的设计工作之前,应当首先对单塔进行内力方面的分析工作,当计算的指标都符合“高规”的要求之后,然后进行整体性的内力分析。在整体计算的时候,各项指标都应当满足“高规”的限值,在设计的时候,需要依据整体的计算结果进行配筋。除此以外,大底盘双塔复杂高层建筑结构设计工作还需要在实践的过程中不断探索出新的方向,从而满足工程实际的需要,优化建筑结构设计,进一步推进我国建筑行业的发展。
作者:袁文光
第七篇:超高层建筑结构设计
一、超高层建筑结构设计的特点分析
1.对建筑物结构的变形问题的重视超高层建筑高度重视建筑结构的轴向变形,这是因为,在超高层的建筑结构中,柱体受到的竖向荷载力过大而导致了较大的轴向变形问题,这种变形对于连续梁的弯矩大小具有不利影响,进一步将连续梁之间的支撑处的负弯矩值缩小,扩大了正弯矩值,最终使得两端的支撑处的负弯矩值增大。在建筑的设计中,需要根据构件的长度来有效对轴向的变形数值加以及时的更改,当产生了较大的轴向变形时,对于下料的长度也造成了极大的影响。此外,结构的轴向变形对于建筑构件的剪力和位移的大小也会产生影响,进而对超高层建筑物的整体安全造成影响。2.对抗震性能设计的重视在超高层建筑的设计中,抗震性能方面的设计无疑是其需要着重考虑的一个重要的方面,这关乎超高层建筑的安全和稳定性能。在抗震结构的设计中,需要对超高层建筑的一些关键部位加以强化,提高其抗震能力和抗变形能力,综合考虑在风力、地震以及诸多因素的影响和作用下可能会导致的变形情况。为了有效提高超高层建筑的抗震能力和变形能力,保障其在塑性形变之后能力不受影响,避免受到地震等巨大作用力而导致的坍塌情况,在超高层建筑设计的过程中,需要注意对结构延性方面的设计,制定相应的举措来有效提高结构的延性,进而有效提高建筑的整体抗震性能。
二、超高层建筑的结构体系
随着我国建筑事业的不断进步与发展,我国对于超高层建筑的研究日益深入,建筑技术日趋成熟,超高层建筑的数量不断增加,以下,笔者简要就超高层建筑的结构体系加以简单的介绍。1.框架结构的选择框架结构的高度局限有一定的限制,在一些高烈度地区进行限值的规范时,由于构件的截面区域相对较大,因此其实用性相对较差,不满足经济性原则,也无法与国家规定的多道设防的理念相一致,因此这就导致了剪力墙体系的产生。框架剪力墙体系与我国现行规范的多道设防理念相一致,并有效提高了建筑的承载力,增强了其韧性和刚度,在满足基本的使用需求的同时,也极大的优化了整体的性能。只需要在建筑物的适当位置增加一定的剪力墙,就可以有效提高超高层建筑在水平和竖直方向上的荷载力,增强了刚度需求,使其更好的满足规范化和科学化。在水平方向上所承受的荷载力的作用下,框架剪力墙与刚度较强的楼板和连续梁结合在一起,构成了相互合作的结构体系。2.剪力墙体系超高层建筑物的受力结构全部都是由剪力墙结构所代替的,在该体系中,剪力墙在建筑结构中承受的是整个建筑结构中所有的来自水平方向和垂直方向上荷载作用力。剪力墙结构体系在产生位移的时候所呈现出来的曲线形式为弯曲型。在剪力墙体系之中,其拥有诸多显著的优点,而且其强度与刚度也相对较好,在进行力的传递时,则相对的均匀,其整体性较好,故而在剪力墙体系中,其所出现的建筑工程倒塌现象较为少见,这也间接的推动了剪力墙体系在超高层建筑工程中的普遍运用和发展,其能建高度相对较大。3.避难层的设计对于超高层建筑来说,避免场所(层)的设计可以说十分有必要,避难层设计的主要原因是考虑到在超高层建筑发生火灾、地震等诸多不安全因素时,可以有效对超高层建筑中的人群加以保护。因此这就需要避难层的空间相对较大,通风性能优良。综合关于对避难层设置的相关规定来看,第一层与避难层之间需要控制在十五层之间,对于避难层的面积设计需要满足基本的避难需求,此外还要在避难层附近设置相应的消防电梯,同时配备较为完善的消防设备。
三、结束语
笔者衷心希望,以上关于对我国超高层建筑结构设计的相关探究能够被相关负责人合理的吸收和采纳,进而有效推动我国的超高层建筑设计水平的提高,保障超高层建筑的整体质量,更好的推动我国建筑事业的健康和长远发展。
作者:单纯勇 单位:上海中房建筑设计有限公司