鋼結(jié)構(gòu)建筑防火設(shè)計(jì)中性能設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用分析

作者簡(jiǎn)介：

吳鵬飛（1996— ），男，漢族，江西九江人，本科，研究方向：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

摘要：近年來(lái)，在建筑行業(yè)發(fā)展速度不斷加快的同時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)建筑數(shù)量也逐漸增多，為達(dá)到建筑防火等級(jí)，性能設(shè)計(jì)備受關(guān)注。本文圍繞性能設(shè)計(jì)方法展開(kāi)論述，分析該方法在鋼結(jié)構(gòu)建筑防火設(shè)計(jì)中應(yīng)用的必要性，并結(jié)合具體工程項(xiàng)目，探究性能設(shè)計(jì)方法的具體應(yīng)用，旨在促進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)建筑防火合理性、可靠性的提升。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)建筑；防火設(shè)計(jì)；性能設(shè)計(jì)方法；應(yīng)用

引言

隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展，建筑樣式逐漸呈現(xiàn)出多樣化特征，以往建筑防火思路已經(jīng)很難滿足現(xiàn)代建筑防火需求。在當(dāng)前防火設(shè)計(jì)過(guò)程中，性能設(shè)計(jì)是較為新穎的一種方法，通過(guò)利用火災(zāi)科學(xué)、消防知識(shí)等，可以制定較為合理的設(shè)計(jì)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對(duì)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的精準(zhǔn)評(píng)估，有針對(duì)性地制定預(yù)警方案，在保證建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)得到有效遏制的同時(shí)，增強(qiáng)建筑的安全性能。因此，在鋼結(jié)構(gòu)建筑防火設(shè)計(jì)中，相關(guān)人員應(yīng)該注重此方法的應(yīng)用與研究。

一、鋼結(jié)構(gòu)建筑防火設(shè)計(jì)中性能設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用必要性

（一）有助于鋼結(jié)構(gòu)耐火性能的提高

性能設(shè)計(jì)方法可以綜合考慮建筑的使用功能、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，為鋼結(jié)構(gòu)建筑提供更為科學(xué)且合理的防火設(shè)計(jì)思路。應(yīng)用此方法進(jìn)行防火設(shè)計(jì)，除了關(guān)注結(jié)構(gòu)的耐火極限，還重視結(jié)構(gòu)在火災(zāi)情況下的承載能力與穩(wěn)定性。通過(guò)性能設(shè)計(jì)，讓結(jié)構(gòu)布局得到優(yōu)化，選擇最合適的防火材料與構(gòu)造措施，促進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)耐火性能的提高，確保在火災(zāi)出現(xiàn)時(shí)，建筑能始終保持結(jié)構(gòu)的安全與穩(wěn)定，使用功能可以發(fā)揮最大效用^[1]。

（二）有助于滿足建筑化多元防火需求

近年來(lái)，建筑功能的多樣化與復(fù)雜化日益顯著，傳統(tǒng)防火設(shè)計(jì)方法在應(yīng)用期間，已經(jīng)很難讓所有建筑需求得到滿足。性能設(shè)計(jì)方法的靈活運(yùn)用，可以結(jié)合建筑的具體使用情況和火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果，制定合理的防火策略，適應(yīng)建筑功能的多樣性與建筑環(huán)境復(fù)雜性，實(shí)現(xiàn)防火設(shè)計(jì)與建筑功能的深層次整合，促進(jìn)建筑實(shí)用性、安全性的提高。

（三）有助于鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)靈活性的提高

性能設(shè)計(jì)方法在鋼結(jié)構(gòu)建筑防火設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，可以促進(jìn)建筑設(shè)計(jì)靈活性的提升。相比于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，此方法不拘泥于傳統(tǒng)防火規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，能夠結(jié)合實(shí)際火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)與建筑性能需求，采用靈活的設(shè)計(jì)手段，利用多種防火技術(shù)與材料，創(chuàng)新性地對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以滿足特定的防火要求，如利用高性能的防火涂料、復(fù)合防火板、其他創(chuàng)新防火材料等，在不犧牲建筑美學(xué)與功能的基礎(chǔ)上，提高鋼結(jié)構(gòu)建筑的防火性能^[2]。

