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对建筑工程性能化防火设计的思考论文
来源:漫步者
作者:开心麻花
2025-09-18
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对建筑工程性能化防火设计的思考论文(精选10篇)

对建筑工程性能化防火设计的思考论文 第1篇

对建筑工程性能化防火设计的思考论文

摘要:为科学合理地实现建筑工程的消防安全目标,保障建筑工程消防安全,笔者通过学习《黑龙江省建设工程性能化防火设计应用导则》,对建筑工程“性能化”防火设计的理解,并与传统的按照规范条文进行防火设计的“处方式”规范设计理论进行了比较,指出了“性能化”设计的优点。另外,文章还指出了“性能化”防火设计应注意的一些问题,并对该设计的应用前景进行了展望。

关键词:性能化 处方式 建筑工程 防火设计

随着科学技术的快速发展,建筑工程正在朝智能化、结构化、功能多样化和形态美学化方向发展。然而,传统的建筑工程防火设计是按照“处方式”规范来进行的,这种“处方式”规范规定了详细的设计参数和指标,因而具有设计的局限性,使设计出来的建筑工程单调而呆板。因此,传统的“处方式”防火设计方法越来越不适应现代建筑的飞速发展。上个世纪80年代开始,美国就提出了“以性能为基础的防火设计”新概念,并开始对传统的“处方式”建筑防火安全设计法规体系进行改革,提出了制定“以性能为基础的防火规范”的新思路。性能化设计规范为设计人员提供了很大的灵活性,也使设计更加科学合理。由于性能化防火设计的方法与传统的“处方式”设计方法相比具有许多优越性,所以很快成为建筑防火的一种新理念,得到越来越广泛的应用。

一、性能化防火设计的概念

所谓性能化防火设计,是建立在消防安全工程学基础上的一种新的建筑防火设计方法,是针对特定建筑对象确立消防安全目标,提出消防安全问题的解决方案,并采用被广泛认可或验证为可靠的分析工具和方法,对方案设计在建筑对象中的火灾场景进行确定性和随机性定量分析,以判断不同解决方案所体现的消防安全性能是否满足消防安全目标,从而得到最优化的防火设计方案,为建筑结构提供最合理的防火保护。它是传统消防设计方法的一种替代办法,描述能够达到某种规定性能水平的设计。

建筑防火设计最终应达到的安全目标是:

1、防止起火及火势扩大,减少财物损失;

2、保证安全疏散,确保生命安全

;3、保护建筑结构不致因火灾而损失或波及邻房;

4、为消防救援提供必要的设施。为此,建筑物防火安全设计须对建筑规划、结构耐火性能、防火分区划分、内部装修、防火设备、防排烟系统及避难对策等方面做出考虑。应该说现行的、条文式的设计方法对上述的问题都有相对独立、完整的考虑。但存在的最大弱点是没有清晰、统一的安全水准,无法体现各消防系统间的协同功效,并导致综合经济性低下。但是,消防安全的性能化设计方法能够考虑到项目所特有的危险和防护这些危险所特有的消防安全措施,可以实现综合性的消防对策,所有系统都综合其中,而不是分别独立设计的,人们除了可增进对潜在的损失了解外,这种综合性工程方法通常可提供更具体成本-效率的建筑防火设计方案。

二、性能化消防安全设计的基本步骤

笔者认为,一个完整的性能化消防安全设计过程应该分为七个基本步骤:

(1)确定性能化防火设计的工程范围与内容。首先要了解工程各方面的信息,如建筑的特征,使用功能等;其次对建筑的工艺特征做专门的研究,如非同一般的作业区、危险物品的使用或储存区、昂贵设备区以及零故障区等;再次就是不同使用功能的建筑,其使用者特征也不同(如住宅建筑与商业建筑),使用者特征包括年龄、智力、是否睡觉、体能状态等因素。

(2)确定消防安全总体目标、功能目标和性能目标。在消防安全设计中,消防安全设计总体目标是一个范围比较广泛的概念,它表示的是社会所期望的安全水平。概括地说,消防安全应达到的总体目标应该是保护生命、保护财产、保护使用功能、保护环境不受火灾的有害影响。功能目标是设计总目标的基础,它把总目标提炼为能够用工程语言进行量化的数值,指出了一个建筑物怎样才能达到总体目标中所要求的社会期望的安全目标。性能目标及性能要求,是性能水平的表述,建筑材料、建筑构件、系统、组件以及建筑方法等必须满足性能水平的要求,从而达到消防安全总体目标和功能目标。

(3)将定性的消防安全目标转化为定量的性能化判据。基本判据如下:a.生命安全判据。烟气层的高度下限、烟气层和火焰的温度上限、烟气层内毒性气体的浓度上限、烟气透过能见度下限、人员从建筑内最不利位置疏散到安全地点所需时间等。b.结构安全判据。对建筑结构安全起至关重要作用的重点构件的承温上限、耐火极限等。c.环境安全判据。烟气的浓度上限、腐蚀性燃烧生成物的浓度上限等。

(4)确定火灾场景。火灾场景是对某特定火灾从引燃或者从设定的燃烧到火灾增长到最高峰以及火灾所造成的破坏的描述。在建立火灾场景时,应考虑的因素包括:建筑的平面布局;火灾荷载及分布状态;火灾可能发生的位置;室内人员的分布与状态;火灾可能发生时的环境因素等。

(5)建立设计火灾“热释放速率-时间”变化曲线。综合考虑火灾场景中燃料、点火源、通风状况、空间分布、火灾发生时主动式消防系统的动作情况等因素,确定火灾载荷、火灾规模的大小和增长趋势、以及发生轰燃的可能性,采用火灾增长曲线,热释放速率随时间变化的典型火灾增长曲线,一般具有火灾增长期、最高热释放速率期、稳定燃烧期和衰减期等共同特征。每一个需要考虑的火灾场景都应该具有这样的设计火灾曲线。

(6)提出和评估设计方案。评估过程是一个不断反复的过程。在此过程中,许多消防安全措施的评估都是依据设计火灾曲线和设计目标进行的。像增加报警装置和自动喷淋装置、对通风特征的修改、变更建筑材料、内装修和建筑内部摆设等因素,都在该步骤进行评估。在评估不同的方案时,清楚地了解该方案是否达到了设计目标是很重要的。在性能化设计评估过程中一些基本因素通常需要被充分考虑,即:起火和发展;烟气蔓延和控制;火灾蔓延和控制;火灾探测和灭火;通知居住者和组织安全疏散;消防部门的接警和现场救助等。

(7)编制报告和说明。分析和设计报告是性能化设计能否被批准的关键因素。该报告需要概括分析和设计过程的全部步骤,并且报告分析和设计结果所提出的格式和方式都要符合审查机构和建筑业主的要求。

