超高层建筑的防火与节能设计

摘 要：凭借对土地的高效利用和更大的空间比,超高层建筑近年来得到了飞速的发展,其极高的防火性能要求远远超越了普通建筑,而巨大的能源消耗也使得超高层建筑的运行不堪重负.超高层建筑的防火节能设计已经受到了学界的广泛关注,本文就将对此进行分析和讨论.

关 键 词：超高层建筑,防火节能设计,循环利用,防火材料

随着城市的发展、人口的急剧增长和城市用地之间的矛盾越发突出,这对城市的进一步发展提出了严峻的考验,而另一方面,土木建筑技术的持续发展与施工工艺、建筑材料的不断进步与更新,使得人类的建筑有了巨大发展.二者的碰撞之下,超超高层建筑逐渐大规模的出现在现代城市之中,在北京、上海、纽约、等城市的CBD区域,几乎都是高楼林立.

凭借对土地的高效利用和更大的空间比,超高层建筑近年来得到了飞速的发展,但与之相伴随的,却是超超高层建筑问题的集中体现与爆发.超高层建筑一般超过60层,其极高的防火性能要求远远超越了普通建筑,这使得超高层建筑一旦发生险情,往往会造成严重的经济损失和人员伤亡,而巨大的能源消耗也使得超高层建筑的运行不堪重负.上海11.15大火灾震惊了世人,而日本、上海、纽约等正在策划的新“摩天大楼”也都因为能源供给等问题一再延缓,综上来看,超高层建筑的防火节能设计已经受到了学界的广泛关注,关于这两个问题,我们可以分别予以讨论.

1节能设计

由于能源的短缺和环境污染的严重,超高层建筑普遍在施工和使用等环节都十分重视节能和环保.一般来说,超高层建筑的节能设计包含了能源利用设计和结构设计这两个方面,能源设计主要从能源获取途径的开发和加强能源循环利用这两个方面考虑；而结构设计则主要从建筑的布局、新型材料的利用以及窗墙比等方面分析.

一方面尽量使用环保的材料,少产生建筑垃圾,广泛使用新型的保温隔热材料,如新型门窗材料的使用可以大大提高超高层建筑的保温隔热效果,目前大力推广的平开多腔室塑料门窗型材,采用三腔、四腔甚至五腔的设计,可以便于在腔室填充聚氨醋发泡材料,更可以利用反应型热融胶与中空玻璃或低辐射玻璃（Low-E）配合使用,大大提升中空玻璃的保温隔热性能的发挥.根据业界的分析和预测,下一代平开多腔室塑料门窗型材可以实现节能60%,降噪50分贝以上,这些新材料的研发和使用都是超高层建筑节能设计的重要基础.

另一方面,太阳能、风能、地热能等清洁自然能源的大力开发,也是超高层建筑节能设计的趋势,“安装太阳能、地热能等自然能源转换设备,可以加强对自然能源的利用；同时,建筑自身还需要建立完善的能源循环系统,例如,洗澡、洗手、洗脸、洗菜等轻度污染的水可以通过建筑自身的净化系统进行简单进化,再作为冲厕所的水源［1］”,而夏日则可利用丰富的热能为建筑进行简单供热,总之实现节能与环保以及能源的最大程度利用是超高层建筑的重要特征.

2防火设计

超高层建筑的防火设计采用了与普通建筑完全不同的理念和思路,其核心思想是“小火能灭,大火可控、特大火结构不被破坏”,而这主要通过建筑物结构上和材料上的创新来实现.例如,新型超高建筑通常采用“空洞结构”,在建筑物中分段设置一定数量的大型空洞.以规划中的新塔为例,新塔每隔150米便用钢混结构作柱,形成大面积的空中花园,这些花园都储备有大量水源,既可以美化环境,在发生火灾时可以及时有效地自动灭火,这样充分地解决了高出水压不够的问题.最重要的是,这些空中花园可以加强空气的对流,从而大大降低超高层建筑的晃动感.

除了结构上的创新,防火材料的选用也是超高层建筑防火设计的重要方面,目前正在研发中的新型SCC自密实混凝土,其耐火极限较普通混凝土提高3―4倍,发生火灾时,处于中心焰区的混凝土可以在12h内保持基本性能不便,对其内的钢筋起到保护作用,从而使得钢筋混凝土的主体结构保持稳定.而目前的新型防火涂料,采用脂氨酸混合物,可以对型钢等钢材起到良好的防火作用,使钢结构保持稳定,杜绝了9•,11事件中世贸大楼因为钢材和钢筋受热熔断从而引起建筑整体坍塌的悲剧再出出现.

在逃生方面,超高层建筑广泛采用了防火闸门阻止火灾的蔓延,同时每隔一定楼层设置避险舱,目前美国、日本等国研发的高层建组合火灾避险舱可以经受烈焰3小时的灼烧,为被困人员的获救赢得宝贵的时间.

超高层建筑的节能和防火设计是一个复杂的体系,只要我们积极总结传统建筑的精华,同时从结构和材料等方面同时入手,相信超高层建筑的节能性和防火性可以取得质的飞跃.