論性能化防火設(shè)計中安全疏散設(shè)計的檢驗

1、論性能化防火設(shè)計中安全疏散設(shè)計的檢驗摘 要： 以超高層商住樓為例 ,對 “性能化 ”防火設(shè)計中安全疏散設(shè)計的檢驗原理、方法進行了較為深入的探討 ,目的在于為我國的 “性能化 ”防火設(shè)計提供一種切實可行的設(shè)計方法。關(guān)鍵詞：防火設(shè)計 ;性能化 ;超高層商住樓 ;安全檢驗1 前言眾所周知 ,我國目前的防火設(shè)計方法是基于 “處方式 ”規(guī)范的防火設(shè)計 , 這種設(shè)計方法的局限與弊端已日益明顯 ,尤其是對于功能較復(fù)雜的建筑物來說 ,難以達到科學(xué)性、 經(jīng)濟性和安全性的統(tǒng)一。 而 20 世紀 80 年代以來國際上流行的 “性能化 ”設(shè)計方法為解決這些問題提供了新的嘗試 , 因為 “性能化 ”設(shè)計方法的精華在于

2、: (1) 對不同建筑物及不同用途的房間進行火災(zāi)模擬 ,即“設(shè)計火災(zāi) ”場景 ; (2) 建立在 “設(shè)計火災(zāi) ”之上的 “性能化 ”設(shè)計 ; (3) 進行安全檢驗 ,主要包括 :結(jié)構(gòu)耐火性能的檢驗、安全疏散設(shè)計的檢驗等。 其中 “安全檢驗 ”是最重要的一個方面。 本文僅結(jié)合實例針對超高層商住樓裙房商場部分的疏散設(shè)計進行 “性能化 ”安全檢驗。其中數(shù)學(xué)模型及公式取自 “2002年 3 月澳大利亞墨爾本性能化設(shè)計國際會議 ”上的一個日本的案例。2 對超高層商住樓進行安全檢驗的重要性超高層商住樓整體高度超過了 100m ,屬超高層建筑中的一種。 其結(jié)構(gòu)上采用了框架 - 剪力墻結(jié)構(gòu) ,底部裙樓采用了框

3、架結(jié)構(gòu) ,上部的塔式住宅樓為剪力墻結(jié)構(gòu)。而裙樓以上塔式住宅以下還有一個架空層作為結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。從功能上講底部裙房均做商場及公建配套使用 ,上部為住宅用房, 因而可以看成是底部的多層綜合樓和上部的單幢或多幢的塔式住宅樓圍合組成的高級住宅小區(qū)合二為一的復(fù)合建筑。這樣 “商 ”與“住”就被較好的分隔開來 ,既保證了建筑物的商業(yè)價值 ,又能通過裙房屋頂架空層的園林綠化實現(xiàn)上部住宅小區(qū)的環(huán)保、綠化及營造良好的小區(qū)生活氛圍。但是這類建筑一旦發(fā)生火災(zāi) ,將給超高層建筑內(nèi)人員的安全疏散造成許多困難 ,這表現(xiàn)在 :(1) 疏散手段有限。超高層商住樓的平時垂直交通主要是電梯 ,而一般客用電梯沒有防煙、防火、防水等措

4、施 ,火災(zāi)時必須停止使用 ,消防電梯又主要為消防隊員撲救火災(zāi)進行救援使用 ,加上住宅塔樓沒有進行避難層設(shè)計等種種原因 ,因此火災(zāi)時有限的樓梯間 (一般為一對防煙剪刀樓梯) 是室內(nèi)人員垂直疏散的唯一途徑。(2) 疏散時間長。雖然住宅塔樓每層的固定住戶一般不多于十戶 ,即每層的固定人口只是數(shù)十人。 但由于塔樓中沒有設(shè)置避難層 ,疏散距離長 ,大量的疏散人流在有限的樓梯間匯集后 ,極易產(chǎn)生擁擠堵塞 ,因此人員的安全疏散需較長時間。 因此 ,有必要對超高層建筑的疏散設(shè)計進行 “安全檢驗 ”。本文的檢驗對象為某超高層商住樓裙房第五層的商場 (平面圖略) ,該層商場面積約為 2 700m2 ,其東西兩側(cè)各

