大空间建筑的防排烟性能化设计
大型商业综合体建筑消防防火设计
大型商业综合体建筑消防防火设计摘要：随着我国市场经济的发展，我国的大型商业综合体建筑也在迅速增多。
作为大型的购物场所，大型商业综合体每天的人流量巨大和复杂，要想保证大型商业综合体中人员的生命和财产安全，就必须做好建筑消防防火设计工作。
本文主要从大型商业综合体建筑消防防火设计的内容、现行建筑防火存在的问题以及解决方案三个方面进行论述。
关键词：大型商业综合体；防火设计；方案近年来，我国的商业和综合零售业不断发展，我国的商业建筑开始呈现规模庞大化、功能复杂化和用途多样化的发展趋势，这些趋势给建筑消防防火设计带来了新的问题和挑战。
怎样个性化地进行大型商业综合体建筑消防防火设计，是目前消防防火设计的目标和工作重点。
一、建筑消防防火设计的内容建筑消防防火设计，主要是通过对建筑物设计用途和功能区域划分的分析，设计出当火灾发生时，合理的救火措施和逃生方法。
建筑消防防火措施，可以分为主动措施和被动措施。
主动措施指的是在火灾发生时，可以减小或者消灭火情的一系列预备手段，比如自动报警系统和灭火设施，可以在火灾发生时做到早发现，早扑救，避免灾情的扩大。
被动措施是指在火灾灾情已经难以控制的情况下，采取的其他措施，用以保证人民群众的生命和财产安全。
其中包括设置固定的防火防烟闸门，隔离防火区，设置安全通道和防烟排烟系统等。
通过建筑消防设计主动措施和被动措施的结合，能够有效防止火灾引发的危机，减少火灾造成的损失。
二、现行大型商业综合体消防防火设计存在的问题（一）防火规范多且存在互相矛盾在我国，现行的建筑业防火设计规范就有200多本，众多的规范之间存在很多不统一的地方，导致进行建筑消防设计时，没有统一遵守的固定规范和闭环系统，这就导致很多防火设计违规的情况发生。
（二）防火规范的规定不能与时俱进很多防火设计规范的制定已经有很长的时间，随着我国社会的进步和经济的发展，很多防火规范已经不符合社会实际的发展需要。
比如在现行的大型商业综合体建筑中，很多都会采用大型中庭的设计，将建筑中庭高度保持在三层楼以上的高度，如果按照原始的防火、防烟等规范要求，已经很难满足分区的面积要求。
大型建筑设计中的防火疏散设计
浅谈大型建筑设计中的防火疏散设计摘要：本文阐述了防火疏散设计的概念，分析了大型建筑防火疏散设计中面临的问题，探讨了大型建筑设计中的防火疏散设计。
关键词：大型；建筑设计；防火疏散；设计中图分类号：tu2文献标识码： a 文章编号：飞速发展的大型建筑，使用功能日趋复杂、集约，这给建筑的安全疏散设计带来十分严峻的挑战。
安全疏散，就是在发生火灾时，在允许的疏散时间范围中，使遭受火灾危害的人或贵重物资在楼内火灾未危及其安全之前，借助于各种疏散设施，有组织、安全、迅速地撤离到安全区域。
一、防火疏散设计的概念建筑防火疏散设计是基于性能化防火分析进行的火灾防治系统设计的行为。
它综合考虑了建筑物业主对建筑本身的安全要求程度、建筑本身的安全条件和消防安全技术标准的规定等。
安全疏散设计，就是贯彻以人为本的思想，以人员的安全疏散为核心，科学地组织好、合理地设置好建筑各项设施。
它具有一定的灵活性，可以采用各种有效的设计方法，以最大限度地保障人员或物资的安全疏散。
二、大型建筑防火疏散设计中面临的问题传统的防火设计隔火措施是在受限空间燃烧试验及其火灾经验统计的基础上确立起来的，将其运用到大型商业建筑中，会与建筑的使用功能产生突出的矛盾。
从近年来的大型商业建筑消防设计情况来看，建设、设计和消防部门在执行现行《高层民用建筑设计防火规范》(以下简称“高规”)、《建筑设计防火规范》(以下简称“建规”)和《商店建筑设计规范》时，常遇到以下问题。
1、如何分隔防火分区商业中庭要求视觉上尽量通透，采用防火墙分隔不利于使用；采用水幕代替联片的防火墙时，防火分区的分隔长度达几十米到上百米，水量的供应和排放都是难以解决的工程问题；由此似乎选用防火卷帘最为合适。
