消防工程师教材精讲5.4.docx

第4章 建筑性能化防火设计评估第4章 建筑性能化防火设计评估学习要求：掌握建筑性能化防火设计评估的概念以及可以解决的问题，熟悉如何确立消防安全目标及判定条件，了解烟气模拟计算分析手段和烟气羽流有关参数的计算方法，掌握烟气流动几种计算模型的适用条件；了解人员安全疏散计算模拟分析手段和影响人员安全疏散的因素，掌握疏散安全所需时间的组成和计算方法，熟悉通用疏散分析模型及特性；了解建筑结构的主要形式及其耐火性能的特点，掌握影响建筑构件耐火性能的主要因素，了解钢结构、钢筋混凝土结构的耐火计算方法以及整体结构计算的方法和步骤。第1节 概述所谓性能化防火设计，是指根据工程使用功能和消防安全要求，运用消防安全工程学原理，采用先进适用的计算分析工具和方法，通过对建筑环境中设定火灾场景的火灾风险量化和分析进而对建设工程消防设计、方案进行综合分析评估，判断建筑抵御火灾的性能指标是否满足预设的消防安全目标，从而优化消防设计方案的工作方法。4、 性能化防火设计核心内容（1） 整体评估建筑物的性能化防火设计是通过采用至少与现行国家标准的规定等效的方法来实现建筑物的消防安全目标，以解决现行标准与实际需求不相适应的问题或某些不完善的规定所带来的问题。消防安全评估既是为了验证其设计方法及其结果是否与现行规范的规定等效，或者是否能达到与该建筑相适应的消防安全水平，也是为了便于进一步修改和完善现有设计方案。因此，任何一项性能化防火设计均必须在设计后进行相应的消防安全性能评估。此外，消防安全评估不仅局限于对新建建筑设计的安全性能进行评价，而且还可以单独对既有建筑或新建筑设计中采用的新材料等的消防安全性能进行评估，以确定其是否需要改造以及如何改造。（2） 专业人员（三）程序控制建筑物性能化防火设计的一般程序如下：1）确定建筑物的使用功能、建筑设计的适用标准。2）检查为实现建筑师的设计思想与业主的要求，哪些工程无法按现行标准中的规定要求实施，从而确定需要采用性能化设计方法进行设计的问题。3）进行性能化试设计和评估验证。4）修改完善设计并进一步评估验证确定设计是否满足所确定的消防安全目标。5）提交审查与批准。五、性能化防火设计主要内容（一）确定设计火灾场景与设定火灾（二）不同类型建筑的火灾荷载密度确定（三）烟气运动的分析方法（四）人员安全疏散分析（五）主动消防设施的对火反应特性分析（六）火灾危害和火灾风险的分析与评估（七）性能化设计与评估中所用方法的有效性分析第2节 火灾场景设计一、火灾场景二、设定火灾三、火灾增长分析四、热释放速率（一）实际火灾试验（二）类似试验（三）稳态火灾（四）t模型（五）MRFC模型（六）热释放速率曲线叠加模型第3节 烟气流动与控制一、烟气流动的驱动作用（一）烟囱效应（二）浮力作用（三）气体热膨胀作用（四）外部风向作用（五）供暖、通风和空调系统二、烟气流动分析 （一）火羽流的形成火羽流中心线上的速度在平均火焰高度以下逐渐趋于最大值，然后随高度的增加而下降。（二）顶棚射流烟气顶棚射流中的最大温度和速度是估算火灾探测器和喷淋头响应的重要基础。（3） 大空间窗口羽流3、 烟气层有关参数计算烟气层高度对人员疏散是一个重要的影响因素，人员在到达安全位置之前，应尽量保证疏散过程中不会在建筑烟气中穿过。封闭空间的烟气填充过程：直到烟气层界面下移到垂直开口的上边缘为止，烟气始终在封闭空间的上部累积。由于热膨胀，过量的空气被挤出封闭空间。当烟气层降低到开口上界面以下位置时，随着新鲜空气的进入，烟会流出封闭空间。第4节 人员疏散分析1、 影响人员安全疏散的因素（一）人员内在影响因素1.人员心理因素2.人员生理因素3.人员现场状态因素4.人员社会关系因素（二）外在环境影响因素外在环境影响因素主要是指建筑物的空间几何形状、建筑功能布局以及建筑内具备的防火条件等因素。