二、鋼結(jié)構(gòu)建筑防火設(shè)計(jì)要求

（一）準(zhǔn)確劃分防火區(qū)域

建筑平面在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要將我國(guó)現(xiàn)行的建筑防火設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)作為依據(jù)，合理應(yīng)用防火卷材、防火墻等，并保證其性能達(dá)到既定要求，由此達(dá)到建筑防火的目的。通過(guò)對(duì)各類防火材料的使用，實(shí)現(xiàn)對(duì)火災(zāi)情況的有效控制，防止出現(xiàn)火災(zāi)蔓延、擴(kuò)大等問(wèn)題。此方式的運(yùn)用，存在的缺陷也比較多，尤其是在防火能力方面，具有一定局限性。加之建筑功能呈現(xiàn)出多樣化特點(diǎn)，所以防火設(shè)計(jì)需要遵循建筑功能的差異性，對(duì)各方面因素綜合考量，以工程的具體要求和現(xiàn)狀為基礎(chǔ)，對(duì)防火區(qū)域精準(zhǔn)劃分，同時(shí)選擇合適的防火性能^[3]。

（二）針對(duì)性地選擇防火方法

近年來(lái)，鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用較為廣泛，其防火設(shè)計(jì)方式呈現(xiàn)出了多元化特征，防火噴涂是目前應(yīng)用較為廣泛的方式，需要以行業(yè)的防火規(guī)定和要求為基準(zhǔn)。因此，在防火設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)該對(duì)建筑本身的情況合理分析，在確保各個(gè)鋼構(gòu)件承受力達(dá)到既定要求的基礎(chǔ)上，對(duì)構(gòu)件的防火能力精準(zhǔn)評(píng)估，確保建筑安全等級(jí)能整體提高。同時(shí)，科學(xué)選擇涂料，對(duì)耐燃性嚴(yán)格把控，在使用前開(kāi)展相關(guān)測(cè)試。

三、鋼結(jié)構(gòu)建筑防火設(shè)計(jì)中性能設(shè)計(jì)方法的具體應(yīng)用

（一）工程概況

以某建筑為例，該項(xiàng)目施工規(guī)模大，分上下兩層，中間設(shè)有大中庭，與高層連接在一起。同時(shí)，中庭周圍有走廊，寬度為5m。實(shí)地測(cè)量發(fā)現(xiàn)，屋頂最高位置與地面的距離為50m，最低位置與地面的距離為40m。針對(duì)建筑型鋼柱工程數(shù)量，具體如表1所示。

（二）性能設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用

在利用性能設(shè)計(jì)方法對(duì)鋼結(jié)構(gòu)展開(kāi)防火設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要對(duì)各方面因素綜合考量，做好火災(zāi)場(chǎng)景、火災(zāi)煙氣流動(dòng)等的設(shè)計(jì)工作^[4]。

1.火災(zāi)場(chǎng)景設(shè)計(jì)。在性能設(shè)計(jì)過(guò)程中，火災(zāi)場(chǎng)景的設(shè)計(jì)是不可或缺的關(guān)鍵內(nèi)容。為保證設(shè)計(jì)成效達(dá)到預(yù)期，促進(jìn)防火效果的提高，相關(guān)人員在具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)該以建筑的實(shí)際現(xiàn)狀為基準(zhǔn)，綜合考量各方面要素，包括可燃物的數(shù)量、類型等，對(duì)火災(zāi)蔓延的趨勢(shì)展開(kāi)合理、科學(xué)評(píng)估，保證后續(xù)方案的制定能具備可操作性、可行性。同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)模型功能的使用，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物的精準(zhǔn)識(shí)別，保證各類損失能得到準(zhǔn)確計(jì)算，從整體角度上控制火災(zāi)，以免出現(xiàn)影響過(guò)大的情況。選取科學(xué)的方式進(jìn)行計(jì)算，在火災(zāi)出現(xiàn)時(shí)，對(duì)火勢(shì)的等級(jí)準(zhǔn)確判斷，了解火勢(shì)的具體發(fā)展趨勢(shì)，明確是否會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成嚴(yán)重影響，保證建筑防火在設(shè)計(jì)方面能實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化。在創(chuàng)設(shè)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)情景期間，應(yīng)該對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況綜合考量，確?；馂?zāi)出現(xiàn)時(shí)各類危險(xiǎn)源能全部考量在內(nèi)，選擇最合適的方法進(jìn)行處理。

