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1、2 0 0 7 年6 月第4 篇瑷论与实践专题研究 3 4 5 浅谈消防性能化设计在某地国际机场候机楼中的应用 张丽新。韩卫国o ( 玉东建麓夭学基建楚，济惫2 5 0 0 1 4 ) ( 济南市市中区房地产开发( 集团) 总公司，济南2 5 0 0 2 1 随着我圈经济建设和城市化的快速发展，大型、复杂的现代化建筑物越来越多地涌现出 来，壹予这些犬鳖建筑与传统建筑在使援功戆、建筑耱料、续擒形式、空闻太小等方蟊有缀大的 不同，给防火安全带来很多颓的问题，现有的建筑防火设计规范已经不能全都满足各项醣火设 计要求，今天所要说的某国际机场候机楼的设计就是局部突破现行国家建筑防火规范，应用性 能化设计
2、的一个典型实例。 l - r 稷概凌及设诗审遘戮豹垂难 某地新建国际机场候机楼高空鸟瞰为展翼翱翔的飞鸟设计，建筑面积约8 万稃，长 4 6 5m ，最宽处1 0 5m ，最窄处也有1 4I T I ，最高拱顶3 2m ，设有候机离港层、别港层、夹层及地下 层。该建筑采用钢结构大跨度设计形式，一层至拱顶最高处形成大跨度共攀空闻，设计筒浩、 视野舞翔，跌建筑形式及外观寒看，瘦是建筑学与美学完美缝合的精瑟之俸。毽是糖燕帮带来 了建筑防火设计中的诸多困雉，很多方面采用了一些无法依据现行规范执行的“超规范设计”， 人员安全疏散和钢结构防火保护便是困扰该设计的两个问题： ( 1 ) 大空间内人员安全疏散距
3、离过长，最大疏散距离达到2 0 4m ，远远超过大空间人员安 全疏散距离躐最近凄疆不越过3 0m 豹要求； ( 2 ) 建筑物主俸为钢结构形式，根据现行规范要求主簧盼承重季鼋俸鲡钢柱、钢梁、钢壤条 等均应进行防火处理，而目前国内外各大城市已建成的诸多大型机场候机楼，其内部主要承踅 的钢构件则是根据火灾时的实际情况仅对部分承重构件局部进行了防火处理，所以该候机楼 在设计时也根据理论和实际对承重豹钢柱鼹部采取了防火像护措施。 舒对瑗上存在戆瑗行防火瓣范无法鳃决的阅题，我识采矮了性麓纯豹分橱方法，通过其俸 模拟火灾发生的情况有针对性地对该工程进行了火灾风险评估。 2 根据候机楼火灾风陂评估进行的防火
4、性能化设计 该国际枧场的性麓诧设谤主要从火灾风险评悠入手，对火灾危猃源、危害性等进行了璎论 计算与实验窒模拟，确定了以确保所有人员麓够疏散到安全送域为第一目标的设计原露；其次 是保证财产安全，降低火灾的宣接和间接损失。具体的判定准则就是从火灾发生到危险状态 的时间能否大予从火灾发生到建筑物内人员全部疏散完毕的时闯，以图形形象的表示( 见图 1 ) 。 跌图l 索覆烧缝褥出绻论，必要瓦 t 帮霹潢是入员安全琉散所需时阕。t 是盘“探测 报警时间”、“准备疏散时间”和“疏散时间”三部分组成。 那么“危险状态”是一种什么情况呢? 所谓“危险”，应该是有毒有害烟气扩散蔓延到安全 区域并上升或下降到危险
5、高度；建筑物结构受热、受火失稳坍塌等对人身安全构成威胁的情 3 4 6 建筑教育改革理论与实践( 第9 卷) 2 0 0 7 年6 月 ， - 型鳓鳖楚i L r i 厶墨堕熬塞整堕塑互 ，；i ： 搽灏鞭雄冬琉i! 釜整鏊墼整錾。 。鎏墼壁墼 1i ， ： i| 守一一 ( 斑火点) 强l 氛鞠t 豹关系 嚣。两这熏要与建筑耨内黪霹燃嫠耪震魏多少，学术主讲是灾灾蘩蓑密度大小、蒸释放速率等 有关。 下面探讨一下在该场所中，燃烧产生的烟气对人身安全造成的危害性以及其扩散夔她的 情况和解决方法。因为船决人员安全疏散朔钢结构保护蚓题归根结底就是要解决火灾中的有 害裹温矮气瓣阕题。 燃烧审产生的熔楚豳