但大面积防火卷帘的使用常出现很多问题，如卷帘产品和施工质量以及日常维护保养难以有效保证；卷帘箱的缝隙、导轨及卷帘下部常常因受热而变形，导致卷帘无法下落；防火卷帘下方堆放货物、杂品等也可能使卷帘不能正常下落；防火卷帘受火焰作用向受火面凸出，出现较大的缝隙，失去阻火隔烟作用；面积较大时控制系统和电源系统也往往不能保证在火灾中全部卷帘关闭。
中庭类高层建筑防排烟技术优化设计
48工业安全与环保I ndust r i al Saf et y a nd Envi r onm e nt al Pr o t ect i on2013年第39卷第6期June2013中庭类高层建筑防排烟技术优化设计韩如适朱国庆张国维张媛媛(中国矿业大学江苏徐州221116)摘要理论分析了火源热释放速率对火灾产烟量的影响，对中庭类建筑的排烟方式进行了优化设计。
提出火灾初期采用机械排烟、中后期采用自然排烟的优化排烟方案。
以徐州某医院内科医技楼为例，通过建立火灾发展模型、设定火灾场景和采用火灾模拟软件F D S对其中庭火灾烟气温度和烟气的蔓延规律进行了数值模拟研究。
分析比较了3种火灾烟气控制方案。
数值模拟的结果表明，当火源最大热释放速率为4M W 时，火灾初期采用机械排烟、中后期采用自然排烟的排烟方式较只采用机械排烟、或只选取自然排烟排烟方式的效果好，与基于5种羽流模型理论推断的结果相吻合。
关键词中庭高层建筑防排烟优化设计数值模拟O pt i m i za t i on D es i gn of S m oke E xt r a ct i on i n t he H i gh—-r i se B l l i l di ng W i t h A t r i umH A N R us hi Z H U G uoq i ng Z H A N G G uo w ei Z H A N G Y uanyuan(C h／na U ni ze r si zy of M i ni ng and Ter．hnol ogy X udt ou，J i angm221116)A bst r act T he i nf l uenc es of t he f ir e8供lr ce hea t n—e脚r ate of f ir e011t he qua nt i t y of s m oke a弛anal vzed t o ac hi eve t he op-f i m i z af i on des i gn of t he w a y t o exha us t s m oke in t he bui l di ng w i th t he a t ri um．The s chem es0f t he s m oke exhaus t a弛put f o r-w ar d，i n w hi ch t he r a eehani ea l exha us t a nd nat u r al exha us t i s a dopt ed I．especdvel y i n i ni ti al st age a nd m i ddl e—l a t e r per i od．Taki ng O ll e hosp i t al i n X uzh ou鹤锄exam pl e，f i r e devel o pm en t m od el is est abl i sh ed，f i r e sc ena r i os a坤cl esi伊刚and fi r esi m ul a t i on sof t w a r e FI Y3i s used t O num er i c al l y si m ul a t e t he f i re s m oke t em pe r a t ur e a nd t he spre adi ng r ul e s．T hr e e ki nds0ff i re a nd s m oke cont r ol progra m s a托锄al p耐a nd c0珥日捌．