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2018消防预习知识点:建筑性能化防火设计评估考点总结

来源:汇建教育 时间:2018-3-3 11:52:02 点击量: 88
摘要: …

通过本章学习,应掌握建筑性能化防火设计评估的概念以及可以解决的问题,熟悉如何确立消防安全目标及判定条件;了解烟气模拟计算分析手段和烟气羽流有关参数的计算方法,掌握烟气流动几种计算模型的适用条件;了解人员安全疏散计算模拟分析手段和影响人员安全疏散的因素,掌握疏散安全所需时间的组成和计算方法,熟悉通用疏散分析模型及特性;了解建筑结构的主要形式及其耐火性能的特点,掌握影响建筑构件耐火性能的主要因素,了解钢结构、钢筋混凝土结构的耐火计算方法以及整体结构计算的方法和步骤。


第一节  概  述

1、性能化防火设计产生的背景

2、我国性能化防火设计发展

3、性能化防火设计与传统的规范做法对比

4、性能化防火设计核心内容

5、性能化防火设计主要内容

6、性能化防火设计问题


第二节  火灾场景设计

1、火灾场景

2、设定火灾

3、火灾增长分析


第三节  烟气流动与控制

1、烟气流动的驱动作用

2、烟气流动分析

3、烟气层有关参数计算

4、烟气流动的计算方法及模型选用原则


第四节  人员疏散分析

1、影响人员安全疏散的因素

2、人员安全疏散分析的目的及性能判定标准

3、人员疏散时间计算方法与分析参数

4、人员疏散分析模型

5、人员疏散安全性评估


第五节  建筑结构耐火性能分析

1、影响建筑结构耐火性能的因素

2、结构耐火性能分析的目的及判定标准

3、计算分析模型 

4、建筑结构耐火性能分析的内容和步骤


第一节 概述

考点1 定义

性能化防火设计,是指根据建设工程使用功能和消防安全要求,运用消防安全工程学原理,采用先进适用的计算分析工具和方法,为建设工程消防设计提供设计参数、方案,或对建设工程消防设计方案进行综合分析评估,完成相关技术文件的工作过程。


考点2 特点

与传统的防火设计规范相对比,性能化的防火设计规范具有以下特点。

1)加速技术革新。在性能化规范的体系中,对设计方案不做具体规定,只要能够达到性能目标,任何方法都可以使用,这样就加快了新技术在实际设计中的应用,不必考虑应用新设计方法可能导致与规范的冲突。性能化的规范给防火领域的新思想、新技术提供了广阔的应用空间。


2)提高设计的经济性。性能化设计的灵活性和技术的多样化给设计人员提供了更多的选择,在保证安全性能的前提下,通过设计方案的选择可以采用投入效益比更优化的系统。


3)加强设计人员的责任感。性能设计以系统的实际工作效果为目标,要求设计人员通盘考虑系统的各个环节,减小对规范的依赖,不能以规范规定不足为理由忽视一些重要因素。这对于提高建筑防火系统的可靠性和提高设计人员技术水平都是很重要的。


考点3 存在的技术问题

性能化防火设计案例尚缺乏火灾验证。目前使用的性能化方法还存在以下技术问题。

1)性能评判标准尚未得到一致认可。

2)设计火灾的选择过程确定性不够。

3)对火灾中人员行为假设的成分过多。

4)预测性火灾模型中存在未得到很好证明或者没有被广泛理解的局限性。

5)火灾模型的结果是点值,没有将不确定性因素考虑进去。

6)设计过程常常要求工程师超出专业之外的领域工作。


考点4 建筑物性能化防火设计的一般程序

1)确定建筑物的使用功能、建筑设计的适用标准;

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设计方法进行设计的问题;

3)进行性能化试设计和评估验证;

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;

5)提交审查与批准。


考点5 性能化防火设计的内容

确定设计火灾场景与设定火灾,不同类型建筑的火灾荷载密度确定,烟气运动的分析方法,人员安全疏散分析,主动消防设施的对火反应特性分析,火灾危害和火灾风险的分析与评估,性能化设计与评估中所用方法的有效性分析。