三、性能化消防安全设计与处方式消防安全设计的比较

传统的建筑消防安全设计被国外称为“处方式”设计,将传统的建筑防火规范称为“处方式”规范。“处方式”规范简单明了,便于设计方案的制定。“处方式”规范中给出的设计参数和指标是在总结过去的实践经验和火灾教训的基础上确定的,具有一定的实用性。应该说,“处方式”规范为社会的发展和进步做出了十分巨大的贡献,但从社会发展看,现形的“处方式”规范也存在着以下一些突出的问题:

a、规范中有关条文之间常常出现互不沟通,相互矛盾的现象,条文与条文之间无法解释清楚;

b、传统的设计只能给出局部保障,无法给出一个统一、清晰的整体安全度水准;

c、部分技术问题国家消防技术标准尚未规定或未能涵盖,跟不上新技术、新工艺和新材料的发展;

d、限制了设计人员主观创造力的发展,无法充分体现人的因素对整体安全度的影响。

因此,“处方式”规范和设计方法在客观上存在着相当大的局限性。而性能化消防安全设计是运用消防安全工程学的.原理和方法,考虑火灾本身发生、发展和蔓延的基本规律,结合实际火灾中积累的经验,通过对建筑物及其内部可燃物的火灾危险性进行综合分析和计算,从而确定性能指标和设计指标;然后再预设各种可能起火的条件和由此所造成的火、烟蔓延途径以及人员疏散情况来选择相应的消防安全工程措施并评估、核定预定的消防安全目标是否已达到;最后再视具体情况对设计方案作调整、优化。其主要思想是在消防设计时仅提出建筑消防安全所需要的性能要求或指标,而不直接要求设计人员为此而必须采用某些特定的解决方法。如何达到这一指标要求,采取什么样的工程措施则由设计人员自己确定,但是设计人员最终要向审核人员证明其所选择的工程解决方法是安全可靠的,所采用的设计计算方法是得到公认的,审核人员也要利用相应的评估工具检验设计方案是否达到了安全目标。

与传统的消防安全设计相比,性能化消防安全设计具有以下优点

(1)性能化设计体现了一座建筑的独特性能或用途、某个特定风险承担者的需要;

(2)性能化设计注重安全目标的达到,而不考虑采取什么样的途径,有利于发挥防火设计人员的主观创造性;

(3)性能化设计根据工程需要,为开发和选择替代消防方案提供了方法;

(4)性能化设计可在安全水平方面与替代设计方案进行比较,通过这种对比机制,可确定安全等级与成本之间的最佳点;

(5)性能化设计要求在分析中使用多种分析工具,从而提高了工程精度,并可产生更具有革新性的设计;

(6)性能化设计体现了一种新的消防战略,即消防系统是作为一个整体考虑的,而不是孤立地进行设计;

(7)性能化设计能够为保险部门提供可靠的建筑安全评估报告,有利于保险部门参与建筑的消防工作。

四、性能化消防安全设计时应注意的问题

从总体看,性能化设计是一个发展的方向,但就目前的技术支撑条件看,也存在一些问题。首先,社会各界对它的接受程度不一;另外,与“处方式”设计相比,性能化分析和设计过程需要在分析、计算和设计文件制作上花费更多的工程时间。增加了工程设计的人力投入,带来了较高的设计成本。综合起来看,目前使用性能化方法还存在一些技术问题:如性能判断标准不一致;对火灾中人员的行为假设的成分过多或预测性火灾模型中存在未得到很好证明或者没有广泛理解的局限性;火灾模型没有将不确定性因素考虑进去;设计过程常常要求专业人员在超出他们专业之外的领域工作。

五、性能化设计的未来展望

由于性能化消防安全设计的目的是以最有效、最经济的方法从系统安全的角度将火灾的损失控制在最低限度。从而保证总体消防安全目标的实现,其设计方法具有灵活性和科学性,比传统“处方式”消防设计具有更多的优点。因此,目前这种设计已成为世界各国建筑消防设计的发展趋势,是不可抗拒的潮流。随着消防安全工程的快速发展,消防安全工程学已随着其潜力、复杂性以及应用性而在基础理论、方法学和实用工具领域得到较大的发展,性能化设计方法将会越来越完善。

参考文献:

1消防安全工程工作组编.《国外建筑物性能化设计研究译文集》

2肖学锋.发展性能化防火设计:迎接加入WTO的挑战,《消防科学与技术》

3霍然,袁宏永.《性能化建筑防火分析与设计》 安徽科学技术出版社,,9

4李引擎主编. 《建筑防火性能化设计》 化学工业出版社,

5《黑龙江省建设工程性能化防火设计应用导则》

对建筑工程性能化防火设计的思考论文 第2篇

1、前言 建筑智能化在不断 发展 完善,高新技术不断推出,智能控制水平越来越高。建筑智能化其实质是信息产业的综合 应用 和体现,其建设过程涉及多个专业领域,是综合的系统工程。在建筑智能化建设中,前期的设计过程,显得十分重要。智能化系统作为建筑物的“电脑”,设计原则应当是具有设备的先进性,配臵的合理性,安全的可靠性和费用的 经济 性。为了适应加入世界贸易组织(WTO)后呈现的 影响,我们应该对以往认真 总结 回顾,尽可能地化解各种不利因素,规范建筑智能化系统工程的管理。笔者仅以微不足道的工作体会,针对建筑智能化设计过程中的不足之处,从管理角度谈些非常肤浅的认识和对策。

2、建筑智能化设计过程中存在的不足 2.1 主观设计倾向在本文的 参考 文献(1)中,作者归纳出四种值得我们注意的主观设计倾向:第一种是简单化。例如:设计楼宇自动化系统保证恒湿,没有采用湿度调整设备;第二种是概念化。突出表现在综合布线设计上,水平线缆不问情由地一律采用超五类UTP(非屏蔽双绞线),甚至对所有的语音点都采用6类线缆也非常舍得;第三种是形式化。在设计中不分条件,只管堆砌技术形式,Upload By Yelky 1

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Upload By Yelky http://www.yelky.net 结果沦落成摆设。第四种是理想化。所谓理想化设计就是把运行状态静态化,忽视大环境条件和系统运行的动态特性。2.2 重广告轻标准由于建筑智能化技术覆盖面广,涉及的行业多,所以在工程建设中需要遵循规范,便于业主、设计师、工程师、承包商、供应商,在各阶段用统一的语言交流和运作。可是时常看到有些技术方案,在不同程度上轻视标准。例如,在设计依据中罗列了不少标准文件名,设计 内容 却不符合标准,或者依据的仍是旧标准。许多方案设计者热衷于厂家的广告,很重视广告跟踪。给出的设计方案富有广告性,大量的篇幅是在为厂家做广告宣传,甚至就是厂家广告宣传的翻版。2.3 缺乏整体把握犹如设备“堆积”本着“以人为本”的原则,建筑智能化的规划与设计应当是面向功能,为功能的实现而合理配臵,并且尽量优化组合。然而有的设计者可能是设备集成商兼代理商,为了得到更多的经济利益,把“最好”、“最先进”的设备都“堆积”到设计中;或许有的设计者是只从局部考虑,而没有考虑到能否和被设计的的建筑、环境相配合的 问题,缺乏从整体上把握“智能化”;有的设计者还以“备份”为由,加大设备数量,实际上所增设备却从来是备而无用。

3、设计过程中存在不足的原因 设计者都希望自己的设计,对建筑物日后的运作起到一定的智能化作用。之所以存在如上所述的不足,可能有多方面的原因。3.1很难全面掌握建筑智能化技术和设计 方法 不同

