廣東城建達(dá)設(shè)計(jì)院有限公司 廣東佛山 528000

摘要：本文主要針對(duì)大型商業(yè)建筑性能化的防火設(shè)計(jì)展開(kāi)了探討，通過(guò)結(jié)合具體的工程實(shí)例，對(duì)存在的消防安全問(wèn)題作了闡述，并給出了性能化的解決方案和相應(yīng)設(shè)計(jì)，以期能為有關(guān)方面的需要提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：商業(yè)建筑；性能化；防火設(shè)計(jì)

0 引言

伴隨著商業(yè)建筑的發(fā)展，其火災(zāi)的發(fā)生也呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì)，大規(guī)模、大空間、多功能給商業(yè)建筑的防火和安全疏散設(shè)計(jì)帶來(lái)更多的困難。因此，我們必須要做好性能化防火的設(shè)計(jì)工作，以防止商業(yè)建筑重大火災(zāi)的發(fā)生?；诖?，本文就大型商業(yè)建筑性能化的防火設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討，相信對(duì)有關(guān)方面的需要能有一定的幫助。

1 建筑工程概況

本工程屬一類(lèi)高層綜合樓，按一級(jí)耐火等級(jí)設(shè)計(jì)，構(gòu)建若干個(gè)大中庭。該項(xiàng)目總建筑面積189456m2，建筑高度99.7m，共31層，地下1、2層為車(chē)庫(kù)，1～3層為商業(yè)裙房，4～31層為公寓。原設(shè)計(jì)商業(yè)裙房業(yè)態(tài)為建材家具，現(xiàn)經(jīng)營(yíng)業(yè)態(tài)改造成普通商業(yè)。改造前由于其經(jīng)營(yíng)業(yè)態(tài)的特殊性，家具建材等商品往往占據(jù)了營(yíng)業(yè)廳較大的面積，顧客流量少于普通商業(yè)，主要是解決建筑內(nèi)人員疏散問(wèn)題。

2 存在的消防安全問(wèn)題

原建筑在建造之初經(jīng)過(guò)消防專(zhuān)家論證評(píng)估，由于經(jīng)營(yíng)業(yè)態(tài)的特殊性，其疏散設(shè)計(jì)較普通商業(yè)建筑進(jìn)行了適當(dāng)?shù)恼蹨p。后業(yè)主根據(jù)經(jīng)營(yíng)需要，經(jīng)營(yíng)業(yè)態(tài)由建材家具更改為普通商業(yè)。因此，性能化防火設(shè)計(jì)在本項(xiàng)目中主要是解決建筑內(nèi)人員荷載增多時(shí)的疏散問(wèn)題，主要消防問(wèn)題包括如下。

（1）建筑2層、3層疏散寬度不滿足規(guī)范的要求。依據(jù)現(xiàn)行《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》的要求，1層疏散寬度應(yīng)為50.79m，2層疏散寬度應(yīng)為51.28m，3層疏散寬度應(yīng)為47.45m。目前設(shè)計(jì)是：1層疏散寬度為69m，2層、3層疏散寬度為36.56m，不能滿足規(guī)范要求。

（2）首層有5部樓梯不能直通室外，需要通過(guò)室內(nèi)步行街向室外疏散，由疏散口直接通向室外的距離，最遠(yuǎn)疏散距離達(dá)48m，不滿足

《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50016-2014 要求。

3 性能化解決方案

3.1 設(shè)置人員安全疏散亞安全區(qū)

將臨步行街的商鋪劃分為各自獨(dú)立的防火單元，其內(nèi)部火災(zāi)產(chǎn)生的煙氣將通過(guò)機(jī)械排煙系統(tǒng)及水噴淋自動(dòng)滅火系統(tǒng)控制在本單元內(nèi)，即使少量煙氣溢出到中庭的公共區(qū)域，步行街內(nèi)探測(cè)器偵測(cè)后，立即啟動(dòng)步行街內(nèi)的排煙風(fēng)機(jī)，保證中庭不受煙氣影響。另一方面，中庭內(nèi)公共區(qū)域主要作為人員走道，沒(méi)有商業(yè)活動(dòng)，無(wú)火災(zāi)荷載，中庭內(nèi)本身火災(zāi)發(fā)生的概率極低，并且在中庭回廊內(nèi)設(shè)置了水噴淋自動(dòng)滅火系統(tǒng)和自動(dòng)排煙系統(tǒng)，同時(shí)在中庭頂部設(shè)置自動(dòng)排煙系統(tǒng)及大空間自動(dòng)掃描定位噴水滅火系統(tǒng)。通過(guò)以上措施，使中庭區(qū)域本身無(wú)火災(zāi)危險(xiǎn)，也不會(huì)受到其他區(qū)域火災(zāi)蔓延的影響，成為一個(gè)相對(duì)安全的區(qū)域。因此，將室內(nèi)步行街定義為界于商鋪功能區(qū)域和室外之間的“亞安全區(qū)”。在此基礎(chǔ)上，將煙氣運(yùn)動(dòng)及人員安全疏散的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證發(fā)生火災(zāi)時(shí)各防火單元內(nèi)的煙氣是否對(duì)中庭內(nèi)的疏散人員構(gòu)成威脅?？梢?jiàn)，本建筑改造項(xiàng)目均與人員疏散密切相關(guān)，問(wèn)題的關(guān)鍵在于保證人員疏散時(shí)間內(nèi)人員的安全。

