陽(yáng)向杰

高層建筑鋼結(jié)構(gòu)在建筑設(shè)計(jì)中起到重要的作用，當(dāng)前我國(guó)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，城市化水平持續(xù)提升，在高層建筑以及超高層建筑中，鋼結(jié)構(gòu)起到重要的作用，占據(jù)的比例也比較多。由于鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度高，整體剛性好，因此利用幾率高。在本次研究中對(duì)高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的防火設(shè)計(jì)現(xiàn)狀為基礎(chǔ)，結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)具體的優(yōu)化設(shè)計(jì)方式分析。

在城市化發(fā)展的背景下，建筑行業(yè)成為我國(guó)重要的支柱產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前高層建筑，尤其是超高層建筑中，鋼結(jié)構(gòu)的比例逐漸增多。由于鋼材料的強(qiáng)度高，自重輕，抗震性突出，工業(yè)利用程度高。但是鋼結(jié)構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用中也存在很多的問(wèn)題，耐火性差，因此在高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中注意的是做好耐火性分析工作。

一、高層建筑鋼結(jié)構(gòu)性能分析

1.基于試驗(yàn)的構(gòu)件防火設(shè)計(jì)

此類設(shè)計(jì)形式主要是針對(duì)建筑鋼結(jié)構(gòu)的梁和柱等結(jié)構(gòu)，在防火設(shè)計(jì)的過(guò)程中，要重點(diǎn)分析構(gòu)件在不同荷載和標(biāo)準(zhǔn)下的耐火效果。結(jié)合GB 50016 －2006《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》的要求可知，對(duì)鋼梁和鋼柱結(jié)構(gòu)的防火設(shè)計(jì)的時(shí)候，明確具體的規(guī)范。在試驗(yàn)中，防火構(gòu)件的設(shè)計(jì)很重要，要明確防火設(shè)計(jì)的效果，提升防火質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)后可從根本上提升建筑的安全質(zhì)量。

2.基于計(jì)算的構(gòu)件防火設(shè)計(jì)

在構(gòu)件防火設(shè)計(jì)階段，通過(guò)經(jīng)典分析方式和有限元分析的方式，實(shí)現(xiàn)防火的建模處理。在整個(gè)階段，計(jì)算出構(gòu)件防火的具體要求，將任意荷載形式和端部的約束狀態(tài)可以作為設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)。依據(jù)DG/TJ08-008 － 2000《鋼結(jié)構(gòu)防火技術(shù)規(guī)程》的防范要求，在內(nèi)部設(shè)計(jì)中流程復(fù)雜，涉及到的隱患也很多，針對(duì)不同的建筑鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行承載力分析，明確最大承載力，在這個(gè)范圍內(nèi)進(jìn)行設(shè)計(jì)，合理地選擇防火設(shè)施，完成基礎(chǔ)防火內(nèi)容設(shè)置，進(jìn)而降低隱患。

3.基于火災(zāi)隨機(jī)性的結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)

結(jié)合概率和鋼結(jié)構(gòu)的變化等可知，在后續(xù)設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)防火設(shè)計(jì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。例如，在火災(zāi)的隨機(jī)控制階段，設(shè)計(jì)人員需要對(duì)結(jié)構(gòu)防火的影響因素以及出現(xiàn)的防火意外情況等評(píng)估，了解火災(zāi)因素和氣溫的變化，出現(xiàn)火災(zāi)的時(shí)候需要及時(shí)處理。火災(zāi)出現(xiàn)隨機(jī)性大，必須把握住其中的安全隱患，在初期的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就要預(yù)防這一點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)合理防火預(yù)設(shè)。

二、高層建筑鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀

近些年來(lái)我國(guó)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)取得了突出的作用，在整個(gè)設(shè)計(jì)階段要注意的是實(shí)現(xiàn)整體管控，在實(shí)際操作中，防火設(shè)計(jì)依然存在很多問(wèn)題，詳細(xì)如下：

1.疏散寬度設(shè)計(jì)不合理

高層建筑結(jié)構(gòu)本身比較特殊，在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，存在很多的問(wèn)題，可能會(huì)導(dǎo)致火災(zāi)災(zāi)害上升的情況。設(shè)計(jì)人員在展廳設(shè)計(jì)的時(shí)候，要優(yōu)化現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，在展廳的樓梯間設(shè)計(jì)的時(shí)候，疏散通道，提升疏散出口的質(zhì)量。等到樓梯間設(shè)置之后，進(jìn)行安全檢查，如果存在不符合安全設(shè)計(jì)要求的現(xiàn)象，需要在現(xiàn)有基礎(chǔ)上優(yōu)化設(shè)計(jì)，避免出現(xiàn)設(shè)計(jì)誤差。