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Upload By Yelky http://www.yelky.net 建筑物,基于用户档次,应用环境等因素,对设备配臵以及运行的要求,皆有不同的需要。必须既要量体裁衣式设计,防止与现实脱节,又要照顾到日后的发展,有冗余地设计,做到恰到好处,切忌“高不成,低不就”。不要盲目追求与国际接轨,向亮点工程看齐,而一味的参考国外,参考高档工程。设计人员因为很难全面掌握建筑智能化技术和设计方法,或者由于业主往往期望在本系统、本地区等范围内成为亮点,提出过高的需求,而不能正确地进行设计,合理地配臵。有时候,设计者对于供应商供货的要求,硬件方面的技术指标没有具体说明,或者重视述说了硬件方面的要求,而疏忽了对其软件方面的要求,致使设计时在总体思路上,或者对于系统日常运作细节的考虑,可能出现这样或那样的问题。3.2 没有及时跟进 科技 进步建筑智能化技术是个有始无终的科技进步过程,随着信息产业的发展,随着应用的提高,不断有新技术加入,也会不断地有新的问题产生。设计人员由于工作的忙碌,没有及时跟进,在设计中仍然沿用着过去不知那年那月的培训。3.3 各子系统设计缺少协调子系统的设计,通常是在建筑设计院主设计完成后开始的,往往留给各子系统的设计空间相当有限,进而给每个子系统对其他子系统的设计要求和建议带来不便,或者总体设计师没有注意在各子系统设计时对智能化系统的指导,设计上缺少协调。

4、把好设计关的对策 4.1 启用建筑智能化顾问公司如

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Upload By Yelky http://www.yelky.net 何在当前的技术、经济条件下进行优化,取得最大效果是智能化建筑设计的核心。应选择对建筑智能化技术有经验的建筑设计单位,负责施行以总体设计师为核心的、包含建筑师、各所需专业的一体化和优化设计。应在设计阶段的一开始就启用建筑智能化顾问公司,配合、协调以总体设计师为核心的主设计,协助用户做需求调研并形成报告;向用户介绍智能化系统各专业的设计方案;提供招标需要的技术文件;完善主设计的设计建议书,并且要说明各专业对其他专业的设计建议和特殊要求,形成专业设计之间的衔接。招标文件不应由参加投标的集成商、工程商提供,以利于公平竞争;招标文件不应设臵“陷阱”。4.2 技术评审至关重要工程前期做好对初步设计、详细设计的技术评审,对以后的建设过程至关重要,因为很多事情在工程设计确定之后,要改变就比较复杂。与其在建设过程中要花数倍的精力来修正,倒不如在前期把好设计关,给施工以及竣工验收创造良好的开端,促进工程的良性运作。技术评审要审查设计是否满足技术要求,是工程管理的重要组成部分。技术评审不仅要考虑与设计有关的技术工作,而且还要考虑智能化系统工程的其它方面。技术评审意味着一种“关卡”,这种“关卡”用来确定进入下一阶段的准备就绪状态。

5、技术评审 国内外建筑业采用的工程发包模式有多种,其设计阶段都有初步设计和施工设计之分,有的将施工设计放在招投标之前进行,有的将

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Upload By Yelky http://www.yelky.net 施工设计放在招投标之后进行。5.1 基本的技术评审初步设计评审:该评审是在初步设计完成后进行,评审合格表示可以进入招投标阶段,或进入施工设计。初步设计评审不应与评标合并进行,因为投标者有多家,如果不能安排充分的时间,搞突击,就会走马观花。初步设计评审要为每个子系统及其功能上的相关组合进行评审,要对初步设计方案在全系统级的优化进行评审,要 研究 系统的可靠性、可维性、可用性、安全性和可实施性等等,为进入施工设计尽量提供更多的建议和 分析。施工设计评审:审定施工设计是否符合初步设计和招标书的要求。如果符合,业主和中标施工承包商则可以签署合同,便可以由中标者开始各种所需要的准备工作,为采购和施工作好过渡;如果不符或由于招标后设备选型改变、采纳了优化建议等,中标施工承包商应对施工设计作出修正和深化设计,直至全部相符。施工设计评审认可的施工设计是具体施工的依据,时间要恰当,评审之后不要过多的变动,对采购和施工准备有不利的 影响 ;进行地过晚,则可能推迟施工进度,整个工程期将拖延。在具体施工之前,应进行施工交底。5.2 技术评审的过程及注意事项5.2.1 评审的准备评审的准备工作,应由业主技术负责人组织,恰当挑选设计者、专家,以最少的成员组成一个精干的评审小组;评审组的成员应充分地掌握被评审的专业,能胜任被评审专业的评审,以便参审者之间不用在交换意见上花

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Upload By Yelky http://www.yelky.net 费过多的时间;业主在评审前应准备好议事日程安排、评审项目和成套资料,以免到了评审会上措手不及;成套资料不能过多,如果超过了被评审的范围,不仅导致不必要的资料费用,而且有限的评审时间,也会导致评审质量的损失。5.2.2 评审的进行应当保证评审组充分地审查所有的项目,并提供协调过的评论和指导;应当鼓励所有参审者采取坦率、公正和客观的态度,参审者之间应当通力协作;通过对 问题 正当地提出疑问,来找出设计的缺陷。5.2.3 评审的结束应公布技术评审备忘录,备忘录应确认技术评审的记录汇编及更改项目,认可技术评审已完成。备忘录应包括会议中提出的重要评论、结论、决策和建议的概述及理由。5.2.4 评审的注意事项要从“关卡”出发确定评审方针、议事日程、参加人员等各种评审活动;应由总设计师负责制定技术评审计划概要和评审进度,并由业主认可;应当给子系统设计者提供参加评审的机会,便于对各子系统进行正确的评审;要有施工保障方面的职能部门(例如,基建处、供应处)参与评审;物业管理部门,也应参加系统的设计审核,看看是否符合使用需要;只要有可能,在技术评审中应当采用 计算 机辅助分析 方法 ;不能企图采用简易方法完成优良的技术评审,充足的时间、合适的评审范围、高素质的参审人员,对评审工作的成功起重大作用。并且,最好要指定每个项目的负责人。

6、结束语 更广泛、更充分的市场机遇,更激烈、更残

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Upload By Yelky http://www.yelky.net 酷的国内外竞争,要求建筑智能化系统工程要管理创新,才能持续不断地适应。笔者建议,在各省、市应当建立高水准的技术评审班子,成立相应的权威性机构。

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对建筑工程性能化防火设计的思考论文 第3篇

裙房作为与高层建筑相连的建筑高度不超过24米的附属建筑, 根据其与主体建筑的关系, 并结合地基条件与裙房的功能要求, 裙房在平面布置时常有以下几种组合方式:基座式裙房、毗邻式裙房和分离式裙房, 下面笔者就这三种裙房进行逐一分析和探讨。

1 基座式裙房

这是最常用的一种形式。基座式裙房将高层建筑公共用房集中于底部, 并扩大柱网形成基座。主体建筑四周至少在一个长边或周边长度的1/4范围内不应建高度大于5米, 进深大于4米的裙房。

一般都与高层建筑互连互通, 高层部分的疏散楼梯直通底部, 且与裙房部分合用, 底部裙房部位一旦发生火灾, 其烟气对上部高层部分影响较大, 且上部人员要通过底部裙房部位疏散也比较困难, 因此此类裙房的防火设计笔者认为应按照高层建筑的防火要求进行。

2 毗邻式裙房

当裙房占地面积较大时, 按高层建筑防火规范, 主体建筑四周至少在一个长边内不能扩建裙房。这时常将主体建筑与裙房的某一个边或角落相连, 以使塔楼靠近消防车道, 形成毗邻式组合, 便于火灾扑救。