3.2 疏散寬度不足的解決方案

由于經(jīng)營(yíng)業(yè)態(tài)改變、人員荷載增加、結(jié)合結(jié)構(gòu)等方面情況，在如圖 1 所示位置增加 4 部剪刀樓梯，解決疏散寬度不足的問(wèn)題。

原建筑經(jīng)過(guò) pathfinder 疏散模擬分析發(fā)現(xiàn)，在疏散之初 A、B 兩處易發(fā)生擁堵，如圖 2 所示，即使在疏散后期 B 處的擁堵依然十分嚴(yán)重，如圖 3 所示。

圖1 一層平面（改造后）

圖2 一層60s時(shí)人員疏散情況（改造前）

圖3 一層180s時(shí)人員疏散情況（改造前）

由此可推測(cè)，改造后建筑中部疏散通道的壓力會(huì)進(jìn)一步加大。因此，在首層中部增設(shè)一條2.0m的疏散走道（如圖1陰影所示），以緩解步行街首層中部疏散通道的擁堵問(wèn)題。

4 性能化設(shè)計(jì)論證

性能化消防設(shè)計(jì)的總體目標(biāo)為建筑物發(fā)生火災(zāi)后，建筑內(nèi)的人員能安全疏散到安全區(qū)域。對(duì)于本文分析的火災(zāi)場(chǎng)景建立了FDS模型，在相應(yīng)部位設(shè)置探測(cè)器用以準(zhǔn)確分析可用疏散時(shí)間，并且分析模擬商場(chǎng)內(nèi)著火情況下煙氣蔓延狀況。

4.1 火災(zāi)場(chǎng)景的設(shè)計(jì)

4.1.1 火源位置

模擬對(duì)象為首層發(fā)生火災(zāi)的商鋪以及整個(gè)亞安全區(qū)，如圖4所示。其中，首層起火店鋪面積約為260m2，整個(gè)亞安全區(qū)（包括首層～3層）總面積為8900m2，主要是驗(yàn)證分析亞安全區(qū)兩側(cè)中小型商鋪發(fā)生火災(zāi)時(shí)對(duì)亞安全區(qū)內(nèi)疏散的影響。在模擬中設(shè)置當(dāng)?shù)赇伆l(fā)生火災(zāi)時(shí)，店鋪前門(mén)作為與亞安全區(qū)連通的開(kāi)口面。根據(jù)建筑設(shè)計(jì)圖，該開(kāi)口面尺寸為2m×2.4m。零售店鋪層高約為5m，店鋪內(nèi)按規(guī)范設(shè)置機(jī)械排煙系統(tǒng)。同時(shí)，店鋪內(nèi)設(shè)置自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)和火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，噴水滅火系統(tǒng)采用快速響應(yīng)噴頭。

圖4 起火店鋪位置及詳圖

4.1.2 火災(zāi)規(guī)模確定

火災(zāi)規(guī)模確定參照當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)DGJ08-88—2006《上海市工程建設(shè)規(guī)范-防排煙技術(shù)規(guī)程》中對(duì)各類(lèi)火災(zāi)規(guī)模取值的規(guī)定，噴淋有效時(shí)其火災(zāi)規(guī)模為3MW。當(dāng)噴淋失效時(shí)，利用托馬斯轟燃公式進(jìn)行計(jì)算，該公式是在室內(nèi)火災(zāi)轟燃試驗(yàn)的基礎(chǔ)上得到的經(jīng)驗(yàn)公式：

