浅析高层建筑结构性能化防火的设计

摘要：作者针对高层建筑结构性能化防火的设计做了一些理论和实践的探讨，内容主要包括高层建筑火灾的特点，并对结构性能化防火设计基本步骤进行了全面的讨论。

关键词：高层建筑；结构性能化；防火；设计

中图分类号： TU97 文献标识码： A 文章编号：

随着社会经济的发展，我国城市化水平迅速提高，建筑业得到了突飞猛进的发展，各个城市的高层和超高层建筑数量逐渐增多，建筑内部功能趋于综合化、复杂化，建筑内使用的电力、热力设施大大增加，从而导致高层建筑的火灾危险性也大大提高[1]。

1高层建筑火灾的特点

1.1火灾隐患多

一是高层建筑内部往往采用精装修，装修材料大多易燃，一旦发生用火不慎，极易发生火灾。二是大量使用电气设备，为追求美观、整洁，建筑内部各种电路布线时都采用“暗线”，电线安装较为隐蔽，经过十几年使用逐渐松散老化就会造成漏电、短路起火。三是高层建筑施工时由于相应灭火设施尚未启动，由于用火不慎、检修焊割等也会引起火灾。

1.2疏散时间长

一是高层建筑结构复杂，层数多，导致垂直和水平疏散距离长，人员需要较长时间才能疏散到安全场所。二是普通电梯在火灾时无法使用，多数高层建筑安全疏散主要是靠楼梯，疏散速度受到限制。三是人员集中，高层建筑内部的居住和工作人员人数往往较多，一般高层建筑办公室，平均可容纳 4000～5000人，疏散难度大[2]。

1.3火势蔓延快

一是高层建筑的楼梯间、管道井、电梯井、风道、电缆井等竖向井道多，且大多高层建筑出于采光和其他建筑需求设置数层甚至数十层高的中庭，如果防火设施或防火分隔（如楼梯前室防火门、管道阻燃材料）处理不好， 在热气流作用下火势容易从低处迅速上窜，使得建筑物称为一座高耸的烟囱。二是火灾荷载大，尤其是一些高级宾馆，商住楼等，其内部可燃物多，且燃烧速率快，一旦起火则会迅速蔓延且燃烧猛烈。三是高层建筑风势大，建筑物高度 10m 处风速为5m/s，相应在 90m 高处风速为 15m/s，在风力的助推下，建筑内部火灾燃烧更为旺盛，也更易于向上部楼层蔓延[3]。

1.4扑救难度大

高层建筑高达数十米，甚至达数百米， 发生火灾时从室外进行扑救相当困难，一般要依靠室内消防设施采取自救。但由于目前我国经济技术条件所限, 高层建筑内部的消防设施还不可能很完善, 尤其是二类高层建筑仍以消火栓系统扑救为主。因此, 扑救高层建筑火灾往往遇到较大困难。

2结构性能化防火设计基本步骤

2.1 确定设计和评估内容

首先要明确需要解决的问题，一般需要建筑业主、建筑使用方、建筑设计单位、性能化防火设计咨询单位同消防主管部门协商确定。在确定设计的范围后，设计者应了解工程各方面的信息，如建筑结构的特征、使用功能等。

2.2 制定结构抗火设计目标

设计目标是结构防火设计应该达到的最终目标或安全水平，可分为总体目标、功能目标和性能要求三个层次。制定结构抗火设计目标如下：

2.2.1 总体目标

（1）保障建筑内人员的逃生安全和进行搜救的消防人员的安全

（2）保障火灾不因结构的破坏而蔓延至其他区域

（3）减小建筑火灾损失

2.2.2 功能目标

为满足总体目标的要求, 建筑钢结构抗火设计的功能目标包括:

（1）某些部位的结构构件或子结构及结构整体在火灾发生后的一定时间内不能坍塌,以保证建筑内的人员有足够的时间逃生, 并使消防人员有足够的时间灭火;

（2）某些部位的结构构件或整体结构在火灾下不能产生或尽量减小影响继续使用的变形或倒塌，使得火灾后结构的功能尽快恢复，以减小建筑火灾的间接经济损失，达到建筑火灾总的损失最小的目的。

2.2.3 性能要求

（1）与功能目标 1 对应的性能要求

性能要求一： 结构某些部位的构件在火灾发生后一定的时间 t1内，应具有足够的承载力。

性能要求二： 结构某些部位的子结构在火灾发生后一定的时间 t2内，应具有足够的承载力。

性能要求三：整体结构在火灾发生后一定的时间 t3内， 应具有足够的承载力。其中 t1，t2应大于人员疏散和消防员搜救的时间。t3应大于从火灾发生至消防员控制火势的时间或者等于火灾持续时间。

（2）与功能目标 2 对应的性能要求

性能要求四：结构某些部位的构件或子结构，由火灾产生的残余变形不能超过一定的限值，以减小建筑火灾的间接经济损失，使建筑火灾总的损失最小。

2.3提出并评估设计方案

防火设计方案的安全性评估是结构性能化防火设计的核心，在此过程中一般会用到多种火灾分析模型、温度传导分析模型和结构分析模型。设计方案的提出和评估师一个不断反复的过程，在这过程中不断改进和完善现有的设计方案，已达到既定的性能目标并最终达到总体目标。

2.4 确定火灾场景和设计火灾

火灾场景是对某种火灾发展全过程的描述，包括说明火灾位置，火灾起火、火势增大、发展到最大（如轰燃）及逐渐熄灭等阶段的特点。火灾场景描述了影响火灾后果的各种关键因素。建筑内可能的火灾场景数量很多，因此所选择的火灾场景应具有典型性，并应该使得所采用的防火措施具有一定的安全裕度。

2.5 编制报告

报告时性能化设计能否被批准的依据，报告中需要包括分析和设计过程的全部步骤。在报告中应明确表述评估的范围、消防安全目标、所设定的火灾场景，以及所采用的分析模型和工具以及所有参数的取值及其依据，充分解释如何来满足目标。

3结论

总之，在结构性能化方法的研究基础上，利用数值模拟工具，对一个实际工程的两种结构防火方案进行性能化评估和比较。

参考文献：

[1] 张艳霞,浅谈高层建筑火灾的特点及疏散逃生.科技情报开发与经济[J].2008,18(20):210-211

[2] 陈平军,高层建筑火灾特点及防范对策[J].煤炭技术,2008,27(8)

[3] 雷勇,郑亮,黄敏,浅析高层建筑火灾成因及其预防对策[J].建筑科学,2009,10:96