中国大型复杂建筑的消防性能化设计.pdf

中国大型复杂建筑的消防性能化设计中国大型复杂建筑的消防性能化设计 罗明纯 ,罗明纯 ,许文详许文详 奥雅纳工程顾问香港有限公司奥雅纳工程顾问香港有限公司 香港九龙九龙塘达之路香港九龙九龙塘达之路80号又一城五楼号又一城五楼 简介 （1） 世界范围的消防性能化设计情况 新西兰消防性能化设计规范，1993 澳大利亚消防性能化设计规范，1997 英国消防工程性能化设计的应用，80年代 美国消防性能化设计规范， 2001 日本，加拿大，新加坡，丹麦，瑞士，。 中国的消防性能化设计 主要遵循国家的两个建筑规范 建筑设计防火规范，GBJ 16-87 （2005版即将推出） 高层民用建筑设计防火规范，GB 50045-95 （2005版即将推出） 大型，非常规的建筑采用消防性能化设计 规范要求简述（1） 建筑设计防火规范，GBJ 16-87 高度小于24m 的普通建筑 高层民用建筑设计防火规范，GB 50045-95 高度大于24m 的普通建筑 高于10层的住宅建筑 两类高层建筑 甲类：医院，高档酒店，重要办公大楼，重要公共 建筑，和高于50m 的楼宇 乙类：除甲类以外和高度小于50m的建筑 规范要求简述（2） 防火分区 甲类: 1000 m2(无喷淋系统); 2000 m2 (有喷淋系统) 乙类: 1500 m2(无喷淋系统); 3000 m2 (有喷淋系统) 地库: 500 m2(无喷淋系统); 1000 m2 (有喷淋系统) 商铺和展馆: 4000 m2(喷淋系统) 规范要求简述（3） 疏散 出口宽度：一般每100人 1.0m 高层建筑高层建筑每个出口净宽每个出口净宽疏散通道净宽疏散通道净宽 单面布置单面布置双面布置双面布置 医院医院1.301.401.50 住宅住宅1.101.201.30 其他建筑其他建筑1.201.301.40 规范要求简述（4） 逃生距离 高层建筑高层建筑从房间出口到最近的疏散楼梯出口的最 大距离 从房间出口到最近的疏散楼梯出口的最 大距离 (m) 有两个疏散出 口的房间 有两个疏散出 口的房间 袋形出口的房间袋形出口的房间 医院医院病房部分病房部分2412 其他部分其他部分3015 旅馆，展览楼，教学楼旅馆，展览楼，教学楼3015 其他其他4020 消防工程方法消防工程方法 概述概述 进行火灾，烟气流动，和人员疏散分析模拟进行火灾，烟气流动，和人员疏散分析模拟 为特定的建筑物确定完整的消防安全策略为特定的建筑物确定完整的消防安全策略 进行性能化设计和分析进行性能化设计和分析 系统可靠性分析和风险分析系统可靠性分析和风险分析 消防工程方法的优点 为设计带来灵活性 采用扩大的防火分区以满足建筑和功能要求 带来较高的安全水平 采用科学的工程分析方法 参考现行的强制性规范要求 为项目带来成本效益 优化消防保护设施设计 避免不需要的设施 可进行定量的风险分析 中国的消防性能化设计（1） 法律基础，公安部的30号令 对一些特殊建筑的设计，不能完全符合现行国 家规范必须进行性能化设计和评估 由省级消防部门组织专家评估确认 可采用性能化设计的项目包括：机场，铁路与 地下车站，奥林匹克项目，超高层建筑，超大 型商场。 普通的办公楼宇和普通的住宅建筑不可采用性 能化设计 中国的消防性能化设计（2） 广泛采用时间线分析 引燃不可生存条件不可生存条件 探测报警探测报警 决定疏散决定疏散 安全疏散安全疏散 达到安全地点达到安全地点 良好的消防安全设计和管理良好的消防安全设计和管理 安全余量安全余量 时间线分析 引燃 探测报警探测报警 决定疏散决定疏散 达到安全地点达到安全地点 良好的消防安全设计和管理良好的消防安全设计和管理 安全余量安全余量 不可生存条件不可生存条件 火场最大安全时间模拟结果火场最大安全时间模拟结果ASET 疏散时间模拟结果疏散时间模拟结果 探测时间模型探测时间模型 统计响应时间统计响应时间 安全疏散所需时间安全疏散所需时间RSET 安全疏散安全疏散 结构的稳定性结构的稳定性 时间线分析 中国的消防性能化设计（3） 消防性能化设计报告的内容包括 不利条件下的火灾场景 系统正常工作的条件下进行烟气流动分析 考虑系统失效，进行可靠性分析，在系统失效时可 生存的时间 如果烟气曾下降到所要求的清晰高度以下时需对区 域进行可生存的时间限分析 疏散分析 中国的消防性能化设计（4） 第3方评估和工作范围。