对于此类裙房, 要分两种情况, 一种是相连部分连通, 一种是相连不连通。对于相连且连通的, 无可厚非, 该裙房必须要按《高层民用建筑设计防火规范》 (以下简称《高规》) 进行防火设计。对于相连不连通的, 又分有两种:一种是裙房与高层建筑之间能满足防火间距不限的条件 (《高规》4.2.3) , 即当较高一面墙或比相邻较低一座建筑屋面高15米及以下范围内的墙不开设门、窗洞口的防火墙时, 其防火间距不限, 此时可看成是两个建筑, 对于裙房部分, 笔者个人认为该裙房可按《建筑设计防火规范》 (以下简称《建规》) 设计。另一种是虽然裙房与高层建筑相连不连通, 但不满足《高规》4.2.2防火间距不限条件的, 此时裙房的防火设计仍应按照《高规》进行。

3 分离式裙房

此种情形是将高层主体建筑与裙房完全分离, 两者之间有连接体相联系, 形成分离式组合, 主体建筑与裙房在功能布置中不受结构等技术因素干扰, 相互都无约束, 特别是两者的结构形式均可根据各自的功能特点来选择。

例如在设计高层住宅小区时, 沿街部分往往设计二至三层的商业裙房。对于此类情形的裙房, 商业部分与住宅部分完全分离, 连接部分仅为防火墙, 且防火墙的设置满足《高规》5.2.1和5.2.2等相关技术标准时, 笔者认为此时裙房部分可完全按照《建规》来进行防火设计。

譬如, 笔者所在地区开设有大量以简餐为主的茶餐厅, 此类场所多为开放式营业厅, 以两层为例, 当满足上文中所述相关技术标准时, 按照《建规》, 该场所设置两部敞开式疏散楼梯即可, 如按照《高规》设置封闭楼梯间, 难度较大。

再以银行服务网点为例, 还是两层裙房, 一层为营业大厅, 二层为办公区域, 每层300平方米, 如若按照《高规》, 不仅要设置两部疏散楼梯, 还有设置封闭楼梯间, 但若此裙房满足上文所述相关要求, 按照《建规》5.3.2条规定, 该场所设置一部敞开式疏散楼梯即可。

综上所述, 笔者认为工作中应结合规范与实际, 综合考虑, 透彻理解防火规范条文, 合理把握适用范围。

参考文献

[1]《建筑与设备》.2010年 (03) .

[2]《建筑设计防火规范》.GB50016-2006.

建筑防火设计性能化的概述 第4篇

关键词:防火设计;性能化;新理念

中图分类号:TU201 文献标识码:A 文章编号:1674-7712 (2014) 16-0000-01

自1980年起,世界各国相继开展了性能化防火设计的理论研究与实践,并取得了不同程度的进展。目前,建筑物性能化防火设计已经成为国际火灾科学和火灾安全工程学的前沿课题之一。

所谓性能化防火设计,是建立在消防安全工程学基础上的一种新的建筑防火设计方法,是针对特定建筑对象确立消防安全目标,提出消防安全问题的解决方案,并采用被广泛认可或验证为可靠的分析工具和方法。它是传统消防设计方法的一种替代办法,描述能够达到某种规定性能水平的设计。

建筑物性能化防火设计就是应用消防安全工程学的原理和方法进行的建筑防火设计。建筑物性能化防火设计主要利用消防工程学的手段,量化火灾危险性、火灾危害性和可能发生的火灾,并分析评价为将火灾造成的后果限定在预定的规模和危害所必须采取的经济有效的消防安全措施。与传统设计方法相比,其特点在于能根据具体建筑的火灾发展特性来决定其消防需要。

一、性能化设计步骤

性能化消防安全设计的基本步骤:第一,确定性能化防火设计的工程范围与内容。如了解工程各方面的信息:建筑的特征,使用功能等;对建筑的工艺特征做专门的研究:非同一般的作业区、危险物品的使用或储存区等;了解使用者特征:年龄、智力、是否睡觉、体能状态等因素;第二,确定消防安全总体目标、功能目标和性能目标。功能目标是设计总目标的基础,它把总目标提炼为能够用工程语言进行量化的数值,指出了一个建筑物怎样才能达到总体目标中所要求的社会期望的安全目标。性能目标及性能要求,是性能水平的表述,建筑材料、建筑构件以及建筑方法等通过满足性能水平的要求,从而达到消防安全总体目标和功能目标;第三,将定性的消防安全目标转化为定量的性能化判据。基本判据:(1)生命安全判据。烟气层的高度下限、温度上限、毒性气体的浓度上限、透过能见度下限;人員从建筑内最不利位置疏散到安全地点所需时间等;(2)结构安全判据。对建筑结构安全起至关重要作用的重点构件的承温上限、耐火极限等;(3)环境安全判据。烟气的浓度上限、腐蚀性燃烧生成物的浓度上限等。第四,确定火灾场景。火灾场景是对某特定火灾从引燃或者从设定的燃烧到火灾增长到最高峰以及火灾所造成的破坏的描述。在建立火灾场景时,应考虑的因素包括:建筑的平面布局;火灾荷载及分布状态;火灾可能发生的位置;室内人员的分布与状态等;第五,建立设计火灾“热释放速率-时间”变化曲线。综合考虑火灾场景中各种客观因素,确定火灾载荷、火灾规模的大小和增长趋势、以及发生轰燃的可能性;第六,提出和评估设计方案。在评估过程中,许多消防安全措施的评估都是依据设计火灾曲线和设计目标进行的。在评估不同的方案时,清楚地了解该方案是否达到了设计目标是很重要的。其中,在性能化设计评估过程中一些基本因素通常需要被考虑,如起火和发展;火灾探测和灭火;通知居住者和组织安全疏散;消防部门的接警和现场救助等;第七,编制报告和说明。分析和设计报告是性能化设计能否被批准的关键因素。该报告需要概括分析和设计过程的全部步骤,并且报告分析和设计结果所提出的格式和方式都要符合审查机构和建筑业主的要求。

二、性能化设计现状

从总体看,性能化设计是一个发展的方向,但就目前的技术支撑条件看,也存在一些问题。首先,社会各界对它的接受程度不一;另外,与“处方式”设计相比,性能化分析和设计过程难度较大,增加工程设计的人力投入,带来了较高的设计成本。目前使用性能化方法更存在一些技术问题:如性能判断标准不一致;对火灾中人员的行为假设的成分过多或预测性火灾模型中存在未得到很好证明或者没有广泛理解的局限性;设计过程常常要求专业人员在超出他们专业之外的领域工作等。但是,由于性能化消防安全设计的目的是以最经济、有效的方法将火灾的损失控制在最低限度。其设计方法具有灵活性和科学性,比传统“处方式”消防设计具有的优点。因此,目前这种设计已成为世界各国建筑消防设计不可抗拒的潮流。

性能化防火设计与处方式设计的基本思路存在很大的差别,要使广大建筑防火设计人员、建审人员、消防安全检查人员熟悉并愿意采用这一新的体系,需要大力加强对各方面的有关技术人员的教育和培训。为此,可以由政府的消防主管部门牵头,充分发挥有关高等院校、科研院所的力量,分期、分批地对有关技术人员进行教育和培训。例如,可以在一些大学中开设包括火灾动力学、火灾安全工程学、建筑防火设计、火灾风险分析、人在火灾中的行为、结构耐火设计等内容的课程。这样既满足了当前推行性能化防火设计方法的需要,也为今后制定性能化设计规范并全面开展这项全新的工作提供了技术力量。

三、结束语

总之,开展性能化防火设计及制定相应的规范是一项庞大的系统工程。目前仍有大量的基础工作需要我们去做,希望能够通过进一步理顺有关管理体制,及时解决该方法在应用过程中出现的新问题,以使性能化防火设计工作尽快得到发展,并使其在改善我国建筑物的火灾安全方面发挥更大的作用。

参考文献:

[1]张彤.高层宾馆安全疏散的性能化设计[J].消防技术与产品信息,2003(09).

