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1、1,建筑物性能化防火设计简介,2,性能化防火设计，是指针对特定建筑物的消防安全目标，综合考虑其使用功能、建筑构造、火灾荷载、环境条件等相关因素，运用消防安全工程学的原理和方法，提出具体防火设计方案；对设计方案进行消防安全评估，验证其设计结果是否达到现行国家工程建设消防技术标准要求的同等消防安全水平；根据评估结论对设计方案进行修改完善，形成相应的设计文件，是设计与评估一体化的一个完整过程。,3,建筑物防火设计分为建筑物指令性防火设计和建筑物性能化防火设计，建筑物指令性防火设计又称处方式，设计者只要按照规范规定进行设计就认为该建筑的防火安全是符合要求的。建筑物性能化防火设计又称目标式，是社会需求和
2、经济技术发展的结果，具有可预见性，前瞻性。设计者可根据设计对象，按规范许可的措施或性能化设计和评估方法来完成可以满足最低规定安全水平的设计。性能化适应于新型的、特殊的建筑设计与评估；指令性适用于一般的、普遍的建筑设计与评估。,4,一、建筑物性能化防火设计的 总体目标和内容,5,（一）建筑物性能化防火设计的总体目标： 建筑物的消防安全目标随建筑物的使用功能和性质及其建筑高度而有所区别，设计中应根据实际情况确定是否应达到下述全部或部分目标。 1保证建筑物内使用人员的生命安全以及救援人员的人身安全； 2保证建筑物的结构不会受到严重破坏而发生垮塌，或虽有局部垮塌，但不会发生连续垮塌而影响建筑物结构的整
3、体稳定性； 3保证建筑物内财产的安全，防止火灾发生或延缓火灾增长，减少火灾损失； 4保证相邻建筑物不会被引燃，控制火灾扩散； 5保证建筑物不会因火灾而对商业运营、生产作业产生较大损失，保护环境。,6,（二）建筑物性能化防火设计的主要内容： 建筑物性能化消防设计的核心是建筑物的总体消防安全性能评估。该评估既是为了验证其设计方法及其结果是否与现行规定的规定等效或者是否能达到与该建筑相适应的消防安全水平，也是为了进一步修改和完善现有设计方案。不同功能的建筑物，其评估重点略有差异。一般应至少包括下列全部或其中几项内容： 1确定建筑防火规范设定的评估目标及其相应的定量指标 2火灾场景确定和火灾设定 3建
4、筑物的结构特征、性能和防火分区评价 4人员的特征、特性和安全疏散能力分析与评价 5火灾的蔓延特性预测 6烟气的流动特性预测 7钢结构耐火性能评价 8火灾探测与报警系统、自动灭火系统、防排烟系统等消防系统的可行性与可靠性分析与评价 9危险性评价与不确定性分析,7,二、建筑物性能化消防设计的 程序和步骤,8,（一）建筑物性能化消防设计的程序 建筑物性能设计一般由设计师、业主、消防工程咨询专家等共同参与实施。建筑物性能化消防设计的一般程序为： 1确定建筑物的使用功能和用途、建筑设计的性能设计目标； 2检查为实现建筑师的设计思想与业主的要求，现行标准中哪些规定无法按规定要求实施，从而确定需要采用性能化
5、设计方法进行设计的问题。,9,确定设计标准过程示意图（1）,10,3进行性能化试设计和评估验证 评估结果综合分析过程示意图（2）,11,4修改完善设计并进一步评估验证确定是否满足所确定的消防安全目标 防火性能改进决策过程示意图（3）,12,5提交审查与标准。 （二）性能化设计的基本步骤： 建筑物性能化防火设计是建筑设计的一部分，一般在建筑的方案设计或扩初设计阶段开始。对于可能需要采用性能化防火设计方法的建筑设计，消防工程师应尽可能早地参与其中。建筑物性能化消防设计一般步骤（图4）：,13,防火性能化设计步骤图（4）,14,1定性设计。确定建筑物进行性能化设计的范围和目标，建立一个或几个设计方案
