建筑防火基础

null第1章 建筑防火基础第1章 建筑防火基础建 筑 火 灾1建筑火灾及其发展和蔓延2建筑火灾烟气及其流动与控制 3建筑防火设计基本概念 4第1节 建 筑 火 灾第1节 建 筑 火 灾 1 火灾及其危害 火是人类赖以生存和发展的一种自然力，火的利用具有划 时代的意义。火的利用使人类脱离了茹毛饮血的荒蛮时代，迈向人类文明的漫长征程。人类逐步将用火的范围不断扩大，用火技能逐步提高，促进了生产力的发展，在生活、生产和科学技术等方面发挥出越来越大的作用。 火是具有两重性的。当火失去控制，就会成为一种具有很 大破坏力的多发性的灾害，给人类的生活、生产乃至生命安全构成威胁。火灾，能烧掉人们辛勤劳动创造的物质财富，使大量的生活、生产资料在顷刻之间化为灰烬；火灾，涂炭生灵，夺去许多人的生命和健康，给人们的身心带来难以消除的痛苦。 我国1998年—2007火灾状况统计 我国1998年—2007火灾状况统计 火灾是失去控制的燃烧现象。我国1998年—2007年火灾状况统计见表1—1。由此表可见，10年间我国共发生火灾1367334起，平均每年的火灾直接经济损失超过10.5亿元，死亡2336余人。null 火灾可分为建筑火灾、石油化工火灾、交通工具火灾、矿山火灾、森林草原火灾等。其中建筑火灾发生的起数和造成的损失、危害居于首位。自1992年以来，我国火灾直接经济损失均在12亿元以上，其中建筑火灾的损失约占80%；建筑火灾发生的次数约占总火灾次数的75% 。 建筑物是人类进行生活、生产和政治、经济、文化等活动的场所，建筑物都存在可燃物和着火源，稍有不慎，就可能引起火灾，建筑又是财产和人员极为集中的地方，因而建筑物发生火灾会造成十分严重的损失。 随着城市日益扩大，各种建筑越来越多，建筑布局及功能日益复杂，用火、用电、用气和化学物品的应用日益广泛，建筑火灾的危险性和危害性大大增加。 2 建筑火灾案例 2 建筑火灾案例 新疆克拉玛依市友谊馆火灾图1-1 新疆克拉玛依市友谊馆遇难人员分布位置、破拆门窗平面示意吉林省吉林市中北商厦火灾吉林省吉林市中北商厦火灾3 建 筑 火 灾 原 因3 建 筑 火 灾 原 因 生活用火不慎 炊事用火 取暖用火 灯火照明 燃放烟花爆竹 宗教活动用火 吸烟不慎 玩火null 违反生产安全 违反生产安全制度引起火灾的情况很多。如在易燃易爆的车间内动用明火，引起爆炸起火；将性质相抵触的物品混存在一起，引起燃烧爆炸；在焊接和切割时，会飞迸出大量火星和熔渣，很容易酿成火灾；化工生产设备失修，发生可燃气体、易燃、可燃液体跑、冒、滴、漏现象，遇到明火燃烧或爆炸等。 电气设备设计、安装、使用及维护不当null 自然现象引发火灾 自燃 雷击 静电 地震 纵火 纵火分刑事犯罪纵火 精神病人纵火我国1998—2007年火灾原因统计 表1-2 我国1998—2007年火灾原因统计 表1-2 续表1-2续表1-2第2节 建筑火灾及其发展和蔓延第2节 建筑火灾及其发展和蔓延 火灾造成建筑物破坏、人员伤亡和财产损失主要发生在火灾全面发展阶段，只有弄清这一阶段的火灾规律，才能更好地指导建筑防火设计，达到最大限度减少火灾损失的目的。 1 可 燃 物 及 其 燃 烧 1 可 燃 物 及 其 燃 烧 不同形态的物质在发生火灾时的机理并不一致，一般固体可燃物质在受热条件下，内部可分解出不同的可燃气体，这些气体在与空气中的氧气进行混合时，遇明火即着火。固体用明火点燃，能发火燃烧时的最低温度，就是该物质的燃点。 一些固体能自燃，如木材受热烘烤自燃，粮食受湿发霉生热，在微生物作用下自燃。有些固体在常温下能自行分解，或在空气中氧化导致自燃或爆炸，如硝化棉、黄磷等；有些固体如钾、钠、电石等遇水或受空气中水蒸气作用可引起燃烧或爆炸等。 一些可燃液体随液体内外温度变化而有不同程度的挥发，挥发快者可燃的危险性大。可燃液体蒸气与空气混合达到一定浓度，遇明火点燃，呈现一闪即灭，这种现象叫闪燃。出现闪燃的最低温度叫闪点。 