[2]刘卿.居民住宅消防管理体系研究[J].消防科学与技术,1998(11).

高层建筑防火工程设计探讨论文 第5篇

摘要:随着我国社会的飞速发展随着我国社会的飞速发展,我国的建筑行业也得到了极为迅猛的发展,在这样的发展趋势之下,高层建筑就变得越来越多来越多。但是一般来说,高层建筑存在的风险隐患也是比较多的,而且极易引发火灾,一旦上述的危险情况出现,那么就会对人们的生命安全造成严重的威胁的生命安全造成严重的威胁。由此我们可以看出,在高层建筑工程施工的过程中,有关人员必须不断加强防火工程的质量管理,并且在这个基础上设计出合理的防火系统并且在这个基础上设计出合理的防火系统,这样一来,高层建筑防火的有效性就能得到有效的保障。现阶段,大多数的高层建筑在施工实践的时候在施工实践的时候,对于防火工程的设计能力都存在一定的不足,这就在很大程度上加大了火灾等安全隐患。本篇论文主要研究的内容就是目前高层建筑防火工程设计中存在的不足的内容就是目前高层建筑防火工程设计中存在的不足,同时针对这些问题进行了适当的分析,从而提出有效的策略。

关键词:防火;高层建筑;施工;风险;设计

高层建筑防火工程设计探讨论文 第6篇

通常情况下通常情况下,防火工程设计是高层建筑施工中最重要的一个环节一个环节。要想有效的确保防火的工程质量,那么就要让有关的设计工作有序进行关的设计工作有序进行。但是站在现有的设计情况上看的话话,高层建筑施工的过程中存在的问题是很多的,最为明显的主要有以下几种主要有以下几种:首先首先,在设计内部结构的时候,有关人员在选择防火材料时并没有按照高层建筑的施工实际情况进行相应的选择时并没有按照高层建筑的施工实际情况进行相应的选择,这样一来样一来,施工到了后期就很容易出现火灾等危险情况,严重情况下甚至会加重建筑结构变形的危险系数况下甚至会加重建筑结构变形的危险系数。其次,在对建筑内部的防火工程进行设计的时候内部的防火工程进行设计的时候,必须对防火隔离的问题进行充分的考虑行充分的考虑,考虑的内容主要包括防火分区等等。当防火工程设计工作从这个方面展开的话工程设计工作从这个方面展开的话,火势就可以控制在比较合理的范围之内合理的范围之内,并且在最大程度上降低人员的伤亡。最后,在高层建筑的设计中在高层建筑的设计中,必须对安全通道进行合理的设置,可是现阶段现阶段,大部分高层建筑设计中的通道设置还不是十分的合理理,出现的比较明显的问题就是安全距离不够。而且有些通道中会存在长期堵塞的问题道中会存在长期堵塞的问题,如果在这样的情况下发生火灾,人员就没有办法及时逃离人员就没有办法及时逃离。

对建筑工程性能化防火设计的思考论文 第7篇

关键词:民用建筑设计; 建筑防火设计; 应用;

1 引言

随着社会经济发展和人们生活水平的提高, 居民对建筑的防火技术要求越来越高, 特别民用建筑一般具有楼层高、占地面积广、人口密度大等特点, 一旦发生火灾, 火势会迅速蔓延, 对居民生命财产安全构成威胁的同时, 还会造成巨大的经济损失.引起民用建筑火灾的因素较多, 而控制民用建筑火灾发生的一个重要手段就是做好防火设计, 采取合理有效的防火技术和措施, 以提高民用建筑的防火能力, 可见加强对建筑防火技术在民用建筑中的应用是极为必要的.

2 民用建筑发生火灾的特点

目前, 我国民用建筑发生火灾的特点主要表现在以下几点:

对建筑工程性能化防火设计的思考论文 第8篇

随着社会经济和科学技术的发展, 建筑多功能的发展趋势和新技术、新材料的广泛应用, 对目前的建筑设计防火规范提出了巨大的挑战。传统的“处方式” (指令性) 建筑设计防火规范 (Prescriptive Fire Protection Design Code) , 只是对各类工程的防火设计参数分别作逐一对应的规定, 大大制约了建筑艺术和建筑形式多样化的发展。而实际上, 建筑防火的各个环节越来越变成一个有机的整体, 单纯孤立地强调某一环节并不能保证整个建筑物的安全, 因此迫切需要建立一种更安全、更合理的新型建筑防火设计方法。性能化防火设计方法正是在这种情况下应运而生的。目前建筑性能化防火设计 (Performance-based Fire Protection Design) 已经成为世界许多国家消防领域讨论、研究和发展的热点课题。自1996年以来, 国际火灾科学学会已经举办了三届性能化防火设计学术会议[1]。

1 建筑性能化防火设计

(1) 涵义。

性能化设计是一种新型的防火系统设计思路[2], 是建立在更加理性条件上的一种新的设计方法。它不是根据确定的、一成不变的模式进行设计, 而是运用消防安全工程学的原理和方法首先制定整个防火系统应该达到的性能目标, 并针对各类建筑物的实际状态, 应用所有可能的方法去对建筑的火灾危险和将导致的后果进行定性及定量地预测与评估, 以期得到最佳的防火设计方案和最优的防火保护。当然, 这一切都必须通过科学的评估模型进行系统的评估计算, 以验证所采用的设计方法能够保证既定性能目标的实现。

实现性能化设计必须要有以下三个支撑要素[3]:性能化规范、技术指南和评估模型。

(2) 与传统设计方法的比较。

指令性设计方法与性能化设计方法相比, 主要的区别如表1所示。

2 性能化防火设计评估技术的工程应用实例

(1) 工程概况。

某高层商住楼总占地面积14, 427m2, 总建筑面积103, 026m2。由A、B、C三栋组成, 楼高分别为6、52、49层。首层架空, 除C栋二、三层是办公用途外, 其余均是住宅。地下室共三层, 每层地下室A、B、C三栋均连通, 每层地下室约7, 600m2, 地下建筑面积共计22, 735m2, 地上建筑面积约80, 291m2, 各住宅楼层层高为3.1m~3.4m不等。