‰t he m a xi m umhe at r e l eas e r at e of f i re i s4M W，t he m e-ehani ea l exha us t i s used i n i ni ti al st a ges of f ir e a nd nat u r al exha us t i n t he m i ddl e—ht er per i od，w hi ch i s bet t er t ha n on l y钺b1拒ng m echani cal exha us t or t he l"l at U m l s m oke ex haus t．I t is t es t ed a nd ver i f i ed at l as t，co nsi st e I吐w i t h t he r esul t s of theor efi eal anal ys i s．K eyW or ds at r i um hi i曲一ri se bui l di ng s m oke a血枷∞opt i m i zat i on desi gn num er i c al si m ul a t i onO引言中庭式的高层建筑因其“节能环保、贴近自然”，而且能够改善高层建筑内部的通风和采光条件，越来越受到众多开发商的青睐…。
大空间建筑防火分区问题的性能化评估
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大 空 间建 筑 防 火 分 区 问题 的性 能 化 评 估
徐海斌 ’ 许仕荣 胡晓文 。
摘
要 ：结 合 工 作 实 践 ，本 文 围绕 大 空 间 建
１Hale Waihona Puke 前 言 筑 实 例— — 湖 南 国 际 会 议 展 览 中 心 的 消 防 设
近年来 ， 随着我 国经 济建设飞速发展 ， 建筑技 术不断进步 ， 大空 间建筑 不断涌现。
这 些 体 量 大 、 积 高 、 用 功 能 特 殊 的 建筑 在 消 防 设 计 方 面 存 在 许 多 与 现 行 防 火 规 范 容 使 不 适 应 的 地 方 别 是 防 火 分 区 ， 满 足 建 筑 整 体 功 能 的 需 要 ， 常会 发 生 防 火 分 区 扩 特 为 经 大 ， 法 满 足 规 范 要 求 的 问 题 。 文 以湖 南 国 际 会 展 中 心 为 工 程 实 例 ， 用 性 能 化 防 火 无 本 采 评估的方式来解决防火分区扩大的问题。
大空间建筑排烟效果的实验研究
基 金 项 目 ： 家 “ 一五 ” 技 支 撑计 划项 目“ 型 及 重要 建筑 安 全 监 测 预 警 集 成 技术 研 究 与 示 范 ” ２０ Ｂ １Ｂ ３ 和 北 京 市 科 学 技 术 委 员 会 资 助 项 国 十 科 大 （０ ６ ＡＪ３ ０ ）
（ ） 图 １ 大空 间实验 厅示 意 图。 高 。 为 近 年来 随着 经 济 和社 会 的发展 ， 空 间建 筑 不 断 大
涌现 ， 而对其 防火设 计提 出了更 高的要求 。 进 由于在大 空 间 建筑 火灾 无法 进行 有效 的防烟 分 隔 ， 烟气 很 容易
在 整个空 间 内蔓 延 ， 而影响人 员 的安全疏 散 。因此 ， 从 在大 空 间建筑 中更 需要 采取 有 效 的排 烟措 施 ， 烟气 将
控 制 在 对 人 员 没 有 威 胁 的 区域 。
ｍ
大空 间的排 烟方 式一般分 为 自然排 烟与机 械排烟
两种 。 自然 排 烟 是 在 自然 力 的 作 用 下 ， 用 室 内外 空 气 利
温差通 过建 筑物上 部 的水 平或 竖直 开 口产生 自然 对流
进行 排烟 。机械排 烟是 利用具 有一定 抽 力的风机 进行 强制 排烟 ， 控制 烟气蔓 延 的最 有效 的方法 。 个优 良 是 一 的机 械排 烟系统在 火灾 时能排 出大部 分烟气 及８ 的 Ｏ 热 量 ， 而使 室 内 的烟气 浓 度 和温 度 大大 降低 。我 国 从 《 高层 民用建筑设 计防 火规范 》 以下简称“ （ 高规 ” 中对 ） 中庭 的防排 烟方式 进行 了 阐述 ： 低于 １ 的 中庭 可 以 ２ｍ