可燃固体的燃点 可燃固体的燃点表1-3液体的闪点 表1-4液体的闪点 表1-4null 可燃蒸气气体或粉尘与空气组成的混合物达到一定浓度时，遇火源即能发生爆炸。爆炸时的最低浓度称为爆炸下限。遇火源能发生爆炸的最高浓度，称为爆炸上限。浓度在下限以下的时候，可燃气体、易燃、可燃液体蒸气、粉尘的数量很少，不足以发火燃烧；浓度在下限和上限之间，即浓度比较合适时遇明火就要爆炸；超过上限则因氧气不足，在密闭容器内或输送管道内遇明火不会燃烧爆炸。 可燃气体、易燃、可燃液体蒸气爆炸下限 可燃气体、易燃、可燃液体蒸气爆炸下限 表1-5生产和储存物品的火灾危险性分类 生产和储存物品的火灾危险性分类 火灾危险性分类的目的，是为了在建筑防火设计时，有区别地对待各种不同危险类别的生产和贮存物品，使建筑物既有利于节约投资，又有利于保障安全。 生产的火灾危险性分类 表1-6 生产的火灾危险性分类 表1-6 储存物品的火灾危险性分类 表1-7 储存物品的火灾危险性分类 表1-7 2.1 固体的分类 2.1 固体的分类标准 固体在常温下能自行分解或在空气中氧化导致迅速自燃或爆炸的物品，如硝化棉、赛璐珞、黄磷等划为甲类。 固体在常温下受到水或空气中的水蒸气的作用，能产生可燃气体并引起燃烧或爆炸的物品，如钾、钠、氧化钠、氢化钙、磷化钙等划为甲类。 固体遇酸、受热、撞击、摩擦以及遇有机物或硫磺等易燃的无机物，极易引起燃烧或爆炸的强氧化剂，如氯酸钾、氯酸钠、过氧化钾、过氧化钠等划为甲类。 凡不属于甲类的化学易燃危险固体(如：镁粉、铝粉、硝化纤维漆布等)，不属于甲类的氧化剂(如：硝酸铜、亚硝酸钾、漂白粉等)以及常温下在空气中能缓慢氧化、积热自燃的危险物品(如：桐油、漆布、油纸、油浸金属屑等)，都划为乙类。 可燃固体，如：竹木、纸张、橡胶、粮食等属于丙类。 难燃固体，如：酚醛塑料、水泥刨花板等属于丁类。 不燃固体，如：钢材、玻璃、陶瓷等属于戊类。2.2 液体的分类标准2.2 液体的分类标准 液体分类的标准，是根据闪点划分的，汽油、煤油、柴油等常用的三大油品是甲、乙、丙类液体的代表。将闪点小于28℃的液体，如二硫化碳、苯、甲苯、甲醇、乙醚、汽油、丙酮等划为甲类。闪点大于或等于28℃，小于60℃的液体，如煤油、松节油、丁烯醇、溶剂油、冰醋酸等划分为乙类。闪点大于或等于60℃的液体，如柴油、机油、重油、动物油、植物油等划为丙类。2.3 气体的分类标准 划分气体火灾危险性的标准是气体的爆炸下限。凡是爆炸下限<10％的气体为甲类，爆炸下限≥10％的气体为乙类。 氦、氖、氩、氪等不燃气体划为戊类。3 火 灾 荷 载 3 火 灾 荷 载 火灾荷载是衡量建筑物室内所容纳可燃物数量多少的一个参数，是研究火灾发生、发展及其控制的重要因素。在建筑物发生火灾时，火灾荷载直接决定着火灾持续时间和室内温度的变化。 建筑物内的可燃物可分为固定可燃物和容载可燃物两类。固定可燃物是指墙壁、顶棚等构件材料及装修、门窗、固定家具等所采用的可燃物。容载可燃物是指家具、书籍、衣物、寝具、装饰等构成的可燃物。 建筑物中可燃物种类很多，其燃烧发热量也因材料性质不同而异。为便于研究，在实际中常根据燃烧热值把某种材料换算为等效发热量的木材，用等效木材的示可燃物的数量，称为等效可燃物量。为便于研究火灾性状以及选择防火技术措施，在此把火灾范围内单位地板面积的等效可燃物量定义为火灾荷载： q＝ΣGiHi/H0A＝ΣQi/ H0Aq＝ΣGiHi/H0A＝ΣQi/ H0A式中 ： q——火灾荷载(kg/m2)； Gi——某种可燃物质量(kg)； Hi——某种可燃物单位质量发热量(MJ/kg) H0——单位质量木材的发热量(MJ/kg)； A——火灾范围的地板面积(m2)； ΣQi——火灾范围内所有可燃物的总发热量(MJ)。 