6、,收集设计要素，性能化设计与评估应清楚地阐明消防安全设计目标并根据设计范围设定更为具体的安全目标。 2量化分析。应用火灾科学原理，采用确定性研究方法或概率性风险评估方法，评估设计方案。分析可针对一个、几个或全部的分系统进行。分系统如下： （1）火灾在着火部位的增长过程。目的：量化火灾增长，为建筑消防设施和消防扑救提供设计依据。 （2）烟气在着火部位内外蔓延过程。目的：确定场所形成人员不可耐受条件产生的时间及火灾探测系统的响应时间。 （3）火灾在着火部位外的蔓延。目的：确定建筑构件的耐火等级或抗火能力。 （4）建筑消防设施的运作。目的：确定火灾探测和防排烟、喷淋等相关系统的的效应。 （5）消防救
7、援系统。目的：消防灭火救援资源组合效率的评估。 （6）安全疏散系统.目的：评估建筑的疏散体系。,15,3目标判定：可采用确定性研究方法，对重大项目同时应使用概率性研究方法。 （1）确定性研究方法的判定标准是设计对象在假设发生火灾(通常为最不利情况)的基础上, 应该达到的消防安全指标。 （2）概率性研究方法的判定标准是一个给定事件的可接受的低发生概率。 4方案产生：在完成上述程序的基础上进行试设计，对试设计进行评估和修改完善设计； 选择和确定最终性能化设计方案。,16,（三）性能化设计必须具备的设计要素： 性能化设计必须收集相关设计要素（图5），设计要素一般分为： 1特征要素：建筑物的特征、发生
8、火灾的规模、人员特征、热释放速率、火焰尺寸、烟量、烟气温度、烟密（浓）度、毒性气体浓度等。 2环境要素：疏散策略、环境影响、构件的耐火极限、消防队灭火能力等。 3时间要素：轰燃时间、火在封闭空间内蔓延的时间、报警系统动作时间、防排烟系统动作时间、防火防烟分隔物动作时间、灭火系统动作时间、消防队响应时间、消防扑救时间、疏散时间等。 4概率要素：火灾统计数据，建筑消防设施各系统可靠性数据等。进行性能化评估，如采用概率性研究方法需增加概率要素。,17,收集性能数据过程示意图 （5）,18,人员疏散分析方法,人员安全疏散分析是建筑物性能化消防设计与评估的重要内容之一，其目的是通过计算火灾发展到致使环境
9、条件达到人体耐受极限的时间（ASET）和从火灾发生到人员疏散到安全地点所用的时间（RSET），从而判定人员在建筑物内的疏散过程是否安全（图7）。判定标准为：如果AESTRSET，则可认为人员的疏散过程是安全的；否则，人员的疏散过程应视为不安全，需要修改设计。,19,火灾发展与人员安全疏散时间线示意图（7）,20,（一）ASET的计算 计算ASET时，通过分析火灾燃烧过程中产生的高热毒性烟气环境对人体生理及心理的影响，从而判定火灾发展达到人员的耐受极限的时间。火灾时建筑物内影响人员安全疏散的主要因素包括：着火空间内的烟气层高度、对人的热辐射、热对流、毒性和可视度、人员的生理与心理特征、建筑物内其
10、他区域内的人员分布状况和疏散条件。 在性能化设计中，一般如果同时满足以下两个条件，则认为能够保证人员的疏散安全： 12m以上空间的烟气平均温度不大于180； 22m以下空间内的烟气温度不超过50且可视度不小于10m。,21,（二）REST的计算。 火灾发生之后，人员疏散行动受诸多环境因素的影响，且不会同时、马上开始。一般，人员疏散时间可由报警时间、人员的疏散预动时间和从开始疏散到到达安全地点的行动时间组成，即： RSET=Td+Tpre+Tt 式中：Td报警时间 Tpre人员的疏散预动时间 Tt人员疏散行动时间 1报警时间。火灾发展到一定阶段，可燃物燃烧产生的火焰、热烟气或辐射热将触发火灾探测