(2) 评估内容。

重点对以下几个方面进行论证分析。

(1) 各单元户门均采用乙级防火门, 构成以各住户单元为独立防火分区, 防止火灾蔓延。

(2) 每户单元安装自动报警系统, 在客厅、过道安装烟感探测器, 在厨房内安装温感探测器, 进门侧安装手动报警按钮。

(3) 每个住宅单元安装自动喷淋系统, 在户进门上方及客厅上方安装大流量喷淋头。

(4) 室内装修尽量采用不燃材料, 可燃材料均涂防火涂料。

(5) 飘出式窗台阻隔上下层的火灾蔓延。

(3) 评估的有关假设。

对建筑消防工程评估中应用到的主要假设如下。

(1) 消防安全系统设计正确, 并与有关的国家标准和法律条款一致。

(2) 所有安全出口和疏散通道应保持畅通, 不得有任何物品妨碍安全疏散。

(3) 建筑内不得存放大量危险物品和可燃液体。

(4) 使用功能不发生变化。

(5) 火灾的发生只考虑单一火源。

(4) 计算对象的确定。

在模拟计算过程中, 为避免计算的重复性, 在选取计算区域时, 有针对性地挑选了几个楼层进行计算。

计算对象A面积为236.5m2, 净空高度为3m, 包括客厅、门厅、卧室、卫生间、餐厅、厨房、晒衣台、工人房、电脑室等, 如图1所示。

计算对象B面积为473.05m2, 净空高度为3.1m, 包括客厅、门厅、主卧室、卫生间 (主卧和公用) 、书房、三个卧室及其卫生间、餐厅、厨房、晒衣台、工人房、电脑室及阳台等, 如图2所示。

计算对象C为复式户型, 面积为279.18m2, 上、下层的净空高度为3m, 包括复式下层卧室及卫生间、复式下层客厅、复式下层公用卫生间、复式下层厨房、复式下层餐厅、复式下层晒衣台、复式下层工人房、复式上层三个卧室及其卫生间、复式上层电脑室等, 如图3所示。

(5) 总疏散时间 (Ttotal) 计算。

总疏散时间的计算公式如式 (1) 所示:

式 (1) 中, Td为自动报警系统的响应时间;Tpre为人员开始疏散前的延迟时间;dT和Tpre合称为疏散前的预动作时间;mT为建筑中特定区域内的所有人员向出口疏散并通过它进入安全区域的时间。

(1) dT的计算。

Td应根据建筑内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、着火空间的高度等条件, 考虑设定火灾场景下, 建筑内人员的密度及人员的安全意识与清醒状态等因素综合确定, 该值可通过相应的计算机模拟软件确定。本算例中结合烟气蔓延模拟计算, 取标准温感探测器动作温度约70℃左右。

(2) Tpre的计算。

Tpre是从人员接到火灾报警之后到疏散行动开始之前的时间间隔, 包括识别时间和反应时间。识别时间是从火灾报警或信号发出后到人员还未开始反应的时间段, 与建筑的类型、功能、与用途、使用人员的性质及建筑火灾报警和物业管理系统等因素有关。反应时间是从人员识别报警或信号并开始做出反应至直接朝出口方向开始疏散的时间段, 与建筑空间的环境状况有关。

本算例中计算得到计算对象A、B、C的预动作时间分别为47s、70s及40s。

(3) mT的计算。

人员的疏散分集中疏散和各自疏散两种情况考虑, 三个计算对象的mT如表2所示。

(4) Ttotal总疏散时间的计算。

按照式 (1) , 总疏散时间的计算结果Ttotal如表3所示。

(6) 烟气蔓延计算分析。

虽然讨论的场所空间不大, 可燃物的构成也比较单一, 但考虑到火灾的突发性和意外事故, 采用较为保守的火灾增长方式, 如图4所示。

对私人住宅的火灾, 火源多发生在厨房, 同时考虑到使用电热毯等原因, 卧室着火也是不容忽视的, 因此起火房间设置在厨房和卧室内。

(7) 计算结果分析。

模拟结果如表4所示。

从计算结果来看, 对不同的计算对象当疏散完成时, 除起火室外, 其他房间的温度和烟气沉降都能较好满足要求。

(8) 楼层间烟气蔓延计算。

为了考察火势是否会对上层住户构成危险, 也模拟计算了楼层间的烟气蔓延情况。计算时, 选取某层主卧室及其阳台作为计算对象, 起火房间设在该层主卧室。模拟过程中, 考虑较不利场景, 设所分析楼层的主卧室内部通向其他房间的门均关闭, 主卧室的窗户打开, 同时考虑了风速的影响。

对引燃的可燃物, 参考布匹的燃点 (200℃左右) 和涤纶纤维的燃点 (390℃左右) , 对比计算结果, 当该层主卧室着火后, 上层窗户位置及主卧室内的烟气温度均没有超过200℃, 室内可燃物不会被引燃。

(9) 主要评估结果。

(1) 商住楼的消防设计能基本满足安全要求。

(2) 为隔断飞火, 降低蔓延到上层房间的烟气温度, 宜采用0.9m的飘出式窗台。

(3) 加强消防设施方面的维护管理, 确保防火门的分隔作用, 保证温感探测器等报警装置能正常动作。

(4) 随时保持疏散通道的畅通, 保证楼梯间正压送风系统正常运转, 以确保人员的安全及减少财产损失。

(5) 提高住户的消防安全观念, 避免出现火灾荷载大量增加的现象出现, 减少火灾隐患, 同时提醒住户对日常电器 (如电热毯等) 的正常使用和管理, 降低因电器电路短路着火的可能性。

3 结语

建筑的性能化防火设计是建立在火灾安全学基础上的一种全新的理性化的设计思想。它运用现代科学的方法, 对建筑防火设施系统应该达到的性能目标和工作状况, 以及火灾的危险和导致的后果进行定性、定量地预测与评估, 以使建筑物得到最佳的防火设计方案和最好的防火保护。本文通过具体算例说明该科学的设计理念的合理性和可操作性。

摘要:本文简要介绍了性能化防火设计的涵义与特征, 比较了性能化防火设计与传统指令性设计的主要区别, 并以某商住楼为实例, 具体说明了性能化防火设计方法的工程应用, 通过案例分析证明了性能化防火设计方法在提高建筑消防安全水平方面的积极作用。

关键词:性能化防火设计,消防工程评估,疏散时间,烟气蔓延

参考文献

[1]吴启鸿.世纪之交对火灾形式和拓展消防安全技术领域的思考[J].消防科学与技术, 2000, 1.

[2]霍然, 袁宏永.性能化建筑防火设计分析与设计[M].合肥:安徽科学技术出版社, 2003.

[3]吴启鸿、肖学锋.论发展我国以性能化为基础的建筑防火设计技术法规体系[J].消防科学与技术, 1999, 1.

[4]丁国臣.建筑设计防火规范.若干问题探讨[EB/OL].首都消防资讯网, 2001, 7.

[5]倪照鹏.国家标准《建筑设计防火规范》修订情况介绍[EB/OL].首都消防资讯网, 2001, 7.