部分可燃物质的热值 表1-8 部分可燃物质的热值 表1-8 续表1-8（1）续表1-8（1）续表1-8（2）续表1-8（2）续表1-8（3）续表1-8（3） 家具发热量值（单位MJ） 表1-9 家具发热量值（单位MJ） 表1-9续表1-9续表1-9 各种建筑物的火灾荷载密度 表1-10 各种建筑物的火灾荷载密度 表1-10续表1-10续表1-10 各种建筑物中火灾荷载密度 表1-11 各种建筑物中火灾荷载密度 表1-11null 例1—1 某宾馆标准间客房长5m，宽4m，其内容纳的可燃物及其发热量如表1-12所示，试求标准间客房的火灾荷载。陈设、家具、内部装修的发热量 表1-12null 根据已知条件，按照公式(1—38)，先分别求出固定火灾荷载和容载火灾荷载，再求出房间的全部火灾荷载。 固定火灾荷载q1： 容载火灾荷载q2： 全部火灾荷载q： 4 建筑火灾的发展过程4 建筑火灾的发展过程 4.1 初期火灾 当火灾分区的局部燃烧形成之后，由于受可燃物的燃烧性能、分布状况、通风状况、起火点位置、散热条件等的影响，燃烧发展一般比较缓慢，并会出现下述情况之一： (1)当最初着火物与其它可燃物隔离放置时，着火源燃尽，而并未延及其它可燃物，导致燃烧熄灭。此时，只有火警而未成灾。 (2)在耐火结构建筑内，若门窗密闭，通风不足时，燃烧可能自行熄灭；或者受微弱通风量的限制，火灾以缓慢的速度燃烧。 (3)当可燃物及通风条件良好时，火灾能够发展到整个分区，出现轰燃现象，使分区内的所有可燃物表面都出现有焰燃烧。null图1-5 烟层对地面的辐射热 null 初期火灾的持续时间，即火灾轰燃之前的时间，对建筑物内人员的疏散，重要物资的抢救，以及火灾扑救，都具有重要意义。若建筑火灾经过诱发成长，一旦达到轰燃，则该分区内未逃离火场的人员，生命将受到威胁。国外研究人员提出如下不等式： 式中 tp——从着火到发现火灾所经历的时间； ta——从发现火灾到开始疏散之间所耽误的时间； trs——转移到安全地点所需的时间； tu——火灾现场出现人们不能忍受的条件的时间。4.2 轰燃及轰燃时的极限燃烧速度 4.2 轰燃及轰燃时的极限燃烧速度 轰燃是建筑火灾发展过程中的特有现象。是指房间内的局部燃烧向全室性火灾过渡的现象。 通过实验得出的结论是：地板平面上发生轰燃须有20kW／㎡的热通量或吊顶下接近600℃的高温。此外，从实验中观察到，只有可燃物的燃烧速度超过40kg／s时，才能达到轰燃。同时认为，点燃地板上纸张的能量，主要是来自吊顶下的热烟气层的辐射，火焰加热后的房间上部表面的热辐射也占有一定比例，而来自燃烧试件的火焰相对较少。 燃烧速度(质量)由下式给出： 式中 ——以质量消耗表示的燃烧速度(kg／s)； Aw——通风开口的面积(㎡)； H——通风开口的高度(m)； k——常量，约为0.09(kg／m5/2·s)； AwH1/2——通风参数 null 根据实验研究，得出了出现轰燃现象的极限燃烧速度的经验公式如下： 如果燃烧速度小于约80kg／s时，木垛火灾就不会出现轰燃，可见木垛火灾出现轰燃的燃烧速度，是纸张出现轰燃燃烧速度的2倍。而且，当通风参数AwH1/2值小于0.8m5/2时，也不会出轰燃。 (1-4) null图1-6 室内火灾燃烧速度与通风参数4.3 旺盛期火灾的燃烧速度4.3 旺盛期火灾的燃烧速度 单位时间内室内等效可燃物燃烧的质量称为质量燃烧速度。燃烧速度大小决定了室内火灾释放热量的多少，直接影响室内火灾温度的变化。 两种燃烧状况：一种是室内的开口大，使得室内燃烧速度与开口大小无关，而是由室内可燃物的表面积和燃烧特性决定的，即火灾是燃料控制型的。另一种是室内可燃物的燃烧速度由流入室内的空气流速控制，即火灾是受通风控制的。 在房间窗口某高度处必然存在室内外压力差为零的中性层，沿窗口高度的压力分布呈直线关系。在该压力作用下，新鲜空气从窗口下部流入房间，而房间内的火焰、高温烟气从窗口的上部流出。null图1-7 火灾房间开口部位压力、速度分布 （a）压力分布；（b）空气流速分布null 设室内外气体密度分别为ρ1、ρ0，中性层处压力为p0,重力加速度为g。