卷帘 门作 为 自然 补 气 口， 尺 寸 为 ４ｍ （ ） ２ｍ 其 宽 ×
关键 词 ： 空 问建 筑 ；烟 气控 制 ；自然排 烟 ； 械 排 烟 大 机
建筑防火设计之性能化理念
表 １ 设计与现行规范冲突的项 目
瑚懿 会议楼 多功能厅 主蔗厅
ｌ 媵 览 厅 Ｆ
２１ 气 控 制 难 度 大 ．烟
在建筑 物 内设 置防烟 分区是控制烟 气蔓延 的主要方 法，但是在 大 空间建筑 内无法有 效的采 取分 隔措施 。在馆 厅式建 筑 内，解决迅速 排 烟 问题具有 重要意 义，应研 究有效 的 自然排烟和机 械排烟 的方法 。中 庭 往往是某 个大型 高层建筑 的组成部 分，它将多个 楼层相 连 。这种 建
３ ２ ２某 国际会 展中心展览厅消防设计 ．． ３２ ２ １ ． ． ． 展览厅与现行 规范冲 突的具 体内容及性 能化设 计概要 建筑物平面形状 为 ４ ０ ５ ｍ× １ ０ ，未设置 穿越 建筑 物的消防车道 ； ５ｍ １层和 ５层没有进行 防火分隔 ，未形成规定 的防火 分区；１层和 ５层展 厅内某些场所 至最近疏散出 口的直线距离超过 ３ ｍ，疏散 出口处 门宽不 ０ 符合规 范要求。性能化 设计在展厅 １ 层和 ５层外围设置宽 １ｍ的消防车 ２ 道 ，面 向展 览厅 ， 消防车可 以直 接 由外 部进入 １层和 ５层展 厅 ，在 展厅内每隔 ３ ｍ设置宽 ６ Ｏ ｍ的消 防通道直通 出口，能使消防车直接进入 展厅 ，又 能够 防止 火 灾蔓 延 ，同时也 可作 为主 要疏 散通 道 。展 厅 内 采用不 燃烧材 料装 修 ，设置火 灾 自动 报警系统 ， ｌ层 设雨淋 系统 ，５ 层设 固定消 防水炮 系统 。展厅 内设置 了与主通道 直接 连接 的副通道 ， 主副通道 具有双 向疏散 的能力， 同时设置 了明显的避难 路线 ，尽 可能 缩短避难 时 间。１层观 景走廊 、５层观 景走廊 和 １层主展 厅大空 间未 进行防火 分隔 。设 计采用全 区域设置火灾 自动报警系统 和 自动喷水 系 统 ，确保 与可燃 物 品堆放 的 间隔保 持 ６Ｉ ｌ ｌ以上 。 ３ ２ ２ ２展 览厅 安全性能的确认 方法 ． ．． 模拟火 灾场景 ，设定火源 面积及热释放速 率 ，结合 火源及其扩散
中庭建筑防排烟设计探讨
1.前言建筑物火灾造成的人员伤亡,大部分为烟气所致,而这些与其防排烟系统设计有绝大的关系。
防排烟就是将火灾时的烟限定在某区域内,或改变烟的流动方向,借以控制并降低火灾烟气蔓延扩散并在疏散人员时提供安全的通道和有效的时间。
提供可待守的环境,以利消防人员进行援救,保障生命安全,减少财物损失。
目前在国外先进国家大都将防排烟设计视为影响避难逃生的重要因素之一,有效的防排烟设计可适当的防止或延阻烟层的扩散或沉降,当然也就相对增加避难安全所欠缺的逃生时间,因此,将防排烟与避难设计综合考量进行性能化设计应当可发展出相当安全且符合经济效益的设计系统。
中庭建筑是指建筑内部存在贯穿多个楼层,并与各楼层相通的大体积空间的建筑。
随着我国经济的高速发展和新技术、新材料在建筑领域的运用,中庭建筑这一建筑形式也逐渐广泛地应用在商场、会展中心等大型公共建筑,其火灾特性与普通建筑火灾存在较大的差异,它具有内部空间大、使用功能复杂,火灾荷载大、人员密度大、内部难以实现防火防烟分隔、火灾烟热不易排出等特点。
火灾烟气一旦进入中庭,高温有毒的烟气将迅速扩散,充满整个空间,并很快蔓延到中庭相通的各楼层,加速火灾的扩散,影响安全疏散。
同时由于其高度的延伸、空间通透视觉效果、大面积自然采光等建筑要求,其内部不宜进行防烟、防火分隔,给现代建筑消防设计带来了新的挑战。
2.中庭建筑火灾与常规建筑火灾的特点2.1常规建筑火灾的特点2.1.1破坏源常规火灾对人体造成危害主要包括两个方面:1)热量:火灾产生的大量热量不但可直接伤害人体,而且当热量积累到一定程度后将产生极具破坏性的“轰然”现象。
