大空间建筑性能化防火设计

1、高大空间建筑防火性能化设计研究01020304研究背景性能化防火设计概述案例分析结论与展望研究背景近些年，我们经济快速发展、社会物质财富的高度集中，火灾呈现出新的发展态势和新的特点。三类新型火灾（高大空间建筑火灾、地下交通枢纽火灾以及高层建筑火灾）更加频繁的发生，且极易造成群死群伤的重特大事故。高大空间建筑内火灾荷载较为集中，人员分布密集且建筑内待疏散人群对建筑疏散路线、疏散设施缺乏了解，一旦发生火灾，火灾将产生大量的热和有毒气体，热辐射、烟气毒性以及减光度等都将直接危害建筑内的人员生命安全。防火性能化设计概述性能设计是一种新型的防火系统设计思路。建筑防火性能化防火设计是运用消防安全工程学的原

2、理首先制定整个防火系统应该达到的性能目标，并针对各类建筑物的实际状态，应用所有可能的方法去对建筑的火灾危险和将导致的后果进行定性、定量的预测与评估，以期得到最佳的防火设计方案和最好的防火保护。防火性能化设计概述性能化防火设计概述 建筑物的性能化防火设计主要包括两个方面的设计内容：一是保证建筑内人员安全疏散的性能设计，二是保证建筑构件耐火的性能设计。 人员安全疏散的性能设计是从建筑内人员安全方面进行考虑的，通过综合考虑各种火灾因素对人员逃生的影响，采用性能化的设计方法来保证建筑物内人员的火灾安全性，从而防止人员伤亡。其性能化的设计准则是：烟层下降高度和烟气浓度达到人不能忍耐的时间大于人员安全疏散

3、所需的时间。 构件耐火的性能化设计是从建筑物的稳定性方面进行考虑的，通过分析建筑构件在火灾中的反应，采用性能化的设计方法来保证建筑物结构的火灾稳定性，从而防止建筑物的倒塌。其性能化设计准则是：火灾持续时间小于构件的耐火时间。性能化防火设计概述性能化防火设计概述火灾的发生一般经历早期起火期、成长期、完全燃烧全盛期、后期衰期四个阶段，NFPA指出早期火灾生长按 t规律发展这一套曲线常用于性能化防火设计中的火灾场景设计。性能化防火设计概述FDS 是现今应用最广的计算火灾引起的流体流动的 CFD 软件，由美国国家标准技术研究院（NIST）开发。FDS 采用大涡模拟模型，包含很多个模型（燃烧模型、热辐射

4、模型和热解模型等）STEPS人员即时疏散动态软件是由 Mott Mac Donald 公司设计用于预测人在正常和紧急情况运动的程序。STEPS 是现在国内外应用最广的疏散模拟软件。适用于包括大型写字楼，体育馆，购物中心和地铁站等在内的大空间类建筑，STEPS 已经在世界范围内的主要工程中得到应用，例如加拿大的埃德蒙顿机场，纽斯卡尔的世界生命中心以及伦敦希思罗机场新的地铁终点站以及我国 2008 年体育场馆等。性能化防火设计概述 1、依据建筑的实际设计情况和使用功能找出建筑内存在的消防设计问题。 2、依据建筑的实际使用情况及各功能区域内的火灾荷载，提出需要进行火灾模拟的计算场景若干。 3、用火灾

5、烟气模拟计算软件对建筑内发生火灾时的烟气蔓延特性进行模拟计算，收殓后，得出火灾场景火灾的发展情况。 4、依据建筑的设计方案，整理出疏散宽度和距离，分析需要进行测试的疏散场景。 5、用人员疏散模拟计算软件模拟计算建筑物内的人员疏散情况，得出各个疏散场景疏散时间。 6、通过上述对烟气模拟计算结果和人员疏散模拟计算结果进行分析，如果能满足，人员可用安全疏散时间明显超过所需安全疏散时间，即 ASET RSET，则消防设计方案可行，否则就要调整方案重复上述过程，直至其满足消防安全性能要求。 7、经过上述消防安全性能进行分析，对建筑方案提出优化建议。并得出方案对消防安全管理和紧急预案提出建议。具体步骤流程

6、案例分析以某大礼堂为例,按照性能化防火设计的方法,具体说明大空间建筑性能化防火设计的应用。该大礼堂主厅长50m,宽30m,高10m,地面由前到后呈一定坡度升高,大厅设有6个出口其中出口C1和C2位于地面基准平面高度,出口B1和B2高出基准面3m,出口A1和A2高出基准面6m。A处的出口高度为2m,有效宽度为1.3m,B、C处的出口高度为2m,有效宽度为1.6m。下图是该大礼堂的立面图和平面图案例分析 案例分析 评估目标是从火灾发生到危险状态的时间ASET是否大于从火灾发生至从员全部疏散完毕的时间RSET,围绕上述研究目标,研究内容如下 1分析大礼堂的火灾危险源特性以及可能的火灾场景,对其危险性

7、进行评估 2分析火灾烟气特性,对火灾到达危险状态的时间进行评估 3分析人群疏散特性并结合设定的人员感知时间与人员响应时间,对人员全部疏散完毕的时间进行评估 4判断人员全部疏散完毕时间是否小于火灾到达危险状态的时间,评估人员能否安全疏散案例分析 本评估采用的安全性判据如下 1人员安全疏散判据 即判断人员疏散完毕的时间是否小于火灾到达危险状态的时间,人员疏散完毕时间小于火灾达到达危险状态的时间,则人员疏散是安全的,二者差值越大,则安全度越高,反之则不安全。 2FDS场模拟软件的火灾到达危险状态的判据。在场模拟中,通常采用温度和烟气高度作为火灾到达危险状态的判据,并取二者的较小值作为火灾到达危险状态

8、所需的时间, 在本评估中取 a在1.5高度处温度不超过60 b热烟气层下表面高度不低于1.5m为人眼特征高度。案例分析火灾场景模拟火灾发生是有随机性的,可能是舞台部分先失火,也有可能是座椅部分先失火,本文仅假定一种情况进行火灾场景模拟,即假定火源位于舞台中间。在火灾危险性性能化评估中,火源设定主要是确定火灾发展曲线。火灾发展曲线通常常由火灾增长类型和最大热释放速率两个主要参数组成。假定大礼堂舞台部分是带有自动喷水系统,故在自动喷水系统动作以前,按t2非稳态火源发展,在自动喷水系统带快速相应喷头动作以后,按3.0MW最大热释放速率定值的火灾来确定设计参数。案例分析 火灾场景的FDS模拟火灾场景的FDS模拟根据FDS相关计算结果,得到室内烟气的温度和高度随时间变化曲线,如下图所示。火灾场景的FDS模拟 性能化安全疏散分析性能化安全疏散分析性能化安全疏散分析安全性能评估结论与展望性能化防火设计方法也存在着不足有待我们得继续探索和研究，那就是没有将火灾场景模拟和人员疏散模拟结合在一起。通过一个数学逻辑模型或者将两个数学模型关联起来进行性能化数字模拟，使得性能化防火在合理科学性方面更进一步。而且在我国的建