则在中性平面以上高度h″上室内1点的压力为： p1=p0-ρ1gh″ （1-5） （1-6） 根据伯努利方程得： （1-7） 则： （1-8） null 对于在中性平面以下h’高度上，室外3点和通风开口内4点处的压力、流速也可作类似分析并得到：（1-9） 为了代表位置的一般性，现用下标F代表室内气体，0表示环境气体，于是速度方程式（1-8）、式（1-9）可改写为：（1-10） （1-11） null 将它们分别在各自的流通面积内积分，可以算出流入与流出的气体的质量流速，即：流入 流出 （1-12） （1-13） Ca是流通系数，B是通风口的宽度（m），是气体的质量流速（kg/s）， H’和H”分别为冷空气和热烟气流通口的高度。将式（1-10）、式（1-11）分别代入这两式中，最后可得到： （1-14） （1-15） null（ 为可燃物不完全燃烧所需要的空气量， 设1kg可燃物不完全燃烧所需要的空气量为 为修正系数 ） 则根据物质守恒定律得： 1kg（可燃物）+ （空气） （1+ ）kg（产物） （1-16） null把表达式（1-14）、表达式（1-15）以及H=H’+H”关系式代入上式，可得到中性平面高度H’与通风口高度H的比值为：（1-17） 在稳定燃烧状态下，若不计室内热分解产生的气体，即认为 ，则有 =0 null把之代入式（1-17），可得中性平面高度为： （1-18） 把上式代入式（1-14）中可得：（1-19） 式中，AW为通风开口面积。null对轰燃后室内火灾，的值一般为1.8-5.0，这样，密度项的 平方根可近似取0.21。将 =1.2kg/m3, =0.7,g=9.81m/s2代入 式（1-19），则可得空气流入质量速度为：（1-20） 在室内发生完全燃烧的情况下，1kg木材完全燃烧所需空气量约为5.7kg，于是木材的燃烧速度可表示为：（1-21） （kg/s） 或 (kg/min) （1-22） null 图1-8 通风参数与燃烧速度的关系 4.4 旺盛期火灾的持续时间与室内火灾温度 4.4.1 火灾持续时间 火灾持续时间是指火灾区间从火灾形成到火灾衰减所持续的总时间。但是，从建筑物耐火性能的角度来看，是指火灾区间轰燃后经历的时间。通过实验研究发现，火灾持续时间与火灾荷载成正比，可由下述经验公式计算。 式中 Fd——火灾持续时间参数，是决定火灾持续时间的基本参数； AF——火灾房间的地板面积； q——火灾荷载。 4.4 旺盛期火灾的持续时间与室内火灾温度 (1-23) (1-24) null 根据火灾荷载还推算出了火灾燃烧时间的经验数据，如表1-13所示。此表的使用条件是，火灾荷载是纤维系列可燃物，即可燃物发热量与木材的发热量接近或相同，油类及爆炸类物品不适用。 火灾荷载和火灾持续时间的关系 表1-134.4.2火灾温度的测算 求出火灾的持续时间后，可根据标准火灾升温曲线查出火灾温度，或者根据国际标准ISO834所确定的标准火灾升温曲线公式计算出火灾温度。我国已经采用了国际标准ISO834的标准火灾升温曲线公式： 式中 Tt——t时刻的炉内温度(℃)； T0——炉内初始温度(℃)； t——加热时间(min)。 4.4.2火灾温度的测算(1-25) null图1-9 国际标准火灾时间-温度曲线 标准火灾时间-温度曲线的温度值 表1-14 4.5 影响建筑火灾严重性的因素4.5 影响建筑火灾严重性的因素 建筑火灾严重性是指在建筑中发生火灾的大小及危害程度。 火灾严重性与建筑的可燃物或可燃材料的数量和材料的燃烧性能以及建筑的类型和构造等有关。影响火灾严重性的因素大致有以下6个方面： (1)可燃材料的燃烧性能； (2)可燃材料的数量(火灾荷载)； (3)可燃材料的分布； (4)房间开口的面积和形状； (5)着火房间的大小和形状； (6)着火房间的热性能。 null图1-10 影响火灾严重性的因素5 熄灭阶段5 熄灭阶段 在火灾全面发展阶段后期，随着室内可燃物的挥发物质不断减少，以及可燃物数量减少，火灾燃烧速度递减，温度逐渐下降。当室内平均温度降到温度最高值的80%时，则认为火灾进入熄灭阶段。