(轰然:是指室内火灾由局部火向大火的转变,转变完成后,室内所有可燃物表面都开始燃烧的现象).2)烟气:火灾烟气会造成严重危害,其危害性主要来自毒害性、减光性和恐怖性三个方面。
毒害性和减光性是对人生理上造成的危害,而恐怖性则是对人在心理上造成的危害。
2.1.2火灾烟气的流动过程火灾发生后,由于可燃物不断燃烧,产生大量的烟和热,并形成炽热的烟气流。
大型商业建筑中的性能化设计问题探讨
餐 厅 内采 用 自动 喷 水 灭 火 系 统 ，则 其 火 灾 热 释 放 速 率 可 由 Ｃ ＡＳ Ｆ Ｔ中 的 评 估 工 具 Ｄ Ｔ Ｃ Ｅ Ｅ Ｔ－ Ｔ 和ＤＥ Ｃ － 计 算 自动 喷 水 灭火 系 统 的 启 动 ２ ＴＥ Ｔ ＱＳ
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第 １ ５卷 第 ３ 期
２００６年 ７月
文章编 号 ：１０ — ３ ９ ０６一 １６ ０ ｏ４ ５Ｏ （ ０ ）０ － ７ ２ １
火
灾
科
学
ＶＯ ． ５． １ １ ＮＯ． ３
Ｊ １ ２ ０ ｕ ． ０ ６
ＦＩ ＲＥ ＳＡＦＥＴＹ ＣＩ Ｓ ＥＮＣＥ
大 型 商 场 的 建 筑 特 点 和 性 能化 问题 ，提 出 了通 过 设 置 防 烟 走 廊 阻 止 火 灾 高温 烟 气进 入 作 为疏 散 临时 安 全 区的 中 庭 的设 计 方 法 。 在 合 理 估 算 建 筑 内 火 灾 和 人 员荷 载 的 基 础 上 ，选 用合 适 的模 型 ，通 过 对 火 灾情 况下 的 烟 气 蔓延
和人 员疏散进行 数值模拟和 分析 ，验证 了防烟走廊 的设 置可有 效提 高中庭 的防火安 全性 能。
关 键 字 ：性 能 化 防 火 设 计 ；人 员疏 散 ； 火 灾 ；烟 气 蔓延 ； 商业 建 筑
中图分类号 ：ＴＵ２
文献标识码 ：Ａ
Ｏ引言
近 年来 ，随着 我国 经济 持 续稳 定 的增 长 ，我
大型商业建 筑 中的性能 化设计 问题探讨
陈涛 ，杨锐 ，孙 占辉 ，纪杰 ，陆守香 ，袁宏永
（． １ 清华大学 工程物理 系／ 公共安全研究 中心 ，北京 ｌ ０ ８ ； ００ ４ ２ 中国科学 技术大学火灾科学国家重点实验室 ， 合肥 ２ ０ ２ ） ． ３ ０ ７
在疏散走道和面积大于50m2的房间设置机械排烟口
工程设计做法讨论
消防风机设置场所问题
☆错误做法：排烟风机或汽车库排风兼排烟风机， 为了不占用机房面积，直接吊装在未采取保护措 施的室内空间内，排烟风机直接受烟火威胁。 ☆正确做法：设置排烟风机房；采取保护措施。 需注意一个是要能够打开围合空间以满足风机检 修要求，一个是需要引入冷却风的风机要从室外 或其他防烟分区引入冷却风。 消防有关的风机如加压送风机、排烟补风机等均 应得到防护，保证发生火灾时正常运行。
工程设计做法讨论
消防风机设置场所问题
☆规范： 高规：排烟风机应保证在280℃时能连续工作30min 建规：排烟风机应能在280℃的环境条件下连续工作 不少于30min ☆问题：规定不清晰，280℃是指通过风机的烟气温 度还是风机所处的环境温度？ ☆风机耐火极限：现行行业标准《消防排烟风机耐 高温试验方法》GA211-2009进行风机内部耐受高 温气流试验。说明风机不具备耐受外部烟火侵袭 能力。
工程设计做法讨论
排烟风管穿越防火分区问题
☆方案一：设置防火阀， 但增设防火阀会增加其 误动作导致排烟系统故 障的风险。 ☆方案二：采用耐火极限 符合一定要求的排烟风 管,取代防火分区间的 防火阀。如图所示。
工程设计做法讨论
排烟风管穿越防火分区问题
☆方案二中风管耐火时间： 穿越一般防火分区的，风管耐火时间1.5h。（与 防火阀耐火时间相当） 穿越前室、楼梯间等重要场所的，风管耐火时间 2h。
保障条件 单点火灾、火灾初期、一定时间。
工程设计做法讨论
防烟分区的划分问题
☆规范：每个防烟分区的面积不宜超过500㎡
☆问题：防烟分区面积划分得很小合理吗？
