大空间建筑性能化防火设计研究

【摘要】本文对大空间建筑分类及火灾特性进行详细地阐述， 对大空间建筑的性能化防火设计进行了探讨，以供参考。

【关键词】大空间建筑功能化防火设计

中图分类号：TU892文献标识码： A 文章编号：

一．前言

随着我国建筑科技的长足进步,具有新的设计概念和结构形式的大空间建筑开始涌现,随着经济建设和城市化的发展, 大空间建筑还会迅速增多。由于大空间建筑与一般建筑存在较大差异, 因而必须以整体分析大空间建筑发生火灾时所具有的性能特性为出发点, 进而实施防火安全综合设计。本文对大空间建筑的性能化防火设计进行了探讨,希望对大空间建筑功能化防火设计有所帮助, 以达到其防火性能的总目标。

二．大空间建筑分类及火灾特性

1． 大空间建筑分类

根据其结构形式，大体可分为 3 类:

（一)占地面积很大,但并不很高的建筑,其典型代表是大型购物中心、 商场类建筑。这些商场的建筑面积通常大于 10000m2, 而建筑高度一般在 6m 以下。

（二) 占地面积相当,同时具有一定高度的建筑。面积往往大于 1 000m2, 高度约为10~ 20m。其特点是大空间上部不再有楼层, 而只是在地面上有固定的看台或座位, 或有人员密集活动。

（三) 具有一定面积而且有相当高度的建筑。其代表为超高层建筑的中庭, 面积在 1000平方米以下, 高度可达20m 以上。在中庭的四周或部分侧面是办公或商业用途的楼层。通过以上分类不难发现, 就建筑特性而言, 大空间建筑通常具有很大的开敞式内部空间, 但目前很难从具体几何尺寸的大小对大空间建筑做出定量化规定。此外, 该类建筑大都为人员高度密集场所, 具有区域使用功能统一, 空间无法分隔, 疏散出口距离远等特点。

2. 大空间建筑火灾特性

由于建筑结构的特殊性和使用功能的需要, 大空间建筑的火灾具有很多特殊性。

（一）燃烧特性

大空间建筑内部可燃物多、 火灾荷载大, 而且内部空间大, 空气供应充分, 通风状态及空间内的供氧量已不构成制约燃烧的主要因素, 因而大空间建筑内的火灾可以不受限制地扩大, 通常为燃料控制型燃烧。一旦发生火灾, 火场区的热对流相应加快, 加上楼梯间、 电梯井、 管道井等的烟囱效应和风力的影响, 将使火势迅速蔓延, 对消防灭火扑救工作造成极大困难。

（二）温度场特性

具有复杂结构形式的大空间建筑, 火灾燃烧过程本质上是三维、 多相、 多组分、湍流、热传导、对流换热、辐射换热、化学反应及其相互作用的复杂过程, 具有火焰温度场和烟气温度场这两个特性。可采用场模拟方法研究大空间建筑着火区域的火焰温度场状况, 进而分析建筑结构整体的抗火性能。对于大空间建筑火灾烟气的分析, 现阶段较为有效的研究方法主要是通过场模拟结合足尺寸实体试验进行。

同时, 这些建筑较为广泛地采用新结构、 新工艺、 新材料, 使得建筑设计更轻巧化、通透化,大空间的设置也变得十分方便, 但也加大了这类建筑的防火难度。因此, 迫切需要建立一种更安全、 合理的新型建筑防火设计方法。性能化防火设计方法正是在这种情况下应运而生的。

三．大空间建筑防火设计现状

1. 防火分区难以满足规范要求

把建筑物的内部分隔成若干有限的区域是防止火灾蔓延的基本手段, 它可以把火灾控制在一定的范围内, 从而可以有效地减少火灾损失。为了满足建筑防火规范对防火分区的要求, 通常采用防火墙、防火门、 防火卷帘等防火分隔措施。对于《高层民用建筑防火设计规范》规定的每个防火分区允许的最大建筑面积见表 1。

表 1 每个防火分区的允许最大建筑面积 平方米

可以看出, 现行规范条文已经限制了建筑物的使用功能, 在科学性、 合理性、 经济性等方面都表现出一些弊端。制定防火设计、 规范的目的, 是为了保证建筑物的安全, 防止和减少火灾危害, 而不是限制新型建筑的发展, 因此, 防火设计规范应当通过自身的逐步完善, 以适应不断出现的新型建筑的需要。