6 建筑火灾蔓延的方式6 建筑火灾蔓延的方式 火焰蔓延 热传导 热对流 热辐射7 建筑物内火灾蔓延的途径7 建筑物内火灾蔓延的途径7.1 火灾在水平方向的蔓延 未设防火分区（图1-11） 洞口分隔不完善（图1-12） 火灾在吊顶内部空间蔓延（图1-13） 火灾通过可燃的隔墙、吊顶、地毯等蔓延null7.2 火灾通过竖井蔓延 火灾通过楼梯间蔓延 火灾通过电梯井蔓延 火灾通过其他竖井蔓延 null7.3 火灾通过空调系统管道蔓延 建筑空调系统未按设防火阀、采用可燃材料风管、采用可燃材料做保温层都容易造成火灾蔓延。通风管道蔓延火灾，一是通风管道本身起火并向连通的空间（房间、吊顶、内部、机房等）蔓延；二是它可以吸进火灾房间的烟气，而在远离火场的其他空间再喷冒出来。 7.4 火灾通过窗口向上层蔓延 7.4 火灾通过窗口向上层蔓延 第3节 建筑火灾烟气及其流动与控制第3节 建筑火灾烟气及其流动与控制建筑火灾烟气的性质 建筑火灾中的烟气是指可燃物燃烧所生成的气体及浮游与其中的固态和液态微粒子组成的混合物。包括了气体燃烧产物，如CO2、H2O、CH4、CnHm、H2等，以及未参加燃烧反应的气体，如N2、CO2，未反应完的O2等。1.1 建筑火灾烟气的浓度1.1 建筑火灾烟气的浓度 火灾中的烟气浓度，一般有质量浓度、粒子浓度和光学浓度三种表示法。 （1）烟的质量浓度: 单位容积的烟气中所含烟粒子的质量，称为烟的质量浓度μs，即 μs=ms/Vs (mg/m3) （1-26） 式中 ms——容积Vs的烟气中所含烟粒子的质量（mg）； Vs——烟气容积（m3）。 （2）烟的粒子浓度 单位容积的烟气中所含烟粒子的数目，称为烟的粒子浓度ns， 即 ns= Ns/Vs （个/m3） （1-27）（3）烟的光学浓度（3）烟的光学浓度 烟的光学浓度通常用减光系数Cs来表示。 设光源与受光物体之间的距离为L（m），无烟时受光物体处的光线强度为I0（cd），有烟时光线强度为I（cd），则根据朗伯—比尔定律得 （1-28） （1-29） 式中 Cs——烟的减光系数 (m-1) L——光源与受光体之间的距离（m） I0——光源处的光强度（cd） 建筑材料燃烧时产生烟的浓度和表观密度 表1-15 建筑材料燃烧时产生烟的浓度和表观密度 表1-15注：表观密度是指在同温度下，烟的表观密度γs与空气表观密度 γa之差的百分比，即（γs--γa）/γs。 1.2 建筑材料的发烟量与发烟速度1.2 建筑材料的发烟量与发烟速度 建筑材料在不同温度下，单位重量所产生的烟量是不同的。 各种材料产生的烟量（Cs=0.5）（m3/g） 表1-16 发烟速度是指单位时间、单位重量可燃物的发烟量。1.3 能见距离 1.3 能见距离 研究表明，烟的减光系数Cs与能见距离D之积为常数C，其数值因观察目标的不同而不同。例如，疏散通道上的反光标志、疏散门等，C=2~4；对发光型标志、指示灯等，C=5~10。用公式表示： 反光型标志及门的能见距离 D≈（2～4）/Cs (m) （1-30） 发光型标志及白天窗的能见距离 D≈（5～10）/ Cs (m) （1-31） 图1-17 反光型标志的能见距离 图1-18 发光型标志的能见距离 null1.4 烟的允许极限浓度 最小的允许能见距离称为疏散极限视距，一般用Dmin表示 2 火灾烟气的危害2 火灾烟气的危害2.1 对人体的危害 （1） CO中毒 （2）烟气中毒 烟气中所含的甲醛、乙醛、氢氧化物、氢化氰等有毒气体可使人在很短的时间内受到伤害，并导致死亡。 CO对人体的影响程度 表1-20null （3）缺氧 （4）窒息 火灾时人员吸入高温烟气会引起口腔及喉部肿胀，造成呼吸道阻塞窒息。此时，如不能得到及时抢救，就有被烟气毒死或被烧死的可能性。 2.2 对疏散的危害 2.3 对扑救的危害 缺氧对人体的影响 表1—213 烟在建筑内流动的特点 3 烟在建筑内流动的特点 烟气流动的基本规律是：由压力高处向压力低处流动，如果房间为负压，则烟火就会通过各种洞口进入。 