2.主體建筑高度設(shè)計(jì)不符合要求

在當(dāng)前的主體建筑大樓設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)人員需要提前測(cè)量中庭高度，依據(jù)現(xiàn)有的防火規(guī)范要求實(shí)施。此外對(duì)防火機(jī)械和設(shè)施的進(jìn)行管控，參照國(guó)外先進(jìn)的工程經(jīng)驗(yàn)，采取現(xiàn)金的防火設(shè)施和操作方式，建立完善的操作章程，明確具體的設(shè)計(jì)要求，并且將其落實(shí)。

3.建筑結(jié)構(gòu)主體效益差

主體防火設(shè)計(jì)一直是重點(diǎn)和關(guān)鍵，但是在設(shè)計(jì)中也稱為設(shè)計(jì)難點(diǎn)所在，要求相關(guān)人員嚴(yán)格按照防火的基本設(shè)計(jì)要求落實(shí)。由于建筑結(jié)構(gòu)的空間復(fù)雜，結(jié)合防火要求進(jìn)行火災(zāi)煙霧的模擬設(shè)計(jì)，保證及時(shí)完成補(bǔ)風(fēng)量的控制，可依據(jù)實(shí)際要求對(duì)補(bǔ)風(fēng)量管控。

三、高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的防火設(shè)計(jì)措施

在高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對(duì)防火設(shè)計(jì)本身有嚴(yán)格的要求，根據(jù)現(xiàn)有設(shè)計(jì)要求，要注意的是明確具體設(shè)計(jì)的流程和要求，進(jìn)行性能評(píng)估，實(shí)現(xiàn)合理應(yīng)用。具體的設(shè)計(jì)措施如下：

1.制定結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)目標(biāo)

在對(duì)高層建筑鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要達(dá)到安全化控制的效果，明確設(shè)計(jì)目標(biāo)。

（1）總體目標(biāo)

防火預(yù)設(shè)的主要目標(biāo)是保證大家的安全，避免出現(xiàn)受眾人身安全和財(cái)產(chǎn)安全受到威脅。出現(xiàn)火災(zāi)之后，最關(guān)鍵的逃生，如果出現(xiàn)危險(xiǎn)，在滅火的時(shí)候，縮短時(shí)間，避免結(jié)構(gòu)破壞，蔓延到其他區(qū)域。

（2）功能目標(biāo)

在建筑設(shè)計(jì)中，出現(xiàn)火災(zāi)后，對(duì)大的主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，會(huì)出現(xiàn)坍塌的現(xiàn)象，其功能目標(biāo)則是避免出現(xiàn)坍塌，保證主體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。只有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，大家才可能盡快地逃生。如果在逃生的時(shí)候出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象，則堵住了逃生路線。部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件在應(yīng)用的過(guò)程中減少變形的幾率，在火災(zāi)后可對(duì)建筑進(jìn)行修復(fù)，盡量恢復(fù)建筑結(jié)構(gòu)，減少建筑火災(zāi)的損失。

（3）性能要求

高層建筑結(jié)構(gòu)的部分構(gòu)件必須具有承載力。整體建筑結(jié)構(gòu)在出現(xiàn)火災(zāi)后，也要具備承載力，便于消防員對(duì)火勢(shì)進(jìn)行控制。結(jié)構(gòu)的某些部位的構(gòu)件或者子結(jié)構(gòu)等，如果超過(guò)了一定的期限值，會(huì)導(dǎo)致?lián)p失增加，因此減少殘余變形現(xiàn)象。

2.火災(zāi)場(chǎng)景的性能化評(píng)估設(shè)計(jì)

在建模設(shè)計(jì)的階段，進(jìn)行性能的分析，動(dòng)態(tài)監(jiān)督起到突出的效果?？茖W(xué)合理地選擇火災(zāi)場(chǎng)景，對(duì)影響因素控制，從本質(zhì)上改善火災(zāi)的控制力度，降低鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)火災(zāi)的概率。

（1）火災(zāi)荷載

火災(zāi)的荷載設(shè)定是個(gè)重要的過(guò)程，在實(shí)施中需實(shí)現(xiàn)性能化的安全設(shè)置，完成上述內(nèi)容之后，設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的模擬設(shè)計(jì)，掌握溫度，結(jié)合結(jié)果確定荷載力，進(jìn)而提升性能化評(píng)估的質(zhì)量和效果。設(shè)計(jì)人員要選擇合適的火災(zāi)場(chǎng)景，對(duì)火災(zāi)區(qū)間合理劃分，依據(jù)建筑物的可燃物構(gòu)成和火災(zāi)情況等，進(jìn)行全方位的分析，制定對(duì)應(yīng)的控制對(duì)策。