第二节 火灾场景设计

考点1 定义

火灾场景通常要定义引燃、火灾增长阶段、完全发展阶段、衰退阶段以及影响火灾发展过程的各种消防措施和环境条件。


考点2 场景确定

火灾场景的确定应根据最不利的原则确定,选择火灾风险较大的火灾场景作为设定火灾场景。


考点3 设定火灾

1)在设定火灾时,一般不考虑火灾的引燃阶段、衰退阶段,而主要考虑火灾的增长阶段及全面发展阶段。但在评价火灾探测系统时,不应忽略火灾的阴燃阶段;在评价建筑构件的耐火性能时,不应忽略火灾的衰退阶段。


2)在设定火灾时,需分析和确定建筑物的基本情况,包括建筑物内的可燃物、建筑结构、平面布置、建筑物的自救能力与外部救援力量等。


考点4 t2模型

t2模型描述火灾过程中火源热释放速率随时间的变化关系,当不考虑火灾的初期点燃过程时,可用下式表示

Q=at2

式中:Q——火源热释放速率,kW;

α——火灾发展系数,α=Q。/to2,kW/S2;

t——火灾的发展时间,s;

to——火源热释放速率 Qo =1MW 时所需要的时间,s。

根据火灾发展系数 d,火灾发展阶段可分为极快、快速、中速和慢速四种类型,表 5-4-1(P524) 给出了火灾发展系数仅与美国消防协会标准中示例材料的对应关系。


第三节 烟气流动与控制

考点1 烟囱效应

1)当外界温度较低时,在诸如楼梯井、电梯井、垃圾井、机械管道、邮件滑运槽等建筑物中的竖井内,与外界空气相比,由于温度较高而使内部空气的密度比外界小,便产生了使气体向上运动的浮力,导致气体自然向上运动,这一现象就是烟囱效应。


2)当外界温度较高时,则在建筑物中的竖井内存在向下的空气流动,这也是烟囱效应,可称之为逆向烟囱效应。


3)烟囱效应是建筑火灾中竖向烟气流动的主要因素。


考点2 顶棚射流

顶棚射流是一种半无限的重力分层流,当烟气在水平顶棚下积累到一定厚度时,它便发生水平流动。


考点3  烟气流动的计算方法及模型选用原则

主要有火灾发展的确定性火灾模型,包括经验模型、区域模型、场模型和场区混合模型。

1)经验模型

①它是指以试验测定的数据和经验为基础,通过将试验研究的一些经验性模型或是将一些经过简化处理的半经验模型加上重要的热物性数据编制成的数学模型。它是对火灾过程的较浅层次的经验模拟。

②常用的经验模型有美国标准与技术研究院(NIST)开发的 FPETOOL 模型、计算烟羽流温度的 Alpert模型和计算火焰长度的 Hasemi 模型。


2)区域模型

①把所研究的受限空间划分为不同的区域,并假设每个区域内的状态参数是均匀一致的,而质量、能量的交换只发生在区域与区域之间、区域与边界之间以及它们与火源之间。区域模型通常把房间分为两个控制体。

②常用的区域模型有 ASET 和 ASET-B、HARVARD-V 和 FIRST、CFAST 和 HAZARD1 模型。


3)场模型

①火灾的场模拟研究是利用计算机求解火灾过程中各参数(如速度、温度、组分浓度等)的空间分布及其随时间的变化,是一种物理模拟。场是多种状态参数(如速度、温度与组分浓度)的空间分布,是通过计算这些状态参数的空间分布随着时间的变化来描述火灾发展过程的数学方程集合。场模型由于引入的简化条件少,因而是目前为止可获取更高精确度的受限空间火灾数学模型。

②用于火灾数值模拟的专用软件有瑞典 Lund 大学的 SOFIE、美国 NIST 开发的 FDS 和英国的 JASMINE等,它们的特点是针对性较强。场模拟可以得到比较详细的物理量的时空分布,能精细地体现火灾现象。


4)场区混合模型

基于试验研究的结果和计算机客观条件等限制,采用场模拟的方法来研究着火房间或强流动区域,对其他非着火和非强流动区间采用区域模拟的方法。这种混合模拟方法,兼顾场模拟和区域模拟两者的优点,并能更为准确地反映火灾过程的特征。