式中Q———發(fā)生轟燃時(shí)的熱釋放速率（kW）；

At———房間的內(nèi)表面積（m2）；

AW———通風(fēng)口面積（m2）；

HW———通風(fēng)口高度（m）。

根據(jù)火源所在房間的具體幾何參數(shù)，該商鋪發(fā)生火災(zāi)后轟燃時(shí)的最大火災(zāi)規(guī)模為8.8MW。

4.2 煙氣運(yùn)動(dòng)分析

火災(zāi)對(duì)人員的危害主要是火災(zāi)產(chǎn)生的煙氣，一般從煙氣層高度、溫度、毒性氣體的深度、能見(jiàn)度等方面進(jìn)行討論。參考建筑工程性能化消防設(shè)計(jì)與評(píng)估相關(guān)內(nèi)容，設(shè)定安全判定標(biāo)準(zhǔn)為：商場(chǎng)內(nèi)煙氣層最小清晰高度取2m，中庭內(nèi)煙氣層清晰高度按1.6+0.1H計(jì)算（H為中庭高度），清晰高度以下空間內(nèi)煙氣溫度不超過(guò)60℃，能見(jiàn)度不低于10m，CO濃度不超過(guò)500ppm。經(jīng)過(guò)分析，將可用疏散時(shí)間T匯總見(jiàn)表1。

表1 大型商場(chǎng)火災(zāi)場(chǎng)景分析

4.3 人員疏散分析

性能化評(píng)估使用的人員荷載參照現(xiàn)行規(guī)范，根據(jù)不同建筑的使用功能按建筑面積折算。根據(jù)設(shè)計(jì)單位提供的相關(guān)資料，計(jì)算出各商業(yè)區(qū)域的人數(shù)，利用pathfinder疏散模擬軟件對(duì)建筑內(nèi)人員整體疏散進(jìn)行模擬計(jì)算，考慮火災(zāi)探測(cè)、報(bào)警時(shí)間及人員疏散行動(dòng)時(shí)間等延遲因素，得到疏散時(shí)間。將改造前后的疏散結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，見(jiàn)表2，由于疏散樓梯和疏散通道的增設(shè)，保證了建筑改造后較改造前必須疏散時(shí)間沒(méi)有出現(xiàn)大幅的增長(zhǎng)。

表2 改造前后必須疏散時(shí)間對(duì)比

4.4 人員安全分析

人員安全性判定通過(guò)比較必需人員疏散時(shí)間與可用安全疏散時(shí)間實(shí)現(xiàn)，見(jiàn)表3。

表3 人員疏散安全性判定

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，大型商業(yè)建筑具有建筑體量大、面積大、層數(shù)多、裝修復(fù)雜、可燃物品多、疏散路徑長(zhǎng)等特點(diǎn)，這給商業(yè)建筑的防火和安全疏散設(shè)計(jì)帶來(lái)更多的困難。因此，我們需要做好商業(yè)建筑性能化的防火設(shè)計(jì)工作，以為及時(shí)發(fā)現(xiàn)火災(zāi)、降低和消除火災(zāi)帶來(lái)幫助。

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分，來(lái)對(duì)建筑物抗震性能的目標(biāo)進(jìn)行評(píng)定。

3、計(jì)算分析

在多遇地震的作用以及風(fēng)荷載的作用下，用Midas和Satwe兩種軟件來(lái)進(jìn)行彈性時(shí)程分析以及反應(yīng)譜分析，用ETABS程序來(lái)對(duì)樓板及框支梁進(jìn)行應(yīng)力的分析，分析其結(jié)構(gòu)構(gòu)件是否處在彈性階段，承載能力及變形能力是否滿足了現(xiàn)行的規(guī)范要求，是否能夠滿足“小震不壞”。

在設(shè)防烈度的地震作用下，用Satwe軟件對(duì)其進(jìn)行中震彈性分析以及中震不屈服的分析，用程序?qū)蛑Я骸前搴图袅M(jìn)行應(yīng)力的分析，分析結(jié)構(gòu)是否處在彈性狀態(tài)，是否能夠滿足“中震可修”。

在罕遇地震的作用下，用Midas和Satwe這兩種軟件來(lái)進(jìn)行彈塑性時(shí)程的分析，彈塑性時(shí)程的分析采用的是安全評(píng)估法來(lái)進(jìn)行分析的，通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)的整體性能以及構(gòu)件的變形性能兩方面來(lái)考察抗震結(jié)構(gòu)其安全性能。其中結(jié)構(gòu)整體的性能評(píng)估從彈塑性層間的位移角、底部剪力、剪重比、塑性發(fā)展過(guò)程以及塑性的發(fā)展區(qū)域來(lái)進(jìn)行評(píng)估；而構(gòu)件的變形性能評(píng)估則從構(gòu)件塑性的變形以及塑性的變形限制值大小相關(guān)系，關(guān)鍵部位上的關(guān)鍵構(gòu)件塑性的變形情況來(lái)對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)估的。

