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【课程详情】
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教学内容：
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消防性能化设计设定安全目标
我国的消防工作方针是“预防为主，防消结合”，其首要原则是要做到“预防为主”，防患于未然。要减少和预防建筑火灾，首先要确保建筑物本身的本质安全。因此，在建筑防火设计中，设计师应尽可能降低建筑物内的火灾荷载、降低建筑构件及建筑装修装饰材料的燃烧性能，认真研究建筑防火措施，合理布置建筑平面，在建筑物内外进行必要的分隔，合理设定建筑物的耐火等级和相关构件的耐火极限，预防火灾发生，防止火灾蔓延。此外，应根据建筑物的使用功能、空间平面特征和人员特点，设计合理正确的安全疏散与灭火设施，达到减少火灾危害、保护人员生命和财产安全的目的。建筑被动防火系统包括建筑结构、防火分隔、防火间距、管线和管道(井)、建筑装修等;建筑主动防火系统包括自动灭火系统、排烟系统、火灾自动报警系统等;安全疏散系统包括疏散楼梯、安全出口、疏散出口、避难逃生设施、应急照明与标识等。
(一)被动防火系统
1.建筑结构
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。一般情况下，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，而应同时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产生极大的破坏作用。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度、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;当温度高于600℃时，浇水冷却后的强度高于自然冷却后的强度;当温度达到1400℃时，钢筋进入液态，失去了抵抗荷载的能力。在火灾发生时，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，从而危及相邻构件的稳定性和承载力。
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。从各国的相关规范来看，其具体规定内容虽然不同，但其消防安全的总体目标却大同小异，其中*重要的就是保护人员的生命和财产安全。
就保护人员的生命安全而言，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够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*。
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，那么良好的结构耐火性能的作用便十分明显。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，同样也可以减少灾后修复的难度、费用和时间。建筑结构性能化设计的设计目标、功能目标和性能要求如下：
(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他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**标准的规定等效。
2.防火分隔
在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*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、*安全疏散出口的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够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为有效、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。进行消防性能化设计时，一般通过模拟计算分析得到火源所在防火区域之外的其他防火区域的烟气层高温度。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问进行蔓延;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。
根据相关试验可知，可燃物品被引燃所需的*小热流为10kW/m2。火灾的辐射热流为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。防火分隔性能化设计的设计目标、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，可将火灾造成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