☆错误做法：为了减小排烟系统风量，在设计大空 间的排烟系统时，将排烟分区划分得很小，更为 典型的是设计地下车库排烟系统时把突出楼板下 高度超过500mm的结构梁当做挡烟垂壁，划分出数 量众多的防烟分区。
《建筑防烟排烟系统技术标准》(GB51251-2017)宣贯上传
•
火灾时烟气卷吸四周空气所产生的混合烟气流。烟羽流按火焰
及烟的流动情形，可分为轴对称型烟羽流、阳台溢出烟羽流、窗口
型烟羽流、墙型烟羽流、角型烟羽流。
直灌式加压送风——利用国外资料和国内实验成果
2.术语
• 2.1.11 储烟仓 smoke reservoir
位于建筑空间顶部，由挡烟垂壁、梁或隔墙等形成的用于蓄积火灾烟 气的空间。储烟仓高度即设计烟层厚度。
注：1 表3.4.2-1至表3.4.2-4的风量按开启1个2.0m×1.6m的双扇门确定。当采用 单扇门时，其风量可乘以系数0.75计算; 2 表中风量按开启着火层及其上下两层，共开启三层的风量计算； 3 表中风量的选取应按建筑高度或层数、风道材料、防火门漏风量等因素综合 确定； ——曾经有注4（4 对于有多个门的独立前室，其送风量应按前室门的个数计算 确定）
简介
• 3.3 系统控制 • 防、排烟系统的启动 • ——启动区域及启动方式 • 防、排烟系统联动控制的要求 • 加压送风系统的测压及风压调节 • 显示防排烟设施的启闭状态
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建筑防火设计 大空间建筑的防排烟性能化设计王凌东(西藏自治区消防总队,西藏拉萨850000) 摘 要:针对大空间、大面积新型现代化建筑工程的防排烟设计难以满足规范要求的问题,对重庆国际会展中心展览馆超规范建筑工程的防排烟设计,采用实验室数据定量计算和评估的方法对其突破规范设计部分进行评估,对大空间建筑工程的防排烟性能化设计方法进行了研究探讨,为如何正确把握性能化设计的审核提供了参考。
对大空间建筑防排烟设计的分析,为新型多功能建筑的性能化设计和审核提供一个思路。
关键词:大空间建筑;防排烟;性能化设计中图分类号:X924,T U242.5 文献标志码:A文章编号:1009—0029(2008)01-0014-041 引 言建筑火灾中的烟气是造成人员伤亡的主要因素,因此建筑防排烟设计尤为重要。
但由于大空间的新型现代化建筑火灾所带来的危害和严重后果,是以往小型、低层、单一化建筑无法相比的。
而此类建筑如按现行“处方式”规范进行防排烟设计,不仅达不到火灾实际状况下的防排烟效果,也容易造成工程上的浪费,更为其消防审核带来新的技术难题。
重庆国际会展中心展览馆是一个典型的大空间、大面积的新型现代化建筑,由于规范的很多条款在制订时并未考虑到这类建筑的出现,故此类建筑在设计中必然会有许多地方与现行技术规范产生矛盾。
通过对重庆国际会展中心展览馆在防排烟设计方面的分析,采用实验室数据定量计算和评估的方法对其突破规范设计部分进行评估、审核,确定这些设计方案是否可行,是否能达到预期安全目标,从而为消防审核提供参考依据,为正确把握性能化设计的审核提供一个参考。
2 工程概况重庆国际会议展览中心位于重庆市南岸区南坪北路,占地面积91554m2,总建筑面积为227222m2,其中地上183267m2,地下43955m2。
展览中心主体建筑分为三个部分:展览馆、会议中心和商务酒店。
展览馆位于会展中心的南侧,共三层。
一层建筑面积24870m2,二层建筑面积21808m2,三层建筑面积21808m2,一、二层分别设有2个夹层,三层设1个夹层。
建筑总高度为47m,一层和二层建筑高度均为16m,三层最低处的建筑高度为15m。
展览前厅为一长153.3m、宽22m、高36m的高大中庭。
各层展厅通过走廊和一侧的中庭相连。
整个建筑采用玻璃幕墙通透设计,第三层屋顶采用弧形大跨度钢管桁架结构屋面形式,并设带形玻璃采光天窗,不设吊顶。
展览馆一层展厅和二层均设有机械排烟系统,各排烟口间距均不超过30m,各防烟分区之间设有80 mm高的挡烟垂壁,最大防烟分区面积不超过1000 m2;三层未设机械排烟系统,采用自然排烟方式,设有地面积5%的电动自然排烟天窗;首层前厅的高大空间中庭上下贯通,未设任何防排烟设施;各层回廊与中庭相连处均设置机械排烟。
