2021年二级消防工程师案例分析知识点六

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被动防火系统

1.结构耐火

建筑结构是由若干基本构件通过一定连接方式构成的整体。在建筑结构中，所有能使结构产生内力和变形的因素统称为作用。除了直接以力的形式出现的作用会在结构中产生内力和变形外，其他作用，如温度的变化、混凝土收缩、基础不均匀沉降等也可在结构中产生内力和变形。直接以力的形式出现的作用称为直接作用，即荷载。其他作用则称为间接作用。一般，设计合理的建筑结构能安全可靠地承受并传递各种荷载和间接作用。

但是，在进行建筑结构设计时，不能仅考虑正常使用状态下建筑结构的荷载和间接作用，而同时应充分考虑非正常状态的作用效应组合，如火灾情况。这是因为火灾产生的高温会对建筑构件带来极大的破坏作用。下面以我国常用的建筑结构构件材料钢筋混凝土为例进行说明。在高温作用下，混凝土中各种水分迅速汽化，体积明显膨胀，其强度和弹性模量随温度升高而降低。钢筋混凝土结构中的钢筋虽有混凝土保护，但在高温下其强度仍然有所降低，以致在初应力下屈服而引起截面破坏。构件破坏的程度取决于温度升高的速率、最高温度和火灾作用持续的时间：当温度低于500℃时，浇水冷却的混凝土强度低于自然冷却后的强度;而高于600℃时，浇水冷却后的强度高于自然冷却后的强度;在1400℃时，钢筋进入液态，失去了抵抗荷载的能力。并且在火灾时，钢筋与混凝土间的粘结强度也随温度升高而呈下降趋势。对于钢筋混凝土超静定结构而言，构件的热膨胀会使相邻构件产生过大位移，从而危及相邻构件稳定性和承载力。

因此，建筑结构防火设计在建筑防火设计中的作用举足轻重。从各国的规范来看，其具体规定内容虽然不同，但其消防安全总目标却大同小异，其中最重要的就是保护人的生命和财产安全。就保护人的生命安全而言，结构防火在所有建筑类型中都是重要的。这是因为：

1)良好的结构耐火性能能为人员的安全疏散提供宝贵的疏散时间，特别是在高层和大空间建筑中以及有行动受限人员的建筑内，如医院、老年人建筑、幼儿园等;

2)为消防队员在建筑内所有人员撤出后进入建筑内实施灭火提供生命安全保证。

就保护财产安全而言，结构防火的重要性更是不言而喻。在火灾初级阶段，尽管结构耐火能力所起的作用不大，但如果初期火灾没有得到成功控制而使火灾继续增长，良好结构耐火性能的作用明显。在消防队员实施灭火之前，结构构件可以有效地将火灾控制在起火区域或某个防火分区内，从而减少火灾和烟气对建筑内的物品和建筑结构所造成的破坏，同样也可减少灾后修复难度、费用和时间。建筑结构性能化设计目标、功能目标和性能目标如下：

(1)设计目标。在火灾作用下，建筑结构应能在合理的消防投入基础上，保持足够的完整性能、隔热性能或承载力或同时保持其中两个或三个性能。

(2)功能目标

①建筑构件能避免因其在火灾中发生变形或破坏而导致建筑结构的严重破坏或失去承载力;

②不会因构件的破坏而危及建筑内部人员的疏散安全和灭火救援人员的安全;

③避免结构在火灾中因变形、垮塌而难以修复或影响重要功能的使用、减少灾后结构的修复费用和难度，缩短结构功能的恢复期;

④预防因构件破坏而加剧火灾或导致火灾蔓延至其它防火区域或相邻建筑物。

3)性能要求

(1)建筑构件的耐火性能应与构件的功能、建筑的功能与用途、建筑内的预计火灾荷载、火灾强度及其持续时间、建筑高度与体量以及建筑内外的消防设施相适应;

(2)建筑承重构件在火灾作用下，应具有足够的承载力;

(3)建筑分隔构件的燃烧性能和耐火极限在设计所需时间内应能防止火灾和烟气的蔓延;

(4)建筑物中各构件的耐火性能应具有合理的关系;

(5)建筑构件在火灾作用下的变形不应超过允许变形值;

(6)建筑结构所提供的安全水平应与现行国家标准的规定等效。

2.防火分区

我国现行的建筑防火技术体系中，虽然主动防火系统的相关技术不断发展，其在建筑防火设计中的地位和作用也越来越重要，但以保证建筑物的耐火等级、划分防火分区、限制可燃装修装饰材料的应用、保证安全疏散出口宽度及数量等为主要内容的建筑物被动防火系统尚应居首要地位。良好的防火分区划分和分隔构件的耐火性能能有效地将火灾控制在起火区域或某个防火分区内，从而为建筑内人员的安全疏散及消防队员的救援和灭火行为提供宝贵的时间，为减少火灾和烟气对建筑内容物和建筑结构所造成的破坏、减少灾后修复难度、费用和时间等提供条件。就我国目前的经济实力和公众防火安全意识而言，做好被动防火系统是更有效、可靠和经济的防火途径。