在構(gòu)件變形的性能分析的中，分結(jié)構(gòu)塑性鉸分布的整體分析及結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷狀態(tài)性能對(duì)兩個(gè)階段來(lái)進(jìn)行分析。首先進(jìn)行結(jié)構(gòu)塑性鉸的分布整體分析，采用構(gòu)件的延性系數(shù)分級(jí)來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震的性能評(píng)估，為了解結(jié)構(gòu)在罕遇地震的作用下從彈性到屈服及屈服后階段全過(guò)程的行為，判斷其結(jié)構(gòu)是否存在著可能的薄弱區(qū)，還需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)的構(gòu)件損傷狀態(tài)性能進(jìn)行分析。

另外，在罕遇地震的作用下，再用ETABS程序來(lái)對(duì)樓板進(jìn)行應(yīng)力的分析。

從分析的結(jié)果判斷，根據(jù)建筑物在罕遇地震的作用下，結(jié)構(gòu)層間的彈塑性位移以及層間的位移角是否滿足了規(guī)范限值的要求，結(jié)構(gòu)主要抗側(cè)力的構(gòu)件是否發(fā)生了嚴(yán)重破壞，是否滿足了“大震不倒”的設(shè)防目標(biāo)。

4、技術(shù)措施

在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，針對(duì)建筑物超限的情況，從結(jié)構(gòu)體系以及構(gòu)造加強(qiáng)措施、結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)和布置、計(jì)算分析等幾個(gè)方面，來(lái)采取相應(yīng)的設(shè)計(jì)對(duì)策以及構(gòu)造的加強(qiáng)措施，確保該工程能夠安全和可靠。

五、結(jié)束語(yǔ)

基于性能的抗震設(shè)計(jì)在當(dāng)前的工程建設(shè)中并沒(méi)得到廣泛應(yīng)用，主要是因?yàn)楣こ痰脑O(shè)計(jì)人員尚未完全的掌握該理論應(yīng)用方法，而且該理論仍存在一些問(wèn)題，都有待進(jìn)一步的研究及改進(jìn)，工程的設(shè)計(jì)人員需要承擔(dān)較大的風(fēng)險(xiǎn)。本文的探討希望能夠給超限高層建筑的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)方向提供參考。

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內(nèi)容越來(lái)越復(fù)雜，難度越來(lái)越大。從另一個(gè)角度來(lái)說(shuō)，我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)設(shè)計(jì)人員知

識(shí)的深度和廣度有了更多的要求。在此種情況下，現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)程序已不能滿足設(shè)計(jì)人員的需求。例如有些力學(xué)模型不能適應(yīng)比較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和構(gòu)件形式，對(duì)某些構(gòu)件的承載力設(shè)計(jì)處理不理想或計(jì)算不準(zhǔn)確，這對(duì)建筑物的安全性缺乏保證。同時(shí)計(jì)算機(jī)程序的內(nèi)容和功能直接影響結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平。有時(shí)為了解決生產(chǎn)問(wèn)題，配合軟件的能力，只能把計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)化以滿足計(jì)算程序的能力。所以，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中建筑的安全性，首先要開(kāi)發(fā)出一款高精度軟件，這就需要設(shè)計(jì)者和計(jì)算機(jī)程序?qū)I(yè)人員合作去完成軟件開(kāi)發(fā)，推新創(chuàng)新，不安于現(xiàn)狀，勇于承擔(dān)起這個(gè)任務(wù)。

五、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)以上建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在問(wèn)題的剖析，可以加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員重新認(rèn)識(shí)自己工作的重要性，明確自己的責(zé)任，提高對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量安全問(wèn)題的辨別能力，積累結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問(wèn)題作為經(jīng)驗(yàn)，使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作行業(yè)逐步步入正軌，做到建筑物的設(shè)計(jì)更安全、更合理。把不與不法違規(guī)公司為伍，并切實(shí)把國(guó)家對(duì)建筑物的相關(guān)規(guī)定落到實(shí)處，不與規(guī)范，規(guī)定打擦邊球作為自己的工作原則，為提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中建筑的安全性出一份力。

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