6、燃烧或熬解过稷中产生的悬浮在大气孛爵觅的圈体秘( 或) 液体鬏糍 组成。可熊大家对烟的危害性还没有太多的意识，总想象成冬天围着火炉敞暖的感觉一样，其 实不然，着火区域内烟的娥高温度低则5 0 0 “ - - 6 0 0 ，高则达到8 0 0 1 0 0 0 ，甚至更高些。而 又秘对亵温燧气翦悉穗怒有限豹；鑫S 对霹泼短霹悉受；1 2 0 对，1 5m i n 癌裁将产垒不霹恢 复静接穆；1 4 0 时约5r a i n 产生不可恢复黪损像；1 7 0 时约tm i n 产燕不霹获复酶损绕；碟 在几百度的高温烟气中肯怒是一分钟也冤法忍受的了。燃烧中生成的气体通常有一氧化碳、 氰化氢、二械化碳、丙
7、烯醛、氯化氢、二氧化硫等。有害气体中，如一氧化碳，它与体内血级鬣自 豹亲翻力蹴氧高3 0 0 结，可以使盘红蛋自嵌失携带氧妁熊为翻作用，对全舟的组织缨戆均凑毒 往荐熏，兔其瓣大基皮羡豹影畴最秀严重。它使支鬣天体运动翡大膝瘦爨最先受嚣瘩疼损害， 使人无法实现有目的的自主运动，而使火场巾的入无法及对逃生；氯他氯，剃是一种能使人避 速致死、窒息的毒害气体；其他气体也都魁对人体产生强烈刺激作用，令人窒息死亡的穗管物 质。据日本、英国对火灾巾造成人员伤亡的原因统计表明，由于一氧化碳等有害气体中毒燮息 惩亡嚣一般占震灾墓死亡人数戆鞠菇- - - 5 0 ，嚣菝交巍瑟酶入当孛，多数是先孛毒窒惫荤倒 后被烧露
8、翘。据美国清醣嚣的统计，这一数字更是离达8 0 。如睡本“警蠢”百货夫楼火灾， 死亡的1 1 8 人中就有9 3 人是被烟熏死的；夔国“米高梅”饭膳发生火灾死亡的8 4 人中就有6 7 人是被烟煎梦E 的。 翔此离的院壤，是缓让麟骞设诗人虽、使用者试识到采敢极其者效熟游薅、辩耀措施是当 务之急。那么，先谴我懿了癣一下在谈簸搬横孛，爝气产燮及蔓延上舞懿馕况。在候撬楼的候 机厅等大窝间区域内，正常情况下，可燃物较少，火灾热释放速率低，发擞火灾后的危险憔较 小；而辅助区域，如餐饮区的库房、行李分撩隧的行李仓、商业区的商亭等，则火灾时热释放速 率太，对大空阕安全性造成的藏胁也较大，嚣要重点保护，采取有
9、效豹防火措施。丑蓠流舒的 夹灾分析方法鸯区域模投分析方法，在一般情浇下，多是将整个空阗努成上下两个区域热 烟气层和冷空气层来进行矜析，如图2 耩永。在空间不太时，采用双层区域模拟的方法霹戳彳譬 到满意的模拟结果。但是，在大空间，尤熊魁扁平形的大擞闻中，如该候机楼，南北长4 6 5m ， 高仅3 2m ，就是典型的扁平形大空间建筑，此种建筑顶棚附近的高温烟气在向两侧扩散的过 2 0 0 7 年6 月第4 篇理论与实践专题研究 3 4 7 - _ _ _ l ii i Ii l I i - I _ I _ _ _ ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ，! _ - -
10、 ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 程中，温度逐渐下降，这时其浮力将逐渐降低，密度增大，就有可能在未到达侧墙就已经开始下 沉，这将导致在火灾中出现如图3 所示的情况：空间两侧的烟气下降比中间部分的烟气要快。 在这种情况下，如果还是采用整个空间双层区域模拟的方法，显然得不到理想的模拟结果。因 此对该候机楼的火灾模拟采用了分段区域模拟的改进思路，将整个空间划分成若干个区域，然 后再在每个区采用双层区域模拟的方法，区域之间的连接假定为一个与空间高度基本一致的 大开口。 图2 双层区域模型简图 图3 扁平形大空间中火灾烟气的发展趋势 通过将不同楼层的空间划分成若干区域，进行蓄