第四节 人员疏散分析

考点1 影响人员安全疏散的因素

1)主要有人员内在影响因素、外在环境影响因素、环境变化影响因素、救援和应急组织影响因素 4 类。

2)人员内在因素主要包括人员心理上的因素、生理上的因素、人员现场状态因素、人员社会关系因素等。


考点2 人员安全疏散分析的目的及性能判定标准

1)人员安全疏散分析的目的

人员安全疏散分析的目的是通过计算可用疏散时间( ASET)和必需疏散时间(RSET),从而判定人员在建筑物内的疏散过程是否安全。


2)人员安全疏散分析的性能判定标准

人员安全疏散分析的性能判定标准为可用疏散时间( ASET)必须大于必需疏散时间( RSET)。


考点3  人员疏散时间计算方法与分析参数

人员的疏散过程与火灾探测、警报措施、人员逃生行为特性和运动等因素有关。必需疏散时间按火灾报警时间、人员的疏散预动时间和人员从开始疏散至到达安全地点的行动时间之和计算


RSET= Td+Tpre +kTt


式中Td-火灾探测报警时间,是指从火灾发生到触发火灾探测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、嗅觉及视觉系统察觉到火灾征兆的时间;

Tpre——疏散预动时间,是指人员从接到火灾警报之后到疏散行动开始之前的这段时间,包括识别时间和反应时间;


Tt——疏散行动时间,是指建筑内的人员从疏散行动到疏散结束所需要的时间;


k——安全系数,考虑到场景预测中的不确定性,需要考虑足够的安全余量,安全系数一般取 1.5~2,采用水力模型计算时的安全系数取值,宜比采用人员行为模型计算时的安全系数取值要大。


考点4  疏散行动时间

1)人员疏散行动时间是指建筑内的人员从疏散行动开始至疏散结束所需要的时间,包含行走时间和通过出口的时间两部分组成。


2)人员疏散行动时间的计算可按照数学模拟计算进行。数学模拟计算方法主要有水力模型和人员行为模型两种方法。


考点5  疏散分析参数

在对人员疏散时间预测计算中必须确定人员疏散时关于人数、行走速度、比流量、有效宽度等相关参数。

1)人员数目的确定

①人员密度。

②计算面积。

③人流量法。


2)人员的行走速度

①人员自身条件的影响。

②建筑情况的影响。

③人员密度的影响。


3)出口处人流的比流量。


4)通道的有效宽度:疏散走道或出口的净宽度应按下列要求计算。

①对于走廊或过道:为从一侧墙到另一侧墙之间的距离。

②对于楼梯间,为踏步两扶手间的宽度。

③对于门扇,为门在其开启状态时的实际通道宽度。

④对于布置固定座位的通道,为沿走道布置的座位之间的距离或两排座位中间最狭窄处之间的距离。


考点6 人员疏散模型

有多种分类方法,其中基于疏散模型对建筑空间的表示方法,可以把模型分为离散化模型和连续性模型两类。


第五节 建筑结构耐火性能分析

考点1 影响建筑结构耐火性能的因素

结构类型,荷载比,火灾规模,结构及构件温度场。


考点2 结构耐火性能分析的目的及判定标准

1)结构耐火性能分析的目的就是验算结构和构件的耐火性能是否满足现行规范要求。结构的耐火性能分析一般有两种方法:第一种验算结构和构件的耐火极限是否满足规范的要求;第二种即在规范规定的耐火极限时的火灾温度场作用下,结构和构件的承载能力是否大于荷载效应组合。这两种方法是等效的。


2)对于一般的建筑结构,可只验算构件的承载能力,对于重要的建筑结构还要进行整体结构的承载能力验算。


题例

对火灾下建筑结构的内力重分布、结构极限状态及耐火极限的确定,需要采用基于( )的结构耐火性能计算方法。整体结构耐火性能计算方法需要采用非线性有限元方法完成。

A.性能

B.强度

C.刚度

D.挠度

【正确答案】A。

【答案解析】对火灾下建筑结构的内力重分布、结构极限状态及耐火极限的确定,需要采用基于性能的结构耐火性能计算方法。整体结构耐火性能计算方法需要采用非线性有限元方法完成。

转自优路消防工程师


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