某商業(yè)樓與住宅之間防火間距的安全性分析

　　摘要:本文從某商業(yè)樓與民房住宅之間的防火間距不滿足規(guī)范規(guī)定的現(xiàn)狀出發(fā)，運(yùn)用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬，采用性能化的分析方法，對(duì)商業(yè)樓與住宅之間的火災(zāi)最不利情況進(jìn)行安全性分析，進(jìn)而解決了防火間距的設(shè)計(jì)不能滿足規(guī)范規(guī)定的問題，體現(xiàn)了性能化設(shè)計(jì)分析方法的靈活性。
　　關(guān)鍵詞:防火間距 安全性分析 計(jì)算機(jī)模擬
　　中圖分類號(hào):TU89 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2011)10(C)-0000-00
　　
　　本文根據(jù)某商業(yè)樓的建筑平面及相關(guān)說明，結(jié)合某商業(yè)樓與民房住宅的具體平面結(jié)構(gòu)及相關(guān)消防問題而展開消防安全分析。通過對(duì)該商業(yè)樓與住宅之間的防火間距的概況及防火間距的設(shè)計(jì)問題進(jìn)行計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬，從而對(duì)該防火間距的安全性作進(jìn)一步的性能化分析，最終得出合理性的結(jié)論及建議。
　　
　　1 建筑概況
　　該商業(yè)樓為框架結(jié)構(gòu)，耐火等級(jí)為一級(jí)。總建筑高度38 m，建筑面積34187㎡，其中地下一層為設(shè)備用房和商場(chǎng)，地上一至八層均為商場(chǎng)，按照GB50045-95《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（2005年版）的規(guī)定，該建筑屬于一類高層民用建筑。
　　 該商業(yè)樓東側(cè)為耐火等級(jí)為三級(jí)的單層民房住宅，磚木結(jié)構(gòu)平房。
　　
　　2 該商業(yè)樓與民房住宅的防火間距的概況
　　該商業(yè)樓與東側(cè)民房住宅的防火間距僅為7 m。而該單層民房住宅耐火等級(jí)為三級(jí)，按照《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱《高規(guī)》）第4.2.1的規(guī)定可以得知：該商業(yè)樓與民房住宅之間的防火間距應(yīng)為11米。而《高規(guī)》中對(duì)高層建筑與單層、多層民用建筑之間的防火間距可以適當(dāng)減少或可不限的規(guī)定是針對(duì)民用建筑的耐火等級(jí)不低于二級(jí)的情況，這樣，該防火間距的設(shè)計(jì)就違反了《高規(guī)》中第4.2.1~4.2.4中對(duì)防火間距的規(guī)定。
　　
　　3 防火間距的安全性論證分析
　　如果嚴(yán)格執(zhí)行《高規(guī)》4.2.1的規(guī)定，將民房住宅與該商業(yè)樓建筑之間的間距擴(kuò)大到11m，就必須對(duì)民房住宅進(jìn)行拆遷，但該民房區(qū)體量太大，拆遷成本太大，同時(shí)勢(shì)必造成較壞的影響。而《高規(guī)》對(duì)防火間距的規(guī)定主要是從“熱輻射”的角度考慮的，因此，我們可以采取性能化設(shè)計(jì)的方法對(duì)該防火間距的安全性進(jìn)行論證分析，把商業(yè)樓和住宅之間的防火間距區(qū)域作為安全隔離通道，設(shè)置防火隔離帶，這樣火災(zāi)時(shí)既有利于阻擋通道一側(cè)的煙火流竄至另一側(cè)，也利于人員的安全疏散和撲救工作，同時(shí)也達(dá)到了安全、經(jīng)濟(jì)的目的。
　　
　　4 安全通道隔離的安全性分析
　　4.1 計(jì)算說明
　　因?yàn)樯虡I(yè)樓中商品繁多，火災(zāi)荷載大，民房住宅的火災(zāi)荷載較小，又為單層建筑。為了考察安全隔離通道是否滿足消防安全要求，有必要計(jì)算商業(yè)樓著火后，是否會(huì)對(duì)相鄰的民房住宅的安全構(gòu)成威脅，即商業(yè)樓著火后，通過火焰輻射是否會(huì)引燃相鄰的民房住宅內(nèi)的可燃物。按照火災(zāi)最不利情形來分析該防火間距的安全性，即假設(shè)商業(yè)樓的第一層商場(chǎng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)的情形。計(jì)算時(shí)我們考慮商場(chǎng)起火最不利情況進(jìn)行模擬計(jì)算。據(jù)此分析安全通道另一側(cè)的單層住宅上某一距火源最近點(diǎn)p的輻射熱通量的大小及以P點(diǎn)為中心各平面的輻射熱通量的分布情況。
　　計(jì)算時(shí)考慮商場(chǎng)起火情況：
　　商場(chǎng)起火：簡(jiǎn)化處理輻射面為平面，此時(shí)輻射源僅有一個(gè)平面（這里為x-source），將起火貨柜的長(zhǎng)度作為輻射面的長(zhǎng)，火焰的高度作為輻射面的高，據(jù)此分析安全通道另一側(cè)建筑物上某一點(diǎn)P（距火源最近點(diǎn)）的輻射熱通量的大小。
　　
　　4.2 采用的判據(jù)說明
　　本計(jì)算分析采用的輻射熱通量判據(jù)來自國(guó)際通用的NFPA實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（該數(shù)據(jù)被引用在FIRECALC軟件中）：
