论性能化防火设计中安全疏散设计的检验

1、论性能化防火设计中安全疏散设计的检验摘 要： 以超高层商住楼为例 ,对 “性能化 ”防火设计中安全疏散设计的检验原理、方法进行了较为深入的探讨 ,目的在于为我国的 “性能化 ”防火设计提供一种切实可行的设计方法。关键词：防火设计 ;性能化 ;超高层商住楼 ;安全检验1 前言众所周知 ,我国目前的防火设计方法是基于 “处方式 ”规范的防火设计 , 这种设计方法的局限与弊端已日益明显 ,尤其是对于功能较复杂的建筑物来说 ,难以达到科学性、 经济性和安全性的统一。 而 20 世纪 80 年代以来国际上流行的 “性能化 ”设计方法为解决这些问题提供了新的尝试 , 因为 “性能化 ”设计方法的精华在于

2、: (1) 对不同建筑物及不同用途的房间进行火灾模拟 ,即“设计火灾 ”场景 ; (2) 建立在 “设计火灾 ”之上的 “性能化 ”设计 ; (3) 进行安全检验 ,主要包括 :结构耐火性能的检验、安全疏散设计的检验等。 其中 “安全检验 ”是最重要的一个方面。 本文仅结合实例针对超高层商住楼裙房商场部分的疏散设计进行 “性能化 ”安全检验。其中数学模型及公式取自 “2002年 3 月澳大利亚墨尔本性能化设计国际会议 ”上的一个日本的案例。2 对超高层商住楼进行安全检验的重要性超高层商住楼整体高度超过了 100m ,属超高层建筑中的一种。 其结构上采用了框架 - 剪力墙结构 ,底部裙楼采用了框

3、架结构 ,上部的塔式住宅楼为剪力墙结构。而裙楼以上塔式住宅以下还有一个架空层作为结构转换层。从功能上讲底部裙房均做商场及公建配套使用 ,上部为住宅用房, 因而可以看成是底部的多层综合楼和上部的单幢或多幢的塔式住宅楼围合组成的高级住宅小区合二为一的复合建筑。这样 “商 ”与“住”就被较好的分隔开来 ,既保证了建筑物的商业价值 ,又能通过裙房屋顶架空层的园林绿化实现上部住宅小区的环保、绿化及营造良好的小区生活氛围。但是这类建筑一旦发生火灾 ,将给超高层建筑内人员的安全疏散造成许多困难 ,这表现在 :(1) 疏散手段有限。超高层商住楼的平时垂直交通主要是电梯 ,而一般客用电梯没有防烟、防火、防水等措

4、施 ,火灾时必须停止使用 ,消防电梯又主要为消防队员扑救火灾进行救援使用 ,加上住宅塔楼没有进行避难层设计等种种原因 ,因此火灾时有限的楼梯间 (一般为一对防烟剪刀楼梯) 是室内人员垂直疏散的唯一途径。(2) 疏散时间长。虽然住宅塔楼每层的固定住户一般不多于十户 ,即每层的固定人口只是数十人。 但由于塔楼中没有设置避难层 ,疏散距离长 ,大量的疏散人流在有限的楼梯间汇集后 ,极易产生拥挤堵塞 ,因此人员的安全疏散需较长时间。 因此 ,有必要对超高层建筑的疏散设计进行 “安全检验 ”。本文的检验对象为某超高层商住楼裙房第五层的商场 (平面图略) ,该层商场面积约为 2 700m2 ,其东西两侧各

5、有一部封闭疏散楼梯 ,南侧又有两部封闭疏散楼梯 ,顶棚高度为 3. 00m ,每个出口宽度为 1. 8m ,人群密度假设为 0. 5 人/ m2 , 通行系数假设为 1. 0 人/ m ·s ,步行速度假设为 1. 0m/ s。3 人在疏散中的危险临界条件根据日本 2000 年 6 月工程部颁布的 关于安全疏散和结构耐火性能的“性能化 ”评估方法中关于这个临界条件的确定方法,即以烟气层距地板的高度 S 满足关系 : S = 1. 6 + 0.1 H( H 为楼板高度 ,m) 时认为达到危险状态。4 检验方法及其模型为进行安全检验,应计算相应的疏散时间te 及空间充满烟气时间tsmok

6、e ,当满足 te< tsmoke 时 ,疏散设计才是合理的。4. 1 疏散时间te = tstart + tmove (1)其中 , tstart 为开始疏散时间 ; tmove 为人员逃生时间。本例中以人员安全疏散至本层封闭楼梯间内为安全目标。4. 2 开始疏散时间开始疏散时间可根据烟气层发展时间来计算。 由于该商场的火灾设计被假设为处于迅速发展阶段并伴随着轰燃的火灾。可以通过地面上烟层高度的计算式 (2) ,按 S = 0. 9 H 来估算开始疏散时间 :其中 , Ar 为着火空间地板面积 (m2) ; Hr 为顶棚高度 (m) ; 为火灾发展速率 (kW/ s2) ,可以

7、用 Moc 公式 1441 (2000) 计算 ,即其中 , f为可燃物的火焰增长速率(kW/ s2) ; q1 为不同功能房间的火灾荷载密度 (MJ / m2) ; m 为墙面及吊顶内装修材料的火焰增长速率(kW/ s2) ,由可燃等级确定。4. 3 人员逃生时间由于该层商场共有 4 部封闭疏散楼梯 ,可将其作为一个多出口的房间来看待。故可根据日本的 FSE 工程工具的相关公式计算人员其中 , p 是人群的密度 (人/ m2) ; N 是通行系数 (人/ m ·s) ; B 是门的宽度(m) ; v 是人的步行速度 (m/ s) 。4. 4 烟气充满时间烟气充满时间是烟气聚集到临界

8、高度的时间 , 那么 :5 检验结果检验是对疏散时间和烟气充满时间进行对比 ,数据均为设计资料中的实际数据 ,结果列于表 1 中。由于疏散时间为 328. 1s ,烟气充满时间为 359. 7s ,即 te< tsmoke , 满足安全疏散的条件。说明火灾时人员在该层商场中是能够被安全疏散的, 符合既定的安全目标。如果不满足,就要调整设计参数, 直到满足te< tsmoke 为止。6 结束语本文以超高层建筑为例对其中的一个商场进行了“安全疏散检验 ”,从中可以得出以下结论 :(1) 安全疏散检验是 “性能化 ”设计中的一个重要方面,对于确保超高层建筑中人员的安全有着重要作用。(2) 安全疏散检验的核心就是对比烟气层下降到临界高度的时间与人员疏散时间 ,只有当 te&