2．人员密集、疏散困难大空间建筑大都为公共建筑,人口密度大,经常聚集成千上万的人,他们对安全通道、疏散路线、消防设备、应急措施并不熟悉。这种情况下一旦发生火灾,人们往往容易惊慌失措,辨不清逃生方向,极易造成混乱局面, 这使得人员疏散十分困难。对于大空间建筑,由于受到空气稀释、热风压效应和烟囱效应的影响, 其烟气危害性更为严重。因此, 这类建筑是群死群伤恶性火灾事故的多发场所。在进行这类建筑的疏散设计时,设计者不仅要控制到建筑物内部的最大允许疏散距离, 更要考虑最后一个使用者在逃离建筑物之前建筑物内烟气的扩散程度, 以确保人员安全疏散。

四．性能化防火设计

性能化防火设计, 是运用消防安全工程学的原理及方法, 考虑火灾本身发生、 发展和蔓延的基本规律, 结合实际火灾中所积累的经验, 通过对建筑物及其内部可燃物的火灾危险性进行综合分析和计算,从而确定性能指标和设计指标, 然后再预设各种可能起火的条件和由此所造成的火、烟蔓延途径以及人员疏散情况, 来决定选择哪一种消防安全工程措施, 并加以评估,从而核准预定的消防安全目标是否已经达到; 最后再视具体情况对设计方案做出调整及优化。

它的主要思路是在消防设计时仅提出建筑消防安全所需要的性能要求或指标, 而不直接要求设计人员为此必须采用某些特定解决办法。性能化防火设计具有三大特点: 安全目标的确定性、 设计方法的灵活性和评估验证的必要性。

1.性能化防火设计的优势

（一）性能化设计思想强调建筑物消防的整体性,综合考虑消防设计的各个技术要素, 有助于建筑消防设计实现科学化、 合理化和成本效益最优化, 在保证相同火灾安全的基础上降低建筑成本。使消防设计方案更加合理, 能有效地保证建筑设计达到预期的防火安全目标。

（二）设计方法更加灵活, 有利于充分发挥设计人员的才能和创造能力。因为性能化防火设计注重安全目标的达到, 至于采用什么方法则完全由设计人员自主掌握。

（三）为建筑设计及消防监督部门和受保护的居民提供了一个较好的交流渠道。因为性能化防火设计先要预设火灾可能发生的场景, 因此便于管理部门制定防火预案, 有利于社区居民的参加。

（四）有利于新技术、 新材料、 新产品的开发、 推广和利用, 适应现代建筑的高科技化和艺术化的要求。

2.性能化防火设计的展望

性能化消防设计已成为世界性建筑消防设计发展的必然趋势, 它的发展将大大促进消防安全设计的科学化、 合理化和成本效益的最优化, 并将产生重大的社会效益和经济效益。我国应该加快性能化规范及配套技术的研究步伐, 充分发挥性能化设计的优越性。今后应从以下几个方面入手, 促进性能化设计技术的发展:

(一)加强各种火灾预测模型和火灾风险评估模型的研究, 拓展性能化设计方法的应用空间。

(二)加强新材料、 新技术研究, 规范材料性能参数, 建立和完善数据库, 提供准确的性能化指标, 为性能化应用积累基础性数据。

( 三)深入研究火灾规律、 火灾情况下建筑内人员逃生规律和构件变化规律, 为各种火灾模型的建立提供坚实的理论依据, 并拓展计算机技术在消防中的应用。

(四)积极向建筑设计师和建筑管理人员介绍性能化设计方法, 使他们认识、 理解并自觉接受性能化设计方法。

(五) 出台可操作性强的性能化设计指南, 使建筑设计师能尽快地掌握性能化设计方法。

(六 )制定性能化消防设计规范, 为性能化设计方法的应用提供法律依据。

五．结束语

性能化防火设计已成为世界性建筑消防设计发展的必然趋势,它的发展将大大促进消防安全设计的科学化、合理化和成本效益的最优化,并将产生十分重大的社会效益和经济效益。我国应尽快发展性能化防火设计的应用研究, 以适应不断发展的建筑功能化设计要求。

参考文献

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