　　對(duì)易燃物（如新聞?dòng)眉垼?，其輻射熱通量不得超過10kW/m2；
　　對(duì)一般材料（如裝潢家具），其輻射熱通量不得超過20kW/m2；
　　對(duì)難燃材料（如厚度超過25mm的木料），其輻射熱通量不得超過40kW/m2；
　　考慮到商場(chǎng)起火后，受到熱輻射的對(duì)象為普通民宅，為三級(jí)耐火等級(jí)的建筑，可燃物構(gòu)成符合第二條，本計(jì)算將安全輻射熱通量的判據(jù)取為不超過20kW/m2。
　　4.3 計(jì)算模型介紹
　　計(jì)算采用FIRECALC軟件（版本號(hào)為2.3）中的Radiation程序進(jìn)行輻射熱通量的計(jì)算。FIRECALC是由CSIRO（澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織）下設(shè)的建筑結(jié)構(gòu)工業(yè)部門開發(fā)的軟件包，該軟件集成了多個(gè)火災(zāi)工程計(jì)算程序，F(xiàn)IRECALC的詳細(xì)情況可參考CSIRO的有關(guān)文獻(xiàn)。
　　4.4 火源的確定
　　根據(jù)日本對(duì)火災(zāi)荷載密度的調(diào)查結(jié)果，商場(chǎng)的火災(zāi)荷載取為480MJ/m2，保守考慮該商場(chǎng)中的柜臺(tái)起火處相鄰的多個(gè)柜臺(tái)起火（長(zhǎng)約15m，寬約6m，高約1.2m），起火面積約為90m2。參照上海市地方標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)有噴淋的商場(chǎng)其最大熱釋放速率取5MW。
　　4.5 火焰高度預(yù)測(cè)
　　
　　4.6 計(jì)算分析
　　本文計(jì)算了輻射面（x-source）對(duì)安全隔離通道另一側(cè)距離最近點(diǎn)P的最大輻射熱通量及以P點(diǎn)為中心各平面的輻射熱通量分布情況，輻射面長(zhǎng)度按起火區(qū)域的長(zhǎng)度選取，輻射面的高按火源高度選取，對(duì)商場(chǎng)臨近民房住宅的墻上窗戶開啟與關(guān)閉兩種情況分別進(jìn)行了模擬計(jì)算。
　　計(jì)算中涉及到的火源溫度，參考FIRECALC提供的數(shù)據(jù)，測(cè)量得到全尺寸建筑火災(zāi)的有效黑體火焰溫度一般都在900℃至1100℃之間，由于商場(chǎng)內(nèi)銷售的商品種類繁多，火焰溫度均在1000℃左右，為使計(jì)算更為保守，本模型計(jì)算采用的火焰溫度為1100℃。
　　計(jì)算結(jié)果見下圖， yz平面與x軸正交，zx平面與y軸正交，而xy平面與z軸正交。
　　(1)商場(chǎng)起火（窗戶開啟）：開口面積占總墻體面積的18.5%，計(jì)算得到P點(diǎn)處最大輻射熱通量為0.6838kW/m2。
　　
　　根據(jù)輻射熱通量分布圖的顯示可知：距離火源輻射面越近的位置，輻射熱通量越大，這一點(diǎn)與實(shí)際情況能很好的吻合。
　　
　　5 針對(duì)火災(zāi)擴(kuò)散的結(jié)果分析
　　根據(jù)計(jì)算，可知商場(chǎng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)：
　　A：當(dāng)窗戶開啟時(shí)，輻射受熱點(diǎn)P點(diǎn)處的最大熱通量為0.6838kW/m2。根據(jù)輻射熱通量的平面分布圖，我們可以看出，在窗戶開啟時(shí)的商場(chǎng)火災(zāi)中，yz平面輻射熱通量從P點(diǎn)處最大輻射熱通量0.6838kW/m2開始向四周減小；zx平面輻射熱通量和xy平面輻射熱通量均減小到P點(diǎn)處的0.6838kW/m2。
　　B：當(dāng)窗戶關(guān)閉時(shí)，輻射受熱點(diǎn)P點(diǎn)處的最大熱通量為0.3474kW/m2。根據(jù)輻射熱通量的平面分布圖，我們可以看出，在窗戶關(guān)閉時(shí)的商場(chǎng)火災(zāi)中，yz平面輻射熱通量從P點(diǎn)處最大輻射熱通量0.3474kW/m2開始向四周減??；zx平面輻射熱通量和xy平面輻射熱通量均減小到P點(diǎn)處的0.3474kW/m2。
　　由A、B比較知，商場(chǎng)火災(zāi)時(shí)輻射受熱點(diǎn)P點(diǎn)處的最大熱通量為0.6838kW/m2。
　　
　　6 結(jié)論及建議
　　通過用輻射熱模型對(duì)該商業(yè)樓和民房住宅之間的防火間距進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬，并對(duì)安全隔離通道的安全性進(jìn)行數(shù)值分析，從其計(jì)算結(jié)果可以看出，P點(diǎn)受到的最大輻射熱通量為0.6838kW/m2，小于判據(jù)要求（20kW/m2），是能夠避免火苗竄出起火區(qū)域或者通過熱輻射引燃相鄰民房區(qū)域的可燃物，是能夠防止火災(zāi)穿過安全通道向另一側(cè)繼續(xù)擴(kuò)大的。同時(shí)，為保證更加安全，建議把商業(yè)樓鄰近住宅的一面墻設(shè)置為防火墻，門窗設(shè)置為防火門窗或者關(guān)閉，使之更好的滿足消防安全的要求，實(shí)現(xiàn)火災(zāi)安全性和經(jīng)濟(jì)性的統(tǒng)一。
　　參考文獻(xiàn)
　　[1] Firecalc Computer Software for the Fire Engineering Professio