（2）火災(zāi)發(fā)展

火災(zāi)出現(xiàn)后經(jīng)過(guò)三個(gè)階段，初期的燃燒階段，火勢(shì)迅猛以及后期的衰弱階段。在防火中的時(shí)候，在前期需要進(jìn)行滅火，如果到了火勢(shì)迅猛的階段，滅火難度比較大。在前期需要實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的管控，掌握建筑的基本結(jié)構(gòu)，對(duì)火勢(shì)發(fā)展的時(shí)候可能出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)問(wèn)題及時(shí)排查，做好資料收集和處理等工作，要計(jì)算火災(zāi)狀況下的承受溫度，了解主體結(jié)構(gòu)的耐火情況，總結(jié)耐火數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3.確定火災(zāi)場(chǎng)景和設(shè)計(jì)火災(zāi)

火災(zāi)場(chǎng)景是對(duì)整個(gè)火災(zāi)發(fā)展過(guò)程的一個(gè)描述，需要明確火災(zāi)的位置、原因等。如果火災(zāi)在場(chǎng)景描述的時(shí)候，出現(xiàn)了影響因素，則會(huì)導(dǎo)致火勢(shì)發(fā)展迅速。因此在火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)選擇的階段，要選擇可能出現(xiàn)的火災(zāi)區(qū)域進(jìn)行演示，如果選擇的建筑物安全系數(shù)比較高，不容易出現(xiàn)火災(zāi)，則演示的效果不佳。在選擇的過(guò)程中，設(shè)計(jì)火災(zāi)同時(shí)也是對(duì)火災(zāi)場(chǎng)景的定量描述，常用的參數(shù)主要是火源熱釋放速率HRR（Heat ReleaseRate） 等。設(shè)計(jì)火災(zāi)也是以大量的數(shù)據(jù)參數(shù)作為背景的，可通過(guò)數(shù)值模擬確定。火災(zāi)場(chǎng)景指的是火災(zāi)的一個(gè)全過(guò)程定性描述，要識(shí)別火災(zāi)特性，和其他可能的火災(zāi)區(qū)分開，可結(jié)合火災(zāi)場(chǎng)景設(shè)計(jì)對(duì)一個(gè)特定的火災(zāi)場(chǎng)景進(jìn)行分析。

4.提出可行性方案

防火設(shè)計(jì)方案的安全評(píng)估是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的核心所在，在整個(gè)階段，應(yīng)用到多種火災(zāi)分析模型、溫度傳導(dǎo)分析模型和結(jié)構(gòu)分析模型等。設(shè)計(jì)方案經(jīng)過(guò)不斷的完善后改進(jìn)，最終形成了特有的設(shè)計(jì)方案，達(dá)到既定的性能設(shè)計(jì)目標(biāo)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)總體管控。在報(bào)告編制中也要以優(yōu)化作為基礎(chǔ)，及時(shí)得到可行性的報(bào)告，數(shù)據(jù)報(bào)告要通過(guò)批準(zhǔn)。在報(bào)告中進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析和設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)全過(guò)程監(jiān)督，明確評(píng)估的范圍，提前設(shè)定消防安全的目標(biāo)，對(duì)設(shè)定的場(chǎng)所進(jìn)行多方調(diào)查，保證防火設(shè)計(jì)的真實(shí)性。加強(qiáng)所采用的分析模型和工具以及參數(shù)等分析，提出切實(shí)可行的方案。

四、結(jié)語(yǔ)

在當(dāng)前高層建筑結(jié)構(gòu)的防火設(shè)計(jì)中，針對(duì)具體設(shè)計(jì)形式和變化可知，在后期設(shè)計(jì)中必須明確鋼結(jié)構(gòu)的防火性能設(shè)計(jì)要求，形成完善的預(yù)防和控制體系。此外設(shè)計(jì)人員要對(duì)防火設(shè)計(jì)的工程資料進(jìn)行了解，強(qiáng)化對(duì)防火現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)研，提前制定防火設(shè)計(jì)模型，對(duì)出現(xiàn)火災(zāi)的概率進(jìn)行評(píng)估。在高層的建筑防火設(shè)計(jì)中，由于其隱患多，很多人員在檢查的時(shí)候無(wú)法及時(shí)察覺，因此不定期的現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢查，對(duì)防火現(xiàn)場(chǎng)、防火模型和概率等進(jìn)行深化，確保從根本上提升建筑結(jié)構(gòu)的安全性，降低火災(zāi)幾率。