对于火灾蔓延控制目标，主要利用火灾发展分析工具，根据本建筑的使用功能和空间特性等，设定相应的火灾场景，模拟烟气的运动规律，计算烟气层的温度，并以此判断所设计的防火隔离措施能否将火灾控制在设定的防火区域内。

火灾的蔓延方式有火焰接触、延烧、热传导、热辐射等。当可燃物为离散布置时，热辐射是一种促使火灾在室内及建筑物间蔓延的重要形式。当火灾烟气达到足够的温度时，其产生的热辐射强度将会引燃周围可燃物，从而导致火灾的蔓延。消防性能化设计时一般通过模拟计算分析得到火源所在防火区域之外的其它防火区域的烟气层最高温度。如果烟气层温度高于设定的极限温度，则认为火灾将通过热辐射在防火区域间进行蔓延;如果烟气层温度小于设定的极限温度，可认为火灾不会通过热辐射在防火区域间进行蔓延。

根据相关试验，可燃物品被引燃所需的最小热流为10kW/m2。火灾的辐射热为10kW/m2时，约相当于烟气层的温度达到360℃～400℃时的状态。因此一般将360℃作为火灾在防火区域间蔓延的极限温度，即烟气层温度大于该值时，火灾将通过热辐射在防火区域间进行蔓延;当烟气层温度小于该值时，可认为火灾不会通过热辐射的方式在防火区域间蔓延。防火分区性能化设计目标、功能目标和性能要求如下：

1)设计目标：防火分区划分应能有效降低火灾危害，可将火灾的财产损失控制在可接受的范围之内。

2)功能目标：观众厅内采取的防火隔断措施，应能将建筑火灾控制在设定的的防火空间内，而不会经水平方向和竖向向其他区域蔓延。

3)性能要求

(1)防火分隔构件的燃烧性能具有足够的耐火极限，并满足控制火灾的要求;

(2)着火空间内不会发生轰燃;

(3)火灾可以控制在设定的防火区域内;

(4)火灾不会发生连续蔓延;

(5)火灾的可能过火面积与满足规范要求的防火分区的过火面积基本相同;

(6)灭火系统符合设计要求，可以有效控制火灾蔓延;

(7)排烟系统符合设计要求，可以有效排除烟气和热量。

3.防火间距

建筑发生火灾时，火灾除了在建筑内部蔓延扩大外，还可能通过一定途径向邻近的建筑蔓延。为了防止火灾在建筑之间蔓延，建筑之间保持适当的距离是一种有效措施。防火间距是指防止着火建筑的辐射热在一定时间内引燃相邻建筑，且便于消防扑救的间隔距离。因此，防火间距一方面有助于防止火灾在建筑之间蔓延，另一方面为火灾扑救及建筑内人员和物资的紧急疏散提供场地。

在实际确定建筑之间的防火间距时，不可能考虑上述所有因素。一般情况下，防火间距主要是根据建筑物的使用性质、火灾危险性及耐火等级来确定。建筑物的耐火等级越低，防火间距越大;建筑物的火灾危险性越大，防火间距越大;建筑物扑救难度越大，防火间距越大。防火间距设置的基本原则是：

1)根据火灾的辐射热对相邻建筑的影响，一般不考虑飞火、风速等因素。

2)保证消防扑救的需要。需根据建筑高度、消防车的型号尺寸，确定操作场地的大小。

3)在满足防止火灾蔓延及消防车作业需要的前提下，考虑节约用地。

建筑物间防火间距的设计目标、功能目标和性能要求如下：

1)设计目标 建筑与相邻建筑、设施的防火间距应满足安全要求。

2)功能目标

(1)防火间距应能有效防止建筑间的火灾蔓延。

(2)建筑周围应具有满足消防车展开灭火救援的条件。

3)性能要求

(1)建筑与相邻建筑、设施之间的防火间距应根据建筑的耐火等级、外墙防火构造以及相邻外墙的防火措施、灭火救援以及设施性质等因素进行确定。

(2)工业与民用建筑与城市地下交通隧道、地下人行道及其他地下建筑之间应采取防止火灾蔓延的有效措施。

(3)建筑周围应设置消防车道或满足消防车通行与停靠、折转的平坦空地。消防车道的净空高度和净宽度以及地面承压应满足消防车通行的需要。

(4)大型工业或民用建筑周围应设置环形消防车道或其他满足消防车灭火救援的场地。

(5)供消防车停留和作业的道路与建筑物的距离应满足消防展开和救援的要求。

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