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1、建筑防火设计,第1章 建筑防火基础,第1章 建筑防火基础,建 筑 火 灾,1,建筑火灾及其发展和蔓延,2,建筑火灾烟气及其流动与控制,3,建筑防火设计基本概念,4,第1节 建 筑 火 灾,1 火灾及其危害 火是人类赖以生存和发展的一种自然力，火的利用具有划 时代的意义。火的利用使人类脱离了茹毛饮血的荒蛮时代，迈向人类文明的漫长征程。人类逐步将用火的范围不断扩大，用火技能逐步提高，促进了生产力的发展，在生活、生产和科学技术等方面发挥出越来越大的作用。 火是具有两重性的。当火失去控制，就会成为一种具有很 大破坏力的多发性的灾害，给人类的生活、生产乃至生命安全构成威胁。火灾，能烧掉人们辛勤劳动创造的
2、物质财富，使大量的生活、生产资料在顷刻之间化为灰烬；火灾，涂炭生灵，夺去许多人的生命和健康，给人们的身心带来难以消除的痛苦。,返回目录,我国1998年2007火灾状况统计,火灾是失去控制的燃烧现象。我国1998年2007年火灾状况统计见表11。由此表可见，10年间我国共发生火灾1367334起，平均每年的火灾直接经济损失超过10.5亿元，死亡2336余人。,火灾可分为建筑火灾、石油化工火灾、交通工具火灾、矿山火灾、森林草原火灾等。其中建筑火灾发生的起数和造成的损失、危害居于首位。自1992年以来，我国火灾直接经济损失均在12亿元以上，其中建筑火灾的损失约占80%；建筑火灾发生的次数约占总火灾次
3、数的75% 。 建筑物是人类进行生活、生产和政治、经济、文化等活动的场所，建筑物都存在可燃物和着火源，稍有不慎，就可能引起火灾，建筑又是财产和人员极为集中的地方，因而建筑物发生火灾会造成十分严重的损失。 随着城市日益扩大，各种建筑越来越多，建筑布局及功能日益复杂，用火、用电、用气和化学物品的应用日益广泛，建筑火灾的危险性和危害性大大增加。,2 建筑火灾案例,新疆克拉玛依市友谊馆火灾,图1-1 新疆克拉玛依市友谊馆遇难人员分布位置、破拆门窗平面示意,吉林省吉林市中北商厦火灾,点击播放,吉林省吉林市中北商厦火灾,点击播放,吉林省吉林市中北商厦火灾,确定火灾直接原因是中百商厦伟业电器行雇工于洪新在当
4、日9时许向3号库房送纸板时不慎将嘴上叼着的烟头掉落在地面上（木板地面），引燃地面可燃物引起火灾。引发的火焰及高温烟气通过未完全封闭的墙体进入中百商厦内，进而引起火灾事故的蔓延扩大。,点击播放,浙江省温州市鹿城区人民路温富大厦火灾 点击数字播放 1 2 3,3 建 筑 火 灾 原 因,生活用火不慎 炊事用火 取暖用火 灯火照明 燃放烟花爆竹 宗教活动用火 吸烟不慎 玩火,违反生产安全制度 违反生产安全制度引起火灾的情况很多。如在易燃易爆的车间内动用明火，引起爆炸起火；将性质相抵触的物品混存在一起，引起燃烧爆炸；在焊接和切割时，会飞迸出大量火星和熔渣，很容易酿成火灾；化工生产设备失修，发生可燃气体
5、、易燃、可燃液体跑、冒、滴、漏现象，遇到明火燃烧或爆炸等。 电气设备设计、安装、使用及维护不当,自然现象引发火灾 自燃 雷击 静电 地震 纵火 纵火分刑事犯罪纵火 精神病人纵火,我国19982007年火灾原因统计 表1-2,续表1-2,第2节 建筑火灾及其发展和蔓延,火灾造成建筑物破坏、人员伤亡和财产损失主要发生在火灾全面发展阶段，只有弄清这一阶段的火灾规律，才能更好地指导建筑防火设计，达到最大限度减少火灾损失的目的。,返回目录,1 可 燃 物 及 其 燃 烧,不同形态的物质在发生火灾时的机理并不一致，一般固体可燃物质在受热条件下，内部可分解出不同的可燃气体，这些气体在与空气中的氧气进行混合时
6、，遇明火即着火。固体用明火点燃，能发火燃烧时的最低温度，就是该物质的燃点。 一些固体能自燃，如木材受热烘烤自燃，粮食受湿发霉生热，在微生物作用下自燃。有些固体在常温下能自行分解，或在空气中氧化导致自燃或爆炸，如硝化棉、黄磷等；有些固体如钾、钠、电石等遇水或受空气中水蒸气作用可引起燃烧或爆炸等。 一些可燃液体随液体内外温度变化而有不同程度的挥发，挥发快者可燃的危险性大。可燃液体蒸气与空气混合达到一定浓度，遇明火点燃，呈现一闪即灭，这种现象叫闪燃。出现闪燃的最低温度叫闪点。,可燃固体的燃点,表1-3,液体的闪点 表1-4,可燃蒸气气体或粉尘与空气组成的混合物达到一定浓度时，遇火源即能发生爆炸。爆炸