建筑性能化防火设计研究 第9篇

【关键词】建筑防火设计;指令式设计方法;性能化设计

建筑物的防火设计并不仅仅局限于设备专业与建筑专业,同时与结构专业也是密不可分的。目前在工程界依然有很多人认为建筑物的防火设计主要是针对于设备专业和建筑专业的事,与结构专业基本上不挂钩,当然这是一个误区在社会和经济高速发展的当代,建筑业此起彼伏的蓬勃发展,建筑物的防火设计也是越发的重要,然而结构专业对此同样责任重大。

1近代传统建筑防火设计特点与局限性

从20世纪初至20世纪中后期,近代的传统建筑防火设计思想已逐步形成。它是一种由指令性条文建立起的建筑防火规范化设计方法体系,是对长期以来火灾经验教训汇总和总结的抽象。在形式上,以规范条文的格式规定了建筑设计所需的各种设计参数和技术指标,并应用于具体的建筑工程设计中。一般情况下,设计者只需按照设计规范规定的设计参数进行建筑防火安全设计,就可以认为具体建筑的防火安全设计符合要求。即设计师必须是规范的执行者,对规范不能有任何偏离。这种设计方法虽然具有一定的实用性和较高的设计效率,但忽略和抹杀了建筑设计的灵活性与多样性,使防火设计易形成千篇一律、一成不变的格局。

事实上,每座建筑的结构、用途及内部可燃物的数量和分布情况都不一样,其居住者或使用者的条件也存在很大的差异。因此,按照传统的指令性设计方法做出的统一的设计方案,并不一定是科学、合理和有效的。同时,由于指令性设计方法对设计参数的规定过于具体,限制了设计的灵活性,使得设计在一定程度上脱离了具体工程的实际需求,成为了一种僵化的设计思想和方法。笔者认为,主要存在如下不足:

(1)设计指令条文之间互相矛盾。指令性条文一般是历史数据的个案累积和叠加,没有经过科学的理论的串联和加工,使得条文之间不可避免地存在一些矛盾和歧异,设计方法本身在逻辑上有时不能形成一个完整的闭环系统,甚至出现逻辑悖论。

(2)具体规定的技术数据与日益扩大的建筑规模不相适应。随着城市的发展和建筑工程技术的进步,大型、复杂建筑的迅速增多,传统的指令设计方法已不可能覆盖所有的建筑类别、建筑形式、建筑规模和建筑用途等。如果用这种设计方法来处理一些“超出规范指令”的建筑防火设计,势必会违背建筑防火安全需求的基本设计理念。

(3)分散单独设防缺乏系统的综合评估和考虑。指令性防火设计方法常常要求建筑物的建设方在建筑耐火结构、防火分区、消防给水、火灾监控、防排烟等方面均应投入大量的资金,却未能将各个单一的防、灭火措施的作用进行综合考虑和评估,造成消防投入与产出效能的比例不平衡。

2性能化设计思想与建筑防火设计思想的回归

随着我国经济和城市建设的飞速发展,大量高层、大空间和功能复杂的超大型建筑不断涌现。传统的“指令式”消防设计方法和规范已无法满足和适应这些建筑消防设计的现实要求,迫切需要有一种先进、科学的设计新思想来解决这些问题,于是性能化消防设计方法及思想应运而生。它的主要思想是运用火灾安全工程学的原理和方法,依据事先确定的建筑消防设计总体目标,结合建筑的实际功能需求与情况,确定不同的火灾场景,选择不同的火灾模型,来分析建筑物火灾的发生、发展过程,由此制定和设计相应的消防方案,并就采取这些方案后的效果与事先确定的预期目标进行比较和评估,使其进一步得以完善和优化。性能化的设计思想是建立在对不同建筑物的实际防火安全需求及其实际的火灾危险性和可能发生的火灾场景的认知基础上,运用现代火灾科学理论和工程技术获得不同建筑物各自的解决方案。它始终十分重视实际建筑本身的安全需求,这与古代源于实际生活中的防火客观需求的朴素设计思想有着一脉相传的特点,即在解决问题的思想上有着面向实际需求的共同的出发点。同时,它又有与之不同的基本特性,即性能化设计方法突出地强调科学技术在工程设计中的指导作用,这与古代的、掺杂着对火灾感性认识和对未知世界带有浓重东方神秘哲学特色的风水学说,有着本质的不同。从哲学的角度讲,性能化设计方法既是一种建筑防火思想的自然回归,又是对建筑防火设计思想的创新。所谓回归,是指性能化设计跳出了传统指令式设计的“条条框框”,打破了长期以来对设计者思维创造的束缚,使其重新回到对客观事物内在本质和实际需求的思考,强调用理性的思维方式来审视客观对象,注意事物不同的客观需求与个性表现,运用不同的方式处理这些个性的需求,以寻求对客观事物需求和问题

的最优化的解决之道。而所谓创新,是指在解决建筑工程实际需求与问题过程中,运用了现代火灾科学与技术,寻求一条不同于以往的新的设计方法和模式,即立足于对客观事物的实际需求的了解,在深入认识客观事物发展的基本规律的同时,又运用这些客观规律来试图探寻和比较出解决这些需求与问题最优或较优的方案和途径。

性能化设计方法在某种意义上是对古代朴素的建筑设计思想的回归,又不同于近代传统的设计方法和思想。从人类认知的逻辑发展演化过程来看,它与“指令式”设计方法有着必然和密切的联系,都是人们在认识火灾及其防治过程中不同阶段的认知结果。“指令式”设计是人们从大量的火灾事故、案例中归纳总结出的去除个性特征、具有共性特征的一般规律的认知。但现在看来,这种认知存在着较大的缺陷,因为其不可能将所有的建筑火灾场景或情景列举归纳穷尽。因此,“指令式”设计规范也无从包涵和历遍所有可能在某个具体建筑中发生的火灾及其状态,同样也无法包容、涵盖和满足新兴建筑的需求。因此,人们开始重新审视并不断修正自己的认知,扩展对火灾场景新的认知范围,灵活运用各种先进的设计理念、方法和模型,在设计思想的创新中提出了性能化设计思想和方法。

3结束语

防火设计思想的回归与创新实质上是人类认知的一种反复循环,是一种不断深化的认知过程的必然结果,是一个螺旋式的认知发展历程。从建筑防火设计发展的历史来看,古代朴素的防火设计是针对一个个实际的建筑防火问题来寻找一些具体的解决方法,较为孤立,缺乏系统性,但却直接面向实际需求。而“指令式”的建筑防火设计,其实质是检验建筑设计的规范符合性,而不是直接面向建筑防火的实际需求。性能化设计在某种意义上是对古代防火设计思想的回归,但它与其又有着明显的不同。性能化防火设计基于现代火灾安全科学的基本原理和方法,满足不同建筑的不同防火需求和目标,是一种设计思想的创新。可以说“指

令式”设计是对古代朴素的建筑防火设计思想个性实践的总结和归纳,而性能化设计又是对“指令式”设计认知的一种继承与发展。总之,性能化设计方法是在不断对火灾本质客观规律的深刻认识的基础上,针对不同实际条件与安全需求,运用最新的客观规律认知成果,来优化调整和选择最优的设计途径,从而使认知更加逼近真实,更加理性的认识火灾的客观规律和预防火灾的客观需求,更加科学、合理、经济地指导实践。

参考文献

[1].董羽蕙.建筑设备.重庆大学出版社.P205-206

对建筑工程性能化防火设计的思考论文 第10篇

1、工程概况

金融城起步区A007-1地块项目A塔楼位于广州市金融城的A007地块,是金融城起步区A007-1地块项目中集商业、办公于一体的超高层塔楼。A塔楼包括四层地下室,地上40层,总结构高度172m。本工程地下负四层、负三层及负二层主要为停车及设备用房,负一层及地上4层裙房为商业用房;A塔楼36层塔楼中,除16层、24层及34层为避难层外,其余均为办公用房。

本工程抗震设防烈度为Ⅶ度,基本地震加速度为0.10g,设计地震分组为第一组,场地类别为Ⅱ类。由于A塔楼负一层至四层为人流密集的大型的商业建筑,抗震设防类别确定为重点设防类(乙类),抗震措施提高一度按Ⅷ度考虑;其余均为标准设防类(丙类)。本工程塔楼结构高度为172m,采用钢筋混凝土框架核心筒结构体系,周边框架柱8层以下采用型钢混凝土柱,核心筒为钢筋混凝土剪力墙。