11、与报警装置而发出报警信号，使人们意识到有异常情况发生，或者人员通过本身的味觉、嗅觉及视觉察觉到火灾征兆并且报警。这个过程所耗时间一般视为报警时间。 报警时间的长短取决于所采用的火灾探测与报警装置的类型及其布置、火灾的发展速度及其规模、着火空间的高度等因素，还应考虑当时建筑内人员的密度及人员的安全意识与清醒状态等。,22,2人员的疏散预动时间。人员的疏散预动时间为人员从接到火灾警报之后到疏散行动开始之前的之段时间间隔，包括识别时间和反应时间。识别时间为从火灾警报发出后到人员还未开始反应的这一时间段。反应时间为从人员识别警报并开始做出反应至开始直接朝出口方向疏散的时间。与识别阶段类似，反应阶段的时
12、间长短也与建筑空间的环境状况有密切关系，从数秒钟到数分钟不等。 3人员疏散行动时间。人员疏散计算主要有水力模型和人员行为模型两种方法。在设计中涉及到人员密度、疏散速度、建筑的有效疏散宽度、建筑的功能与用途、平面布置等参数。,23,建筑结构耐火安全分析 建筑火灾是一种损失较大的多发性灾害，火灾后往往会对建筑结构造成一定的破坏和损伤。通过建筑构件的耐火设计，合理确定构件的耐火能力，以限制火灾蔓延，保证建筑结构构件的完整，减轻建筑物的火灾损害是建筑防火设计中必须考虑的重要内容。 （一）结构耐火设计的目标 结构耐火一般通过对结构构件采取防火保护措施，使其在火灾中承载力基本不下降。因此，建筑物结构耐火设
13、计的总目标可描述为：建筑物中主要受力构件的耐火性能应能在合理的基础上保持建筑结构在火灾条件下的安全性和整体稳定性，力求实现结构安全与消防投入的高效统一。结构耐火设计的具体目标可描述为： 1减轻结构在火灾中的破坏，避免结构在火灾中局部倒塌影响内部人员安全疏散和造成外部灭火救援困难。 2预防因构件破坏而加剧火灾中的热对流和热辐射，使火灾蔓延至其它防火分隔空间或相信建筑物。 3能为灾后修复提供条件、减少灾后结构的修复费用和难度。,24,三、建筑物性能化防火设计的使用范围和社会条件 建筑物性能化消防设计是建筑物设计的一种可供选择工程设计方法之一,它可以完全按照性能化消防规范或火灾数学模拟与数值分析方法
14、进行,也可以与现行规格式规范一起使用.但在实际工程设计中,并不是所有的建筑物都应该或有必要完全按照性能化的工程方法进行设计。,25,（一）建筑物性能化防火设计的适用范围 建筑物的消防设计必须依据国家现行的防火规范及相关的工程建筑规范进行.只有对于现行国家和地方消防技术规范和标准未明确规定的、或按规范和标准实施确有困难，并影响建筑使用功能的一些特殊、大型的项目可以就整座建筑物或建筑物中的某些特殊部位进行全部或部分系统的性能化设计与评估。即使如此，所设计的建筑物的消防安全性能仍不低于现行规范规定的安全水平。一般为： 1大型的车站、机场、展览馆、体育馆、剧院； 2空间高大的商场、超市、物资仓库、物流
15、中心； 3中庭等共享空间 4医药、电子等洁净厂房 5其他性质重要、火灾危险性大、发生火灾后影响大的建筑。,26,对于现行国家工程建设消防技术标准未作规定的、或执行现行国家工程建设消防技术标准确有困难的功能复杂或空间超大的建筑物，可以就其整体或其中的某些特殊部位进行性能化防火设计。,27,对于符合下列情况的建筑物，以及其他现行国家工程建设消防技术标准已有明确规定的建筑物，不应采用性能化防火设计的方法进行设计： （一）住宅、公寓、宿舍等居住建筑； （二）公共建筑的办公室、客房、病房、教室等普通场所； （三）甲、乙类厂房、仓库； （四）歌舞娱乐放映游艺场所； （五）老年人建筑； （六）托儿所、幼儿园的儿童用房及儿童游乐厅等儿童活动场所。,28,