与设计方同时工作。 检查设计方在设计和分析过程中所采用的参数 采用相同的或不同的模型检查或重复设计方的分析 过程和分析结果 在必要时提出建议并协助设计方改变设计 检查设计和分析的安全标准，与各方达成共识 提出第3方评估报告 中国的消防性能化设计（5） 最后审批 由省级的消防审批部门组织专家论证会 专家委员会成员包括：消防审批的专家，消防科学 研究的专家，和工程设计方面的专家 消防性能化设计方和第3方评估方向专家报告项目 的设计结果，并回答专家的提问 专家论证会需要半天，一天，或者两天时间 消防审批部门参考专家论证会的会议纪要对项目进 行审批。 个案 研究 北京首都国际机场3号航站楼 设计及其运营目标 设计 实现建筑设计理念（保持明亮、开敞的大空间设计） 有效率地安排旅客人流 运营 保护财产 确保商业运营的连续性 保证人员的生命安全 消防设计指导思想 完全依据规范设计的场所 - 后勤用房后勤用房 - 机房机房 - 办公室办公室 采用性能化方法指导设计的场所 - 出发及到达大厅出发及到达大厅 - 安检大厅安检大厅 - 行李处理大厅行李处理大厅 - 零售空间零售空间 人员疏散分析 分阶段疏散 - 将建筑划分为几个疏散区域 - 利用烟控系统将火灾限制在起火区 内，使其不致不蔓延到其它邻近区 域 疏散线路尽量和平时的人流线路相一致 尽量减小对商业运营的影响 根据机场的人流量确定疏散人数 使疏散行动在高度有序的情况下进行 避免航站楼大厅的疏散人流和机场侧边 直接与飞机到达和起飞相关的部分的疏 散人流发生交叉 Means of Escape 消防疏散计算消防疏散计算(以人数最多的T3A 4层为例) 1382考虑额外的在高峰时期的25% 115 pax逗留时间1（分钟） 2941国内出发（陆侧） 2588国际出发（陆侧） 登机牌检查处 1078 pax逗留时间20（分钟） 647考虑额外的在高峰时期的25% 2588国际出发（陆侧） 假设国际之间行李中转被标明目的地国际值机大厅 1225 pax逗留时间20（分钟） 735考虑额外的在高峰时期的25% 2941国内出发（陆侧） 假设国内之间行李中转被标明目的地国内值机大厅 1617 pax逗留时间20（分钟） 970考虑额外的在高峰时期的25% 1294送别人数（50%） 2588国际出发（陆侧） 国际出发大厅 1470 pax逗留时间20（分钟） 882考虑额外的在高峰时期的25% 588送别人数（20%） 2941国内出发（陆侧） 国内出发大厅 旅客数目人流量/小时交通类型区域类型 Means of Escape消防疏散计算消防疏散计算 Means of Escape 消防疏散计算消防疏散计算 总人数: 5505 出口：9部1.5米宽的疏散楼梯，通向地面层的 陆侧出口，以及10个2米宽的入口大门，通向 楼外的道路。分析中除去两个从4层通向GTC 的坡道 人流通过出口所需的时间：3.3分钟 步行到出口所需的时间：2分钟以内。最大步 行距离为125米，即从国际旅客出发桥的中部 到疏散楼梯。值机大厅内的步行距离都不超过 60米 烟气控制 “舱舱”设计理念 Smoke Control- Cabin Concept 开放式“舱”(Open Cabin) 封闭式“舱”(Closed Cabin) 烟气控制“舱”设计理念 Smoke Control- Cabin Concept Terminal T3A Geometry Level 3 Level 4 Check-in Desk Fire (level 4)办票厅 Baggage Reclaim Hall Fire (on level 2)行李认领大厅 Retail Unit Fire (level 3)零售开放舱 FDS Overview Terminal T3A Geometry Terminal T3B Geometry Fire and CFD Assumptions