2、结构体系与结构布置

2.1、结构体系

通过前期对结构方案的合理性及经济性的比选,本工程B级高度的A塔楼确定采用钢筋混凝土框架核心筒结构体系。A塔楼高宽比约为4.61,核心筒由楼梯间、电梯筒以及设备服务用房构成,与外框架共同为超高层塔楼提供了良好的抗侧力刚度。

核心筒高宽比约为13.23,大于高规建议的高宽比12,并且在25层以上取消A-2轴(Y向)的一片主要受力剪力墙,造成Y向的整体稳定性和侧向刚度较弱。为提高Y向整体稳定性和侧向刚度,剪力墙厚度取为800~500mm。

由于首层大堂建筑的要求,形成10m通高无侧向约束的外框框架柱,考虑到下部楼层框架柱的`截面控制要求并提高框架柱的延性,框架柱8层以下采用钢骨混凝土柱,含钢率约为5%;其中9层和10层为过渡层,含钢率约为2.5%。

2.2、楼盖体系

根据结构体系特点、使用要求和施工条件,本工程均采用现浇钢筋混凝土楼盖体系。

地下室底板采用平板结构,板厚700mm;负三层及负二层采用无梁楼盖,板厚300mm,其中人防区域板厚350mm;负一层及以上楼层采用梁板结构,负一层板厚180mm,首层板厚150mm,地上部分板厚为100、120mm等。剪力墙核心筒由楼梯间、电梯筒以及设备服务用房等构成,开洞较多,为加强筒体剪力墙的共同协调受力,板厚为150mm。

2.3、计算嵌固端的确定

本工程首层楼板存在大开洞的情况,设计时考虑以地下室负一层楼板做为嵌固端,此楼层采用现浇梁板楼盖结构,楼板厚为180mm,采用双层双向配筋,且每层每个方向的配筋率大于0.25%;同时在不考虑地下室侧约束的情况下由计算得地下二层与地下一层侧向刚度比大于2,故本工程嵌固部位确定为地下室负一层。

3、荷载与地震作用

3.1、楼面荷载

本项目各区域的楼面荷载(附加恒载与活荷载)按规范与实际做法而取值。

3.2、风荷载及地震作用

根据广东省标准的要求,结构承载力计算时按广州市重现期为50年的基本风压0.55kN/m2(A塔楼是对风荷载比较敏感的高层建筑,承载力设计时按基本风压0.50kN/m2的1.1倍考虑)考虑,结构位移验算时按重现期为50年的基本风压0.50kN/m2考虑,建筑物地面粗糙度类别为B类。风荷载的取值是基于广东省建筑科学研究院提供的《广州国际金融城A007-1地块项目风致结构响应分析报告》(5月13日)以及荷载规范。

地震作用计算以国标GB50011-为标准,并参考场地地震安全性评估报告及第一次地质详勘报告的结果,小震计算取规范与安评报告的包络值,中震与大震计算按规范的参数。

4、结构超限判别及抗震性能目标

本工程塔楼采用钢筋混凝土框架-核心筒结构体系,按照《高层建筑混凝土结构技术规程》(GDDBJ15-92-)的规定,框架-核心筒结构7度(0.1g)高层建筑的A级和B级适用的最大适用高度分别为130m、180m,本工程塔楼高172m,超过规范A级高度的33%,但未超过B级高度。

本工程结构类型符合现行规范的适用范围,仅存在扭转不规则、楼板不连续等1.5项不规则类别,本工程属B级高度的超限高层建筑。针对结构高度及不规则情况,设计采用结构抗震性能设计方法进行分析和论证。设计根据结构可能出现的薄弱部位及需要加强的关键部位。

5、结构计算与分析

5.1、小震及风荷载作用分析

本工程多遇地震作用分析采用了振型分解反应谱法和弹性时程分析法,使用软件为SATWE与GSSAP。

本工程为B级高度高层结构,抗震设防烈度为Ⅶ度,根据《高层建筑混凝土结构技术规程》第4.3.4条第2、3款和第5.1.13条的规定,需进行弹性时程分析法进行多遇地震下的补充计算。

采用SATWE进行弹性动力时程分析,输入地震波为两组实际地震记录(SATWE软件选波),并再由《广州国际金融城A007-1地块项目工程场地地震安全性评价报告》提供的地震波中选取一条场地合成人工波USER2(tt63%-2)输入SATWE进行弹性动力时程分析。进行弹性动力分析时按Ⅶ度地震2类土,50年时限内超越概率为63.2%(小震),阻尼比为0.05考虑。

5.2、中震作用分析

对设防烈度地震(中震)作用下,除普通楼板、次梁以外所有结构构件的承载力,根据其抗震性能目标要求,按最不利荷载组合进行验算,分别进行了中震弹性和中震不屈服的受力分析。计算中震作用时,水平最大地震影响系数αmax按规范取值为0.23,阻尼比为0.05。

采用中震弹性方法和中震不屈服方法对结构分别进行计算,并将计算得到的内力对各关键构件进行了详细的构件验算。结果显示:关键部位剪力墙核心筒墙体、跨层柱满足抗弯不屈服、抗剪弹性的要求,悬臂梁满足弹性要求;框架柱满足抗弯、抗剪不屈服;框架梁满足抗弯、抗剪不屈服,Y向外框圈梁局部出现抗弯屈服;部分内外筒Y向连系框架梁出现抗弯屈服,部分楼层的连梁出来超筋的情况,但其均满足抗剪截面验算的要求。整体属轻度损坏。

5.3、罕遇地震下的弹塑性时程分析

本工程的罕遇地震作用下的弹塑性时程分析采用了PER-FORM-3D以及通用有限元程序SATWE进行对比分析验证。根据规范的要求,分析中使用不少于7组地震波输入,其中要有五组真实地震记录和两组人工地震记录。七组地震波均按照三向输入。其加速度最大值按照1(水平1):0.85(水平2):0.65(竖向)的比例调整。在复杂弹塑性计算开始之前,将大震弹性反应谱和大震弹性时程分析基底反力进行了比较,以确保地震波的选取正确。

本工程采用弹塑性时程分析技术方法进行验算,底部加强区核心筒(负1~4层)存在1%的墙钢筋进入屈服,处于直接居住极限状态以下,部分剪力墙出现出现轻微到中度损伤,满足最小截面验算要求;非底部加强区核心筒墙体混凝土轻微至轻度损伤,钢筋未出现塑性应变,满足最小截面验算要求;跨层柱、悬臂梁满足不屈服;2层和顶层部分框架柱出现屈服,满足最小抗剪截面验算;个别位置外框梁屈服;大部分连梁和普通框架梁出现塑性,小部分连梁和普通框架梁出现抗弯损坏,但其均满足抗剪截面验算的要求。整体结构属轻度损坏,满足罕遇地震作用下抗震性能目标。

6、结论

(1)本工程塔楼结构高度172.8m,存在扭转不规则、楼板不连续等多项不规则,结构设计通过概念设计、方案优选、详细的分析及合理的设计构造,采用的局部楼层框架柱为钢骨混凝土柱的钢筋混凝土框架-核心筒结构体系,满足设定的性能目标要求,结构方案经济合理,抗震性能良好。

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