展馆馆内8个疏散楼梯均为防烟楼梯间,另设有消防电梯4部,楼梯间、前室和合用前室均采用机械正压送风系统进行防烟。
3 展览馆在防排烟设计上存在的消防问题消防审核中发现该展馆在防排烟设计中有4处突破现有消防技术规范的问题:(1)展馆标高32m处(第三层)由于采用了弧形大跨度钢桁架结构屋面形式,致使展览部分(建筑面积15000m2)由于空间形式制约,无法设置防火卷帘和划分防火分区,而是作为一个防火分区考虑,严重超出规范的要求;(2)展馆三层屋顶钢桁架结构未进行防火保护;(3)展馆标高32m处(第三层)大空间净高16m,按规范要求应设机械排烟,但为避免机械排烟设备影响整个暴露结构形式的完整性,未设置机械排烟系统,而采用了电动的自然排烟窗进行自然排烟。
(4)展馆首层前厅和前廊为大空间结构,整个前厅和前廊作为一个防火分区,且前廊内未设置机械排烟系统。
4 可行性判定建筑防排烟设计是进行建筑防火设计的基本依据,必须严格遵循。
但随着建筑业迅速向功能复杂化、多样化、个性化的方向发展,新型建筑物的建筑结构、建筑性能和使用功能的不断更新,其防火安全设计也已超出了传统的“处方式”防火设计规范规定的适用范围。
基于此点,考虑到展览馆属于大空间新型现代化建筑,突破规范部分又经过中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室进行了模拟实验的安全评估,所以笔者在审核时既没有直接按规范拒绝这些设计,也没有直接采信其安全评估结果,而是对其安全评估过程重新进行了计算、审查和判断,以确保突破规范部分设计能够在火灾时不影响人员的安全。
4.1 防火安全目标和安全判定标准4.1.1 防火安全目标该展览馆应达到的防火安全目标及相应的设计目标,见表1所示。
表1 防火、损失和设计目标防火目标损失目标设计目标减少起火可能性尽量把火灾控制在早期阶段确保火灾探测与灭火系统的正常作用;尽量保证火灾探测与灭火系统的有效性保证生命安全展厅起火后馆内无人员死亡确保馆内人员逃离至安全区域;保证疏散通道内人员足够安全保证建筑物安全火灾不在防火分区之间蔓延,确保三层钢架不会发生坍塌确保火灾控制在防火分区不会向外蔓延,保证钢架附近温度低于其失效温度 人员的消防安全疏散过程大致分为察觉火灾、疏散行为准备、逃生行动、到达安全区域等阶段。
从火灾发生至火灾发展到对人体构成危险所需的时间,大致由可燃物被点燃及火灾发展到下述状态的时间构成:(1)上部烟气层的热辐射强度能对人体构成危险,一般取烟气温度达到180℃。
实验结果表明,烟气温度达到180～200℃时,热辐射强度达到人体对火灾环境的热辐射耐受极限值为2.5kW/m2;(2)当烟气可直接侵袭人体时,烟气温度超过100℃。
相关试验表明,对大多数建筑环境而言,人体承受100℃环境的对流热仅能维持1min;(3)有害燃烧产物的临界浓度达到对人体构成伤害的危险浓度,典型的是CO的体积分数达到0.25%;(4)烟气层降到人眼高度,减光度达到人员行动速度的极限值,实验表明大面积区域减光度不应大于0.1/m。
综合以上分析,确定展览馆内保证人员整体安全疏散应达到如下定量标准:对于起火房间或防火分区:应达到2.1m以上空间平均温度不大于180℃,2.1m以下空间内的烟气温度不超过100℃,且减光度小于0.11m。
对于非起火房间或防火分区:应达到烟气层高度在2.1m以上,烟气温度不大于180℃。
对于展览馆内的夹层:应达到烟气层高度在2.1 m以上,烟气温度不大于180℃。
对于出口、前室和亚安全区达到:无烟气进入。
4.1.2 屋顶钢结构安全判断钢结构主要构件的耐火性能应保持结构在火灾条件下的稳定性。
对建筑构件耐火极限的要求应考虑:(1)建筑物的功能和用途、建筑空间的高度、与相邻建筑的相对位置;(2)建筑物内的火灾荷载、可能的火灾强度和火灾危险性;(3)防火分区的大小及其分隔方式;(4)建筑物内部灭火系统的设置情况及其可靠性和有效性;(5)消防队是否能及时救援及其救援能力;(6)构件形式及其在结构受力体系中的作用;(7)人员安全疏散所需要的时间。