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的。建筑物的耐火等级越低，防火间距应越大;
建筑物的火灾危险性越大，防火间距应越大;建筑物扑救难度越大，防火间距应越大。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*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实施灭火救援的条件。
(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来确定。
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通道或满足消防车通行与停靠、折转的平坦空地。消防车通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车展开和救援的要求。
(二)主动防火系统
大量火灾事实表明，建筑主动防火系统能够提高建筑自身的防火能力，防止和减少火灾损失，是建筑防火体系的重要组成部分。火灾自动探测报警可在火灾发生早期及时探测到火情并报警，不仅可为人员的安全疏散提供报警信息和宝贵的疏散时间，而且可以通过联动启动火灾警报装置、应急照明系统、火灾应急广播等设施，引导火灾现场人员及时疏散;启动有关的消防设施来扑灭或控制早期火灾，排除烟气，防止火灾蔓延。建筑灭火设施可用于扑灭或控制不同阶段的建筑火灾。防烟系统可用于建筑内需要*烟气不可进入区域的安全。排烟系统可及时排除建筑火灾产生的高温有毒烟气，阻止烟气向非着火区域扩散，既可延缓火灾发生轰燃而保持相对稳定的燃烧状态，又可为人员疏散提供宝贵的可用时间，为救援人员提供较好的灭火救援条件。
因此，建筑主动防火系统的作用主要是通过检测火灾信号并发出相应的警报和联动启动相关建筑消防设施，为人员疏散和灭火救援提供较安全的环境，扑灭或控制不同性状的火灾，减少火灾危害。
1.自动灭火系统
(1)设计目标。为建筑中不能中断防火保护的场所提供灭火措施，使其免受火灾危害或减轻其危害程度。
(2)功能目标。建筑内设置的自动灭火系统应能够及时扑灭和控制建筑内的初期火灾，防止火灾蔓延和造成较大损失。
(3)性能要求。
1)建筑内设置的自动灭火系统应根据设置场所的用途、火灾危险性、火灾特性、环境温度和系统的性价比等进行比较后再确定。
2)灭火系统的灭火剂应适用于扑救设置场所的火灾类型，且对保护对象的次生危害较小。
3)灭火系统的类型应与火灾发展特性、建筑空间特性相适应，并在设置场所的环境温度下能安全、可靠运行和有效灭火。
4)对于火灾报警系统识别火灾并联动的灭火系统，应有能*系统及时启动的火灾探测控制系统。对于自动喷水灭火系统、细水雾灭火系统和水喷雾灭火系统等需要消防水泵供水的灭火系统，其电源应满足系统连续运行及其动作需要。
2.排烟系统
其设计目标、功能目标和性能要求如下：
(1)设计目标。建筑内设置的排烟系统应能*人员安全疏散与避难。
(2)功能目标。建筑内设置的排烟系统应能及时排除火灾产生的烟气，避免或限制火焰和烟气向无火区域蔓延，确保建筑物内人员的顺利疏散和安全避难，并为消防救援创造有利条件。
(3)性能要求。
1)排烟设施应与建筑的室内高度、结构形式、空间大小、火灾荷载、烟羽流形式及产烟量大小、室内外气象条件等条件相适应。
2)排烟设施应具有*其在火灾时正常动作的技术措施。
3)排烟系统的排烟量或排烟口的面积能够将烟气控制在设计的室内高度以上，而不会不受控制地蔓延。
4)机械排烟系统的室外风口布置，应能有效防止从室内排出的烟气再次被吸人。
5)设置机械排烟设施的场所应结合建筑内部的结构形式和功能分区划分防烟分区。防烟分区及其分隔物应*火灾烟气能在一定的时间内有效蓄积和排出。
6)排烟口的布置应能有效避免烟气因冷却而影响排烟效果，与附近安全出口、可燃构件或可燃物的距离应能防止出现高温烟气遮挡安全出口或引燃附近可燃物的现象。
7)排烟风机应能*在任一排烟口或排烟阀开启时自行启动，并应在高温下和该场所需排烟时间内具有稳定的工作性能。
8)在地上密闭场所中设置机械排烟系统时，应同时设置补风系统，补风量应能有利于排烟系统进行排烟。
3.火灾自动报警系统
火灾自动报警系统的设计目标、功能目标和性能要求如下：
(1)设计目标。为人员及早提供火灾信息，避免火灾扩大和人员疏散延迟而导致更大的伤亡和经济损失。
(2)功能目标。
1)火灾时，及时向使用人员发出报警信号，使人员能采取必要的合理措施，提高人员疏散的安全性和火灾扑救的有效性。
2)火灾时，及时联动防止火灾蔓延和排除烟气，或阻止烟气进入安全区域。
(3)性能要求。
1)建筑应根据其实际用途、预期的火灾特性和建筑空间特性，以及发生火灾后的危害等因素设置合适的报警设施。
2)火灾自动报警装置应与保护对象的火灾危险性、火灾特性和空间高度、大小及环境条件相
适应。
3)火灾自动报警系统发出的警报应能使人员清楚地识别火灾信号，并采取相应的行动。
4)火灾自动报警系统能可靠、准确地识别火灾信号并联动相应的消防设施。
(三)安全疏散系统
建筑物作为人员生活、工作的主要场所，在设计之初，考虑其抵御各种灾害的能力显得尤为重要。