烟气流动的驱动力包括室内温差引起的烟囱效应、燃气的浮力和膨胀力、风力影响、通风系统风机的影响、电梯的活塞效应等。 3.1 烟囱效应 当室内的温度比室外温度高时，室内空气的密度比外界小，这样就产生了使室内气体向上运动的浮力。高层建筑往往有许多竖井，如楼梯井、电梯井、管道井和垃圾井等。在这些竖井内，气体上升运动十分显著，这就是烟囱效应。在建筑物发生火灾时，室内烟气温度很高，则竖井的烟囱效应更强。通常将内部气流上升的现象称为正烟囱效应。null 当竖井仅有下部开口时（如图1-19a所示），设竖井高为H，内外温度分别为Ts和T0，ρs和ρ0分别为空气在温度Ts和T0时的密度，g为重力加速度常数。如果在地板平面的大气压力为P0，则在该建筑内部和外部高H处的压力分别为： Ps（H）=P0-ρs g H （1-32） 及 P0（H）=P0-ρ0 g H （1-33） 则在竖井顶部的内外压力差为： ΔPs0=（ρ0-ρs）gH （1-34） 当竖井的上部和下部都有开口时（如图1-19b所示），就会产生纯的向上流动，且在P0=Ps的高度形成压力中性平面，简称中性面，如图1—19b所示。在中性面之上任意高度h处的内外压力差为： ΔPs0=（ρo-ρs）gh （1-35） 如果建筑物的外部温度比内部高（如盛夏季节安装有空调系统的建筑），则建筑内的气体是向下运动的，如图1—19c所示。通常将这种现象称为逆烟囱效应。null图1-19 正烟囱效应和逆烟囱效应引起的烟气流动null 建筑物内外的压力差变化与大气压Patm相比要小得多，因此可根据理想气体定律用Patm来计算气体的密度。 ΔPs0=gPatmh（1/T0-1/Ts ）/R （1-36） 式中，T0为外界空气的绝对温度，Ts为竖井中空气的绝对温度，R为通用气体常数。 将标准大气的参数值代入上式，则有： ΔPs0=Ks（1/T0-1/Ts）h （1-37） 式中，h为中性面以上的高度（m），Ks为修正系数（等于3460）null图1-20 建筑物中正烟囱效应引起的气体流动3.2 高温烟气的浮力和膨胀力3.2 高温烟气的浮力和膨胀力 在火灾全面发展阶段，着火房间窗口两侧的压力分布可用分析烟囱效应的方法分析。房间与外界环境的压力差可写为： ΔPf0=ghPatm(1/T0-1/Tf)/R （1-38） ΔPf0为着火房间与外界的压力差，T0为着火房间外气体的绝对温度，Tf为着火房间内烟气的绝对温度，h为中性面以上的距离，此处的中性面指着火房间内外压力相等处的水平面。 ΔPf0=KS（1/T0-1/Tf）h=3460（1/T0-1/Tf）h （1-39） KS为修正系数，等于3460。null3.3 风力影响 风力可在建筑物的周围产生压力分布，影响建筑物内的烟气流动。一般来说，风朝着建筑物吹来会在建筑物的迎风侧产生较高的风压，它可增强建筑物内烟气向下风方向的流动，压力差的大小与风速的平方成正比，即： Pw=1/2（Cwρ0V2） （Pa ） （1-40） Pw为风作用到建筑物表面的压力，Cw为无量纲风压系数，ρ0为空气的密度（kg/m3），V为风速（m/s）。使用空气温度表示上式可写成为： Pw=0.048CwV2/T0 (Pa) （1-41） T0为环境温度（K）。该公式表明，若温度为293K的风以7m/s的速度吹到建筑物的表面，将产生30Pa的压力差。 由风引起的建筑物两个侧面的压差为： ΔPw=1/2（Cw1-Cw2）ρ0V2 （1-42） 式中，Cw1、Cw2分别为迎风墙面和背风面的风压系数。null3.4 机械通风系统造成的压力 3.5 电梯的活塞效应 4 烟气控制的基本方式4 烟气控制的基本方式 4.1 防烟分隔 在建筑物中，墙壁、隔板、楼板和其他阻挡物都可作为防烟分隔的构件，它们能使离火源较远的空间不受或少受烟气的影响。这些分隔构件可以单独使用，也可与加压方式配合使用。 4.2 加压送风方式 利用加压送风机对被保护区域（如防烟楼梯间和前室等）送风，使其保持一定的正压，以避免着火处的烟气借助各种动力（诸如烟囱效应、膨胀力等）向建筑物的被保护区域蔓延。