火灾对建筑结构的影响主要是燃烧产生的高温。
建筑构件的强度取决于建筑材料的性能,而建筑材料的性能会随着温度的升高而发生很大变化。
例如,在200℃时,混凝土的弹性模量可降至常温时的一半,到400℃时可降至常温时的15%左右。
对于钢材,温度达到550℃左右时,钢材便会丧失支撑能力,1500℃时钢开始熔化。
当钢的温度达到350℃及其以上时,钢的屈服强度下降至室温屈服强度的2/3或更低。
因此,可以设定钢构件开始失效的温度为350℃。
综合以上分析,确定该工程中屋顶所用钢桁架安全不需要采取保护措施的定量判据是:火焰及烟气羽流在钢桁架处的温度未及350℃,否则钢桁架应采取保护措施。
4.2 定量分析4.2.1 烟气层温度和高度的定量计算中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室通过对人员疏散模拟实验得出:人员在900s内能够基本疏散完毕。
对这个实验结果,笔者采用了计算机模拟软件Build Evac进行核算。
从火势发展和蔓延分析看,由于夹层内可燃物和人员较少,且为非大空间部分,火源功率不会过大,距离楼层顶部较近,烟气上升距离较短,羽流卷吸量较少,因此烟气下降的速度将大大减小,其危险性远没有火灾发生在展厅地面时大。
所以,在计算和设置火灾场景时,不予考虑夹层着火的情况。
展厅是展馆内可燃物相对最多的区域,因此展厅起火可视为快速发展火灾,将火源设定为t2火,参考美国消防协会标准NFPA 204M《Standard o f Smo ke and Heat Venting》(2002)中火灾增长系数 的取值,见表2。
取火灾增长系数 =0.04689,则当900s时,火源功率达到38MW。
疏散模拟实验已证明了15min内人员基本疏散完毕,人员安全得到了保证,则900s时,火源功率被控制在38M W,所以最大火源功率定为38 M W。
按外界环境常温20℃时确定4个火灾场景,随着时间的推移,分别计算烟气层温度的变化和烟气层高度的发展情况。
表2 火灾增长系数 取值表火灾类型典型的可燃材料火灾增长系数/k W/s2慢速火粗木条、厚木板制成的家具0.0029中速火棉质/聚酯垫子0.0120快速火装满的邮件袋、木制货架托盘、泡沫塑料0.0469超快速火油池火、快速燃烧的装饰家具0.1870 (1)场景1。
假定火灾发生在三层展厅。
三层展厅简化尺寸为176m×84m×16m的立方体,体积为236554m3,火源位置设置在模型中心位置。
针对烟气自然填充、自然排烟(自然排烟口面积取地面积的5%)的情况分别进行计算,计算工具为FDST和CFAST。
(2)场景2。
火灾发生在一、二层展厅面积最大的防火分区内。
一、二层展厅共分三个防火分区,其中最大一个防火分区简化尺寸为84m×66m×16m的立方体,体积为88704m3,火源位置设置在四个相邻排烟口的中心位置。
换气次数按4次/h,则机械排烟量为354816m3/h。
为方便计算,排烟口简化为9个平均分布在防火分区顶部的4m×4m的开口,每个开口流量为40000m3/h。
计算工具为FDS和Smo ke Cal。
(3)场景3。
火灾发生在一、二层展厅面积最小的防火分区。
一、二层展厅最小防火区简化尺寸为84m ×48m×16m的立方体,体积为64512m3,火源位置设在防火分区中心位置。
换气次数按4次/h,则机械排烟量为258048m3/h。
为方便计算,排烟口简化为8个平均分布在防火分区顶部的3m×3m的开口,每个开口流量为33000m3/h。
计算工具为FDS和Smo ke Cal。
(4)场景4。
火灾发生在展馆中庭。
展馆中庭和展厅疏散回廊相连,回廊内设有机械排烟系统。
参考上海市《民用建筑防排烟技术规程》中“当室内或走道设有符合要求的排烟措施时,无可燃物或可燃物较少且高度大于30m的中庭、大堂,可不设排烟系统。