例如：地上建筑或是地下建筑、高大空间或是低矮空间、影剧院或是办公建筑等；建筑物的耐火等级，建筑内安全出口设计是否足够合理，疏散通道是否保持畅通，消防设备是否处于良好运行状态，是否存在重大火灾隐患等因素。（三）环境变化影响因素火灾时现场环境条件势必要发生变化，从而对人员疏散造成影响。例如火灾时，正常照明电源将被切断，人们需要依靠应急照明和疏散指示来寻找疏散出口；再如原有正常行走路线一旦被防火卷帘截断，人员需要重新选择疏散路线；又如自动喷水灭火系统启动后，在控制火灾的同时也会对人员疏散产生影响。（4） 救援和应急组织影响因素2、 人员安全疏散分析的目的及性能判定标准（1） 人员安全疏散分析的目的人员安全疏散分析的目的是通过计算可用疏散时间（ASET）和必需疏散时间（RSET），从而判定人员在建筑物内的疏散过程是否安全。（二）人员安全疏散分析的性能判定标准人员安全疏散分析的性能判定标准为：可用疏散时间（ASET）必须大于必需疏散时间（RSET）。3、 人员疏散时间计算方法与分析参数（三）疏散运动时间1.行走时间行走时间是指行走到疏散线路上安全出口的时间。2.通过时间通过时间是指人流通过出口或通道的时间。（四）疏散分析参数1.人员数量的确定2.人员的行走速度（1）人员自身条件的影响。（2）建筑情况的影响。（3）人员密度的影响3.出口处人流的比流量比流量是指建筑物出口在单位时间内通过单位宽度的人流数量单位：人（ms），比流量反映了单位宽度的通行能力。4.通道的有效宽度大量的火灾演练试验表明人群的流动依赖于通道的有效宽度，而不是通道实际宽度，也就是说在人群和侧墙之间存在一个“边界层”。对于一条通道来说，每侧的边界层大约是0.15m，如果墙壁表面是粗糙的，那么这个距离可能会再大一些。而如果在通道的侧面有数排座位，例如在剧院或体育馆，这个边界层是可以忽略的。在工程计算中应从实际通道宽度中减去边界层的厚度，得到有效宽度。疏散走道或出口的净宽度应按下列要求计算：1）对于走廊或过道，为从一侧墙到另一侧墙之间的距离。2）对于楼梯间，为踏步两扶手间的宽度。3）对于门扇，为门在其开启状态时的实际通道宽度。4）对于布置固定座位的通道，为沿走道布置的座位之间的距离或两排座位中间最狭窄处之间的距离。五、人员疏散安全性评估对于评估后需要改进、提高疏散安全性的场所，可以通过以下几方面来解决：1）增加疏散出口的数量，缩短独立疏散出口间距离；增加疏散出口及疏散通道的宽度，提高疏散通道通行能力。2）改善区域烟气控制措施，如提高排烟量、改变排烟方式、改进防烟分区设置等。3）改善火灾探测、报警系统设计，改善应急通知和广播系统设计，提高早期报警速度，改善火灾警报通知效果。4）完善疏散指示系统设计，包括出口标志、导流标志以及加强应急照明，提高疏散通道使用效率。第5节 建筑结构耐火性能分析1、 影响建筑结构耐火性能的因素（一）结构类型1.钢结构2.钢筋混凝土结构3.钢-混凝土组合结构（1）型钢混凝土结构。（2）钢管混凝土结构。（二）荷载比荷载比为结构所承担的荷载与其极限荷载的比值。（3） 火灾规模（4） 结构及构件温度场2、 结构耐火性能分析的目的及判定标准结构耐火性能分析的目的就是验算结构和构件的耐火性能是否满足现行规范要求。结构的耐火性能分析一般有两种方法：第一种方法是验算结构和构件的耐火极限是否满足规范的要求；第二种方法是验算在规范规定的耐火极限时的火灾温度场作用下，结构和构件的承载能力是否大于荷载效应组合。这两种方法是等效的。4、 建筑结构耐火性能分析的内容和步骤（一）结构温度场分析（二）材料的高温性能（三）火灾极限状态下荷载效应组合（四）结构构件抗火验算基本规定基于承载能力极限状态的要求，钢构件抗火设计应满足下列要求之一：1）在规定的结构耐火极限时间内，结构或构件的承载力Rd不应小于各种作用所产生的组合效应Sm，即RdSm（5-4-50）2）在各种荷载效应组合下，结