7、时的最低浓度称为爆炸下限。遇火源能发生爆炸的最高浓度，称为爆炸上限。浓度在下限以下的时候，可燃气体、易燃、可燃液体蒸气、粉尘的数量很少，不足以发火燃烧；浓度在下限和上限之间，即浓度比较合适时遇明火就要爆炸；超过上限则因氧气不足，在密闭容器内或输送管道内遇明火不会燃烧爆炸。,可燃气体、易燃、可燃液体蒸气爆炸下限,表1-5,生产和储存物品的火灾危险性分类,火灾危险性分类的目的，是为了在建筑防火设计时，有区别地对待各种不同危险类别的生产和贮存物品，使建筑物既有利于节约投资，又有利于保障安全。,生产的火灾危险性分类 表1-6,储存物品的火灾危险性分类 表1-7,2.1 固体的分类标准,固体在常温下能自
8、行分解或在空气中氧化导致迅速自燃或爆炸的物品，如硝化棉、赛璐珞、黄磷等划为甲类。 固体在常温下受到水或空气中的水蒸气的作用，能产生可燃气体并引起燃烧或爆炸的物品，如钾、钠、氧化钠、氢化钙、磷化钙等划为甲类。 固体遇酸、受热、撞击、摩擦以及遇有机物或硫磺等易燃的无机物，极易引起燃烧或爆炸的强氧化剂，如氯酸钾、氯酸钠、过氧化钾、过氧化钠等划为甲类。 凡不属于甲类的化学易燃危险固体(如：镁粉、铝粉、硝化纤维漆布等)，不属于甲类的氧化剂(如：硝酸铜、亚硝酸钾、漂白粉等)以及常温下在空气中能缓慢氧化、积热自燃的危险物品(如：桐油、漆布、油纸、油浸金属屑等)，都划为乙类。 可燃固体，如：竹木、纸张、橡胶、
9、粮食等属于丙类。 难燃固体，如：酚醛塑料、水泥刨花板等属于丁类。 不燃固体，如：钢材、玻璃、陶瓷等属于戊类。,2.2 液体的分类标准,液体分类的标准，是根据闪点划分的，汽油、煤油、柴油等常用的三大油品是甲、乙、丙类液体的代表。将闪点小于28的液体，如二硫化碳、苯、甲苯、甲醇、乙醚、汽油、丙酮等划为甲类。闪点大于或等于28，小于60的液体，如煤油、松节油、丁烯醇、溶剂油、冰醋酸等划分为乙类。闪点大于或等于60的液体，如柴油、机油、重油、动物油、植物油等划为丙类。,2.3 气体的分类标准,划分气体火灾危险性的标准是气体的爆炸下限。凡是爆炸下限10的气体为甲类，爆炸下限10的气体为乙类。 氦、氖、氩
10、、氪等不燃气体划为戊类。,3 火 灾 荷 载,火灾荷载是衡量建筑物室内所容纳可燃物数量多少的一个参数，是研究火灾发生、发展及其控制的重要因素。在建筑物发生火灾时，火灾荷载直接决定着火灾持续时间和室内温度的变化。 建筑物内的可燃物可分为固定可燃物和容载可燃物两类。固定可燃物是指墙壁、顶棚等构件材料及装修、门窗、固定家具等所采用的可燃物。容载可燃物是指家具、书籍、衣物、寝具、装饰等构成的可燃物。 建筑物中可燃物种类很多，其燃烧发热量也因材料性质不同而异。为便于研究，在实际中常根据燃烧热值把某种材料换算为等效发热量的木材，用等效木材的重量表示可燃物的数量，称为等效可燃物量。为便于研究火灾性状以及选择
11、防火技术措施，在此把火灾范围内单位地板面积的等效可燃物量定义为火灾荷载：,qGiHi/H0AQi/ H0A,式中 ： q火灾荷载(kg/m2)； Gi某种可燃物质量(kg)； Hi某种可燃物单位质量发热量(MJ/kg) H0单位质量木材的发热量(MJ/kg)； A火灾范围的地板面积(m2)； Qi火灾范围内所有可燃物的总发热量(MJ)。,部分可燃物质的热值 表1-8,续表1-8（1）,续表1-8（2）,续表1-8（3）,家具发热量值（单位MJ） 表1-9,续表1-9,各种建筑物的火灾荷载密度 表1-10,续表1-10,各种建筑物中火灾荷载密度 表1-11,例11 某宾馆标准间客房长5m，宽4m