加压送风采用的主要方式有两种： ( 1 ) 在关闭门的状态下，维持避难区域或疏散路线内的压力高于外部压力避免烟气通过各种建筑缝隙侵人（诸如建筑结构缝隙、门缝等）； ( 2 ) 在开门状态下，保证在门断面形成一定风速，以阻止烟气侵人避难区域或疏散通道。 null 加压送风方式的优点有： 能够确保疏散通道的安全，免遭烟气侵害 可降低对建筑物某些部位的耐火要求，便于工作于老式建筑物的防排烟技术的改造 加压送风方式的缺点： 送风压力控制不好会导致防烟楼梯间内压力过高，使楼梯间通向前室或走廊的门打不开，影响建筑物内人员的快速疏散。null 设计中应遵循如下原则： 利用加压送风机将室外的新鲜空气均匀地输送到需加压的空间内； 利用机械排烟系统或自然排烟系统，确保非加压空间的烟气能够顺利地排到建筑物外； 当火灾区域与周围空间相通的门打开时，加压送风系统的空气流应保证在门断面处有足够的风速，以阻止烟气的扩散； 当火灾区域与周围空间相通的门关闭时，应保证门两边有足够的压差以阻止烟气的外渗。 null Thomas 研究了在走廊或门洞有效阻止烟气运动的空气断面风速，他给出了临界风速的经验公式： Vk——阻止烟气扩散的临界风速，m·s-1 E——火灾释放的热量，W； W——门庭走廊的宽度，m； ρ——空气密度，kg·m-3 C——烟气比热容，kJ·kg-1·℃-1 T——烟气和空气的平均温度，℃； K——系数； g——重力加速度，g=9.8m·s-2（1-44） null 在标准状态下，取ρ=1.2 kg·m-3，C=1.005 kJ·kg-1·℃-1，T=27℃，K=1，则公式（1-44）可表达为 式中 Kv——系数，取0.0292； 根据伯努利方程，可以近似地计算出通过门缝等的空气泄漏量： Q——空气体积流量，m3·s-1； C——流量系数； A——通道面积，即泄漏面积，㎡； △P——压差，Pa； ρ——空气密度。 在标准状态下，取ρ=1.2 kg·m-3，C=0.65，则公式（1-45）可以表达为： 式中 Kf为系数，取0.839。 (1-45) null 4.3 自然排烟方式 自然排烟是借助室内外气体温度差引起的热压作用和室外风力所造成的风压作用而形成的室内烟气和室外空气的对流运动。 自然排烟方式的优点 结构简单，投资少 无动力设备，运行维修费用少 在顶棚能够开设排烟口的建筑，其自然排烟效果好 自然排烟方式的缺点 自然排烟的效果不稳定 对建筑的结构有特殊要求 火灾易通过排烟口向上层蔓延null4.4 机械排烟方式 机械排烟方式是借助排烟风机的作用对着火处进行强迫送风并同时排气，以用来排出火灾中的烟气。 在机械排烟中，要维持一定量的新鲜空气进人着火区域，以确保排烟效果。机械排烟多用于大型商场或地下建筑，通过顶部的排烟口或排烟风管将烟气排出室外。 机械排烟方式的优点 克服自然排烟受室外气象条件的影响 克服自然排烟受高层建筑热压的影响 排烟效果稳定 机械排烟方式的缺点 火灾猛烈发展阶段排烟效果会降低 排烟风机和排烟风管需耐高温 初投资和运行维修费用高第4节 建筑防火设计基本概念第4节 建筑防火设计基本概念1.建筑耐火等级 建筑耐火等级，是衡量建筑物耐火程度的标准，它是由组成建筑物构件的燃烧性能和耐火极限的最低值所决定的。 注：1.以木柱承重且以不燃烧材料作为墙体的建筑物，其耐火等级应按四级确定。 2.二级耐火等级的建筑的吊顶采用不燃烧体时，其耐火等级不限。 3.在二级耐火等级的建筑中，面积不超过100m2的房间隔墙，如执行本表的规定确有困难时，可采用耐火极限不低于0.3h的不燃烧体。 4.一、二级耐火等级的建筑疏散走道两侧的隔墙按本表规定确有困难时，可采用耐火极限不低于0.75h的不燃烧体。 5.住宅建筑构件的耐火极限和燃烧性能可按现行国家标准《住宅建筑》（GB50368—2005）规定执行。