在各种灾害中，火灾是经常、普遍地威胁公众安全和社会发展的主要灾害*一。建筑防火安全直接关系到社会财富和人身生命安全，关系到经济发展和社会稳定。防止火灾发生无疑是建筑防火的首要任务，但实践证明，**不发生火灾是不可能的，而人体的生理特征决定人的生命在火灾中显得相当地脆弱。据统计，2011年我国全年共发生火灾12.5万起，死亡1108人，受伤571人，直接财产损失20.6亿元。其中很大一部分火灾发生的原因是建筑物的防火设计不合理，人员不能及时疏散。因此，如何尽快疏散建筑内的人员到安全区域是建筑防火设计的主要内容*一。
建筑物发生火灾时，为避免室内人员由于火烧烟熏和房屋倒塌而遭到伤害，*须尽快撤离，室内的物资财物也要尽快抢救出来，以减少火灾损失。为扑救火灾，营救被困人员，消防人员也要迅速接近起火部位。为此，建筑内合理设置安全疏散设施和避难逃生设施，可为安全疏散和救援工作创造良好的条件。
考虑到紧急疏散时人们缺乏思考疏散方法的能力并且时间紧迫，所以疏散路线要简洁，易于辨认，并应设置简明易懂、醒目易见的疏散指示标志。在进行安全疏散设计时，要分析不同建筑物中人在火灾条件下的心理状态及行动特点。疏散路线设计要符合人们的习惯要求。人们在紧急情况下习惯走平常熟悉的路线，因此在布置疏散楼梯间位置时，将其靠近经常使用的电梯间布置，使经常使用的路线与火灾时紧急使用的路线有机地结合起来，这样十分有利于迅速而安全地疏散人员。进行人员安全疏散设计，大致应经历如下过程：
①估算室内各个房间应疏散的人数。
②根据实际情况确定“假定起火点”。
③对每个“假定起火点”分别规划起火后避难人员的避难路线。
④分析避难人员在每条疏散路线上的流动情况，例如计算*后一名避难人员沿疏散路线穿越各主要部位的时间，计算沿途是否发生滞留现象等。如果会发生滞留现象，则应计算滞留地点的滞留人数、滞留时间及其人流变化情况等。
⑤分析高温烟气在每条疏散路线上的流动情况，例如明确高温烟气的前端沿疏散路线流动的时间、发生滞留地点的烟气浓度随时间的变化规律。
⑥对第④、第⑤阶段的分析情况进行比较、核对，研究人员避难的安全可靠度。即确定*后一名避难人员被高温烟气前端追上后，是否处于超过允许极限浓度的烟气之中，发生滞留的地方有多少人处于危险烟气中;或即使没有受到高温烟气的直接影响，滞留地点人流的混乱程度是否超过允许程度等。在分析问题时，要考虑建筑物的用途、人员素质、身体状况等因素，并适当乘以安全系数。
⑦根据第⑥阶段的分析结果，如果确定属于危险的范围，则要对安全疏散设施进行技术调整，例如增加安全出口的数量和宽度、设置防排烟设施等，然后重新按照上述过程反复研究避难设计方案，直至选择佳方案。
安全疏散的设计目标、功能目标和性能要求如下：
(1)设计目标。建筑内应具有足够的安全疏散设施以*人员的生命安全。
(2)功能目标。安全疏散设施应确保发生火灾时，建筑内的人员在规定时间内能够安全疏散至室外安全区域。
(3)性能要求。
1)应有足够的安全出口供人员安全疏散，每个房间均应有与该房间使用人数相适应的疏散出口。
2)安全出口宽度应与建筑内使用人数相适应，并考虑不同用途建筑中疏散人流的宽度和疏散速度，避免人员的疏散过程中在安全出口发生拥挤、堵塞。
3)建筑内的疏散应急照明与疏散指示标志均应与其所在场所相适应。
4)安全疏散距离应与建筑内的人员行动能力相适应，确保人员疏散所用时间满足安全疏散所允许的限度。
5)疏散设施应满足相应的防火要求，不会使人员在疏散过程中受到火灾烟气或辐射热的危害。
(四)消防救援
消防救援的设计目标、功能目标和性能要求如下：
1.设计目标
消防救援设计应能为消防队员的消防救援作业提供有利条件，消防车通道、救援场地和救援窗口以及室外消防设施应能满足消防队员救援作业的要求。
2.功能目标
1)建筑物应设置bao障消防车安全、快捷通行的消防车通道。
2)消防车登高操作场地应能满足消防车停靠、火场供水、灭火和救援的需要。
3)消防救援窗口应能满足消防队员进入建筑物的要求。
3.性能要求
1)消防车通道的净宽度和净空高度应大于通行消防车的宽度和高度。
2)消防车通道的耐压强度应大于消防车满载时的轮压。
3)消防车通道的转弯半径应满足消防车安全转弯的要求。
4)消防车通道之间或与城市道路之间应能相互贯通联系。
5)消防车登高操作场地的尺寸、间距以及距建筑物的距离应满足消防车展开和安全操作的要求。
6)消防救援窗口的尺寸和间距及可进入性应满足救援要求。
在消防救援时，只有将灭火剂直接作用于火源或燃烧的可燃物，才能有效灭火。当火灾发展到比较大的规模，从楼梯间进入建筑有时难以直接接近火源，有必要在外墙上设置供灭火救援的入口。为方便使用，该开口的大小、位置、标识要易于人员携带装备安全进入，且便于快捷识别，具体要求如下：
①每层设置可供消防救援人员进入的窗口。
②窗口的净高度和净宽度应分别不小于0.8m和1.0m，下沿距室内地面应不大于1.2m。
③窗口间距应不大于30m，且每个防火分区的救援窗口应不少于2个，设置位置与消防车登高操作场地相对应。
④窗口的玻璃易于破碎，并设置可在室外识别的明显标志。
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