12、，其内容纳的可燃物及其发热量如表1-12所示，试求标准间客房的火灾荷载。,陈设、家具、内部装修的发热量 表1-12,根据已知条件，按照公式(138)，先分别求出固定火灾荷载和容载火灾荷载，再求出房间的全部火灾荷载。 固定火灾荷载q1： 容载火灾荷载q2： 全部火灾荷载q：,4 建筑火灾的发展过程,4.1 初期火灾 当火灾分区的局部燃烧形成之后，由于受可燃物的燃烧性能、分布状况、通风状况、起火点位置、散热条件等的影响，燃烧发展一般比较缓慢，并会出现下述情况之一： (1)当最初着火物与其它可燃物隔离放置时，着火源燃尽，而并未延及其它可燃物，导致燃烧熄灭。此时，只有火警而未成灾。 (2)在耐火结构建
13、筑内，若门窗密闭，通风不足时，燃烧可能自行熄灭；或者受微弱通风量的限制，火灾以缓慢的速度燃烧。 (3)当可燃物及通风条件良好时，火灾能够发展到整个分区，出现轰燃现象，使分区内的所有可燃物表面都出现有焰燃烧。,图1-5 烟层对地面的辐射热,初期火灾的持续时间，即火灾轰燃之前的时间，对建筑物内人员的疏散，重要物资的抢救，以及火灾扑救，都具有重要意义。若建筑火灾经过诱发成长，一旦达到轰燃，则该分区内未逃离火场的人员，生命将受到威胁。国外研究人员提出如下不等式： 式中 tp从着火到发现火灾所经历的时间； ta从发现火灾到开始疏散之间所耽误的时间； trs转移到安全地点所需的时间； tu火灾现场出现人们
14、不能忍受的条件的时间。,4.2 轰燃及轰燃时的极限燃烧速度,轰燃是建筑火灾发展过程中的特有现象。是指房间内的局部燃烧向全室性火灾过渡的现象。 通过实验得出的结论是：地板平面上发生轰燃须有20kW的热通量或吊顶下接近600的高温。此外，从实验中观察到，只有可燃物的燃烧速度超过40kgs时，才能达到轰燃。同时认为，点燃地板上纸张的能量，主要是来自吊顶下的热烟气层的辐射，火焰加热后的房间上部表面的热辐射也占有一定比例，而来自燃烧试件的火焰相对较少。 燃烧速度(质量)由下式给出： 式中 以质量消耗表示的燃烧速度(kgs)； Aw通风开口的面积()； H通风开口的高度(m)； k常量，约为0.09(kg
15、m5/2s)； AwH1/2通风参数,根据实验研究，得出了出现轰燃现象的极限燃烧速度的经验公式如下： 如果燃烧速度小于约80kgs时，木垛火灾就不会出现轰燃，可见木垛火灾出现轰燃的燃烧速度，是纸张出现轰燃燃烧速度的2倍。而且，当通风参数AwH1/2值小于0.8m5/2时，也不会出轰燃。,(1-4),图1-6 室内火灾燃烧速度与通风参数,4.3 旺盛期火灾的燃烧速度,单位时间内室内等效可燃物燃烧的质量称为质量燃烧速度。燃烧速度大小决定了室内火灾释放热量的多少，直接影响室内火灾温度的变化。 两种燃烧状况：一种是室内的开口大，使得室内燃烧速度与开口大小无关，而是由室内可燃物的表面积和燃烧特性决定的，
16、即火灾是燃料控制型的。另一种是室内可燃物的燃烧速度由流入室内的空气流速控制，即火灾是受通风控制的。 在房间窗口某高度处必然存在室内外压力差为零的中性层，沿窗口高度的压力分布呈直线关系。在该压力作用下，新鲜空气从窗口下部流入房间，而房间内的火焰、高温烟气从窗口的上部流出。,图1-7 火灾房间开口部位压力、速度分布 （a）压力分布；（b）空气流速分布,设室内外气体密度分别为1、0，中性层处压力为p0,重力加速度为g。则在中性平面以上高度h上室内1点的压力为： p1=p0-1gh （1-5） （1-6） 根据伯努利方程得： （1-7） 则： （1-8）,对于在中性平面以下h高度上，室外3点和通风开口内4点处的压力、流速也可作类似分析并得到：,（1-9）,为了代表位置的一般性，现用下标F代表室内气体，0表示环境气体，于是速度方程式（1-8）、式（1-9）可改写为：,（1-10）,（1-11）,将它们分别在各自的流通面积内积分，可以算出流入与流出的气体的质量流速，即：,流入,流出,（1-12）,（1-13）,Ca是流通系数，B是通风口的宽度（m），,是气体的质量流速（kg/s），,H和H”分别为冷空气和热烟气流通口的高度。将式（1-10）、式（1-11）分别代入这两式中，最后可得到：,（1-14）,（1-15）,