Fire Scenarios Results Conclusions Case 2a (Retail Unit, T3A) 25min FDS Overview Terminal T3A Geometry Terminal T3B Geometry Fire and CFD Assumptions Fire Scenarios Results Conclusions 结构防火设计 Structural Fire Fire Safety Design 除屋顶和支撑屋顶的柱以外,按规 范要求设计 对屋顶和支撑屋顶的柱进行火灾 中结构的传热分析计算 对屋顶和支撑屋顶的柱结构对火 反应进行有限元分析 Design Fires for heat transfer analysis 用于传热分析的设计火灾 Baggage fire 行李火灾 Unsprinklered kiosk fire 无喷淋保护的零售亭火灾 Retail cabin when sprinklers have failed 喷淋失效情况下的零售仓火灾 Distance to unprotected steel Baggage fire 热辐射计算结果 行李火灾：距离楼层3.5米范围内的屋顶结构都需要进 行防火保护 (1.5MW) 无喷淋保护的零售亭火灾：零售亭上方5.1米以内的屋 顶结构及周边2.8米以内的柱都需要进行防火保护 (4.5MW) 喷淋失效情况下的零售仓火灾：假设零售仓具有完全 包围的屋顶，距开放面4.6米以内的所有柱及屋顶钢结 构都需要进行防火保护 所有零售亭和零售仓都位于这些区域之外 如果不然：零售亭或零售仓周围的局部结构需要进行 防火保护 第三部分：临界柱加热情况下的整体屋顶结构弹性 分析 当一根柱被去除时，对结构稳定性进行了评估 所选择的柱为： 1 2 3 4 火灾下整体屋顶结构弹性分析 假设：一根柱全长受热 目的 表明如果一根柱破坏，屋顶结构仍保持稳定 考虑了4根临界柱 应用GSA整体结构分析，分别进行了4次 分析，每次分析考虑一根柱破坏 外部柱 假设加热到 550C 内部柱 假设加热到 800C 外部柱温度较低，以考虑外部热流失的影响 由于假设柱全长受热，外部柱和内部柱的温度假设都被认为 是保守的 火灾下的实际情况是柱局部受热 受热柱的材料强度和刚度按欧洲规范Eurocode 3 Part 1.2减 弱 Results from the analysis 分析结果 Case1 temperature 550 celsius28.9mcolumntop1250mm 50mm0.68OK Elastic modulus 55% of E=205 kN/mm28932kNmiddle1825mm 50mm0.50OK Strength 38% of fy=265 N/mm2(t35) 295 N/mm2(t=35) 295 N/mm2(t=35) 295 N/mm2(t=35) 295 N/mm2(t=35)bottom1775mm 50mm0.40OK Connecting to cantilever support truss (stiff)space frame and truss 162N/mm20.55OK Casecolumn utilization factor - axial load walldescription normal force 100%DL+30%WL (no expansion) column length diameter 总结 在中国内地，绝大多数的建筑设计都是按条文式规范进行的 对一些大型的非常规的建筑可部分地采用性能化设计，并按以下 步骤运作： 初步的消防性能化报告报请消防部门审批，批准后再进行下一步的 工作 进行详细的消防性能化设计，分析并提出详细的消防性能化报告 第3方作为评估方与设计方同时工作，对所用的各种参数取得一致意 见 省级消防审批部门组织专家论证会，论证和评估性能化设计结果 消防审批部门根据专家论证的结果，对消防系统的设计进行审批 性能化消防设计实践中的体会 在确定建筑设计方案时越早引入性能化设计思想越