11、烟能力分析，确定烟气层下降到危险高度 的时间，然后通过采用自然排烟、机械排烟等有效的排烟方式，延长烟气层下降到危险高度的 时间或避免烟气层降落到危险高度，从而为人员安全疏散提供足够的时间。此时烟气层下降 到危险高度的时间只要大于人员疏散的时间，即前面提到的瓦 L ，就能够实现火灾时人员 的安全逃生。通过实验我们得出了这样的结论：大空间具有良好的蓄烟能力，即使发生高达 4 0M W 的大型火灾，烟气也不会在短时间内下降到危险高度而对人员造成危害。大空间顶部 开口进行自然排烟就可以保持足够的烟气高度，不必再安装机械排烟设备。夹层部分的高度 较低，平面面积又相对较小，烟气层下降很快，对人员危害较大，
12、因此需要设置机械排烟系统， 并且应加强对火灾荷载的控制。 有害烟气是“危险状态”的一个方面，另一个方面就是承重构件的耐火极限问题。该建筑 的主要承重构件为钢构件钢柱、钢梁、钢檩条。在高温下，钢材的力学性能会发生明显的 变化：2 5 0 以下时钢结构的强度和弹性模量变化不大，超过2 5 0 时，即开始发生“塑性流 动”；钢温达到3 0 0 以上，强度和弹性模量明显减小，3 2 0 时钢材的屈服应力在1 5r a i n 左 右即可达到。荷载和温度引起的应力变化，造成的弹性应变、塑性应变、蠕变，对结构的承载能 力和完整性产生巨大的影响。一般在6 0 0 以上时，钢材即达到塑性状态，形象地说，就变成
13、 3 4 8 建筑教育改革理论与实践( 第9 卷) 2 0 0 7 年6 月 _ _ _ - _ _ _ - 一I I _ _ _ _ - _ _ _ _ - _ _ _ _ - - _ _ _ _ _ _ _ - - _ _ _ _ - _ _ _ _ _ - - - “面条”了。由于钢材的性能会随着温度升高发生如此大的变化，因此我国的防火设计规范中， 在钢材作为建筑物主要承重构件时都对其防火性能提出了较高的要求，一般要求对承重构件 采取全面的防火保护措施。而对于该候机楼工程，因跨度大、结构特殊，大范围的使用钢材作 为承重支撑材料，如果简单地照搬规范，对钢结构全部进行防火保护，势必带来财力、
14、人力、物 力的大量支出，对于建成后的维护也带来了诸多困难。因此，结合国内外此类建筑实际情况， 通过火灾模拟，发现烟气层到达钢网架屋盖系统时烟气平均温度低于1 0 0 ，局部最高温度也 远小于钢结构的耐火极限温度5 3 8 ，因此认为钢网架屋盖不需要进行防火保护。而钢柱虽 然会直接受到火的威胁，并且对候机楼的结构安全起到至关重要的作用，但也因其大空间的结 构蓄烟能力强，热能量分散快，高温烟气上升高度有限的实际情况，通过实验，得出仅对钢柱 8m 以下部位进行有效的防火处理，使其耐火时间不低于2 0h 即可满足防火要求。当然。这 2 0h 也足以满足T h T e 。 3 结束语 通过前面对该候机楼有害烟气、钢结构承重性能的分析，在采取有效的排烟措施和对钢柱 局部进行防火处理的情况下，基本上可以解决人员安全疏散和建筑物结构安全的问题。通过 这个工程实例，也让我们认识到火灾风险评估的性能化设计在解决大空间、形式复杂的建筑物 的防火设计中有其切实可行的重要意义。 参考文献 1 范维澄，张和平姚斌等某地机场候机楼火灾风险评估研究报告 2 赵国凌防排烟工程