5、有一部封閉疏散樓梯 ,南側(cè)又有兩部封閉疏散樓梯 ,頂棚高度為 3. 00m ,每個出口寬度為 1. 8m ,人群密度假設(shè)為 0. 5 人/ m2 , 通行系數(shù)假設(shè)為 1. 0 人/ m ·s ,步行速度假設(shè)為 1. 0m/ s。3 人在疏散中的危險臨界條件根據(jù)日本 2000 年 6 月工程部頒布的 關(guān)于安全疏散和結(jié)構(gòu)耐火性能的“性能化 ”評估方法中關(guān)于這個臨界條件的確定方法,即以煙氣層距地板的高度 S 滿足關(guān)系 : S = 1. 6 + 0.1 H( H 為樓板高度 ,m) 時認為達到危險狀態(tài)。4 檢驗方法及其模型為進行安全檢驗,應(yīng)計算相應(yīng)的疏散時間te 及空間充滿煙氣時間tsmok

6、e ,當(dāng)滿足 te< tsmoke 時 ,疏散設(shè)計才是合理的。4. 1 疏散時間te = tstart + tmove (1)其中 , tstart 為開始疏散時間 ; tmove 為人員逃生時間。本例中以人員安全疏散至本層封閉樓梯間內(nèi)為安全目標(biāo)。4. 2 開始疏散時間開始疏散時間可根據(jù)煙氣層發(fā)展時間來計算。 由于該商場的火災(zāi)設(shè)計被假設(shè)為處于迅速發(fā)展階段并伴隨著轟燃的火災(zāi)?？梢酝ㄟ^地面上煙層高度的計算式 (2) ,按 S = 0. 9 H 來估算開始疏散時間 :其中 , Ar 為著火空間地板面積 (m2) ; Hr 為頂棚高度 (m) ; 為火災(zāi)發(fā)展速率 (kW/ s2) ,可以

7、用 Moc 公式 1441 (2000) 計算 ,即其中 , f為可燃物的火焰增長速率(kW/ s2) ; q1 為不同功能房間的火災(zāi)荷載密度 (MJ / m2) ; m 為墻面及吊頂內(nèi)裝修材料的火焰增長速率(kW/ s2) ,由可燃等級確定。4. 3 人員逃生時間由于該層商場共有 4 部封閉疏散樓梯 ,可將其作為一個多出口的房間來看待。故可根據(jù)日本的 FSE 工程工具的相關(guān)公式計算人員其中 , p 是人群的密度 (人/ m2) ; N 是通行系數(shù) (人/ m ·s) ; B 是門的寬度(m) ; v 是人的步行速度 (m/ s) 。4. 4 煙氣充滿時間煙氣充滿時間是煙氣聚集到臨界

8、高度的時間 , 那么 :5 檢驗結(jié)果檢驗是對疏散時間和煙氣充滿時間進行對比 ,數(shù)據(jù)均為設(shè)計資料中的實際數(shù)據(jù) ,結(jié)果列于表 1 中。由于疏散時間為 328. 1s ,煙氣充滿時間為 359. 7s ,即 te< tsmoke , 滿足安全疏散的條件。說明火災(zāi)時人員在該層商場中是能夠被安全疏散的, 符合既定的安全目標(biāo)。如果不滿足,就要調(diào)整設(shè)計參數(shù), 直到滿足te< tsmoke 為止。6 結(jié)束語本文以超高層建筑為例對其中的一個商場進行了“安全疏散檢驗 ”,從中可以得出以下結(jié)論 :(1) 安全疏散檢驗是 “性能化 ”設(shè)計中的一個重要方面,對于確保超高層建筑中人員的安全有著重要作用。(2) 安全疏散檢驗的核心就是對比煙氣層下降到臨界高度的時間與人員疏散時間 ,只有當(dāng) te&