null2 建筑构件的耐火极限与燃烧性能2 建筑构件的耐火极限与燃烧性能 2.1 建筑构件的耐火极限 所谓耐火极限，是指在标准耐火试验条件下，建筑构件、配件或结构从受到火的作用时起，到失去稳定性、完整性或隔热性时为止的这段时间，用小时（h）表示。这三个条件的具体含义是： （l）失去稳定性 失去稳定性，即失去支持能力，是指构件在受到火焰或高温作用下、由于构件材质性能的变化，自身解体或垮塌，使承载能力和刚度降低，承受不了原设计的荷载而破坏。例如受火作用后的钢筋混凝土梁失去支承能力，钢柱失稳破坏；非承重构件自身解体或垮塌等，均属失去支持能力。 （2）失去完整性 失去完整性，即完整性被破坏，是指薄壁分隔构件在火中高温作用下，发生爆裂或局部塌落，形成穿透裂缝或孔洞，火焰穿过构件，使其背面可燃物燃烧起火。例如预应力钢筋混凝土楼板使钢筋失去预应力，发生爆裂，出现孔洞，使火苗窜到上一楼层。 （3）失去隔热性 失去隔热性即失去隔火作用，是指具有分隔作用的构件，背火面任一点的温度达到220℃时，构件失去隔火作用。以背火面温度升高到220℃作为界限，主要是因为构件上如果出现穿透裂缝，火能通过裂缝蔓延，或者是构件背火面的温度到达220℃，这时虽然没有火焰过去，但这种温度已经能够使靠近构件背面的纤维制品自燃了。null2.2 建筑构件的燃烧性能 建筑材料按其燃烧性能分为三类： （l）不燃烧材料：是指在空气中受到火烧或高温作用时不起火、不微燃、不碳化的材料，如金属材料和无机矿物材料。 （2）难燃烧材料：是指在空气中受到火烧或高温作用时，难起火、难微燃、难碳化，当火源移走后，燃烧或微燃立即停止的材料。如刨花板和经过防火处理的有机材料。 （3）可燃烧材料：是指在空气中受到火烧或高温作用时，立即起火或微燃，且火源移走后，仍能继续燃烧或微燃的材料。如木材等。3 建 筑 高 度3 建 筑 高 度 3.1 建筑高度的计算 高度的计算：当为坡屋面时，应为建筑物室外设计地面到檐口的高度；当为平屋面（包括有女儿墙的平屋面）时，应为建筑物室外涉及地面到其屋面面层的高度；当同一座建筑物有多种屋面形式时，建筑物高度应按上述方法分别计算后取其中最大值。局部突出屋顶的瞭望塔、冷却塔、水箱间，微波天线间或设施、电梯机房、排风和排烟机房以及楼梯出口小间等，可不计入建筑物高度内。null（a）坡屋顶建筑高度计算（b）平屋顶建筑高度计算（c）多种屋面建筑高度计算 图1-21 建筑高度示意null3.2 建筑层数计算 建筑层数的计算：建筑的地下室、半地下室的顶板面高出室外设计地面的高度小于1.5m者，建筑底部设置的高度不超过2.2m的自行车库、储藏室、敞开空间，以及建筑屋顶上突出的局部设备用房、出屋面的楼梯间等，可不计入建筑层数内。住宅顶部为2层一套的跃层，可按1层计，其他部位的跃层及顶部多于2层一套的跃层，应计入层数。 3.3 地下室、半地下室 地下室是指房间地面低于室外设计地面的平均高度大于该房间平均净高1/2者。 半地下室是指房间地面低于室外设计地面的平均高度大于该房间平均净高1/3，且小于等于1/2者。null图1-22 建筑层数计算示意 4 高 层 建 筑 4 高 层 建 筑 根据我国经济条件与消防装备等现实状况，规定10层及10层以上的居住建筑及高度超过24m的其他工业与民用建筑为高层建筑。单层主体高度在24m以上的体育馆、剧院、会堂、工业厂房等，均不属于高层建筑。 高层建筑起始高度的划分，主要考虑了以下因素： （1）登高消防器材； （2）消防车供水能力； （3）住宅建筑规定为10层及10层以上； （4）参考国外高层建筑起始高度的划分。 为了便于国际技术交流，1972年，国际高层建筑会议将高层建筑划分为四类： 第一类高层建筑：9~16层（最高到50m）； 第二类高层建筑：17~25层（最高到75m）； 第三类高层建筑：26~40层（最高到100m）； 第四类高层建筑：40层以上（高度在100m以上）。 null 各国高层建筑起始高度 表1-24 5 高 层 建 筑 分 类5 高 层 建 筑 分 类 高层建筑分类 表1-25