2.火災(zāi)煙氣流動(dòng)設(shè)計(jì)。在對(duì)此環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)期間，需要直觀、清楚地模擬所在區(qū)域的情況，并采用空間模擬的方式為設(shè)計(jì)提供輔助，保證設(shè)計(jì)效能達(dá)到預(yù)期。區(qū)域模擬：在防火性的設(shè)計(jì)期間，倘若設(shè)計(jì)的區(qū)域空間結(jié)構(gòu)偏大，此時(shí)可以靈活運(yùn)用區(qū)域模擬的方法，依照建筑結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計(jì)要求與特點(diǎn)，利用區(qū)域分區(qū)的方法，對(duì)災(zāi)害的發(fā)生有效管控，避免建筑使用時(shí)出現(xiàn)火災(zāi)，使火災(zāi)的預(yù)防成效達(dá)到最佳。防火分區(qū)設(shè)計(jì)中，材料最好應(yīng)用防火屬性極高的材料，并做好火災(zāi)隔離。為提高設(shè)計(jì)有效性，設(shè)置專屬的排煙設(shè)施。如果是小空間的防火設(shè)計(jì)，可以利用噴淋實(shí)驗(yàn)裝置；如果是大空間的防火設(shè)計(jì)，可以利用水炮滅火系統(tǒng)，讓消防效果達(dá)到預(yù)期，從整體角度上抑制火勢(shì)蔓延，避免對(duì)周圍區(qū)域造成影響?？臻g模擬：在火災(zāi)出現(xiàn)時(shí)，空間溫度的變化會(huì)影響空間氣體的流動(dòng)，所以在性能設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該對(duì)空間模擬方法靈活運(yùn)用，以氣體轉(zhuǎn)移的方向?yàn)橐罁?jù)，準(zhǔn)確定位火災(zāi)出現(xiàn)的位置，并對(duì)火災(zāi)的蔓延趨勢(shì)準(zhǔn)確判斷，為救援提供支持，有效控制火災(zāi)產(chǎn)生的損失和影響。

3.人員安全疏散設(shè)計(jì)。在鋼結(jié)構(gòu)建筑防火性能設(shè)計(jì)過(guò)程中，針對(duì)人員安全疏散設(shè)計(jì)，首先利用模擬火災(zāi)場(chǎng)景的方式，對(duì)火災(zāi)影響建筑結(jié)構(gòu)的程度客觀評(píng)估，通過(guò)溫度升高、結(jié)構(gòu)變形等，確定可能的火災(zāi)發(fā)展路徑與時(shí)間，并以此為依據(jù)，依照建筑布局和功能區(qū)劃分，設(shè)計(jì)疏散通道與安全出口，保證火災(zāi)發(fā)生時(shí)人員能通過(guò)最短、最安全的路徑撤離到安全區(qū)域。同時(shí)，對(duì)不同樓層區(qū)域的人員密度重點(diǎn)考慮，合理設(shè)置疏散樓梯、電梯、緊急出口，確保在緊急情況下，所有人員能迅速、有序疏散，并對(duì)疏散通道的照明、指示標(biāo)識(shí)規(guī)范設(shè)置，提升均衡疏散通道的可見(jiàn)度、舒適度，避免火災(zāi)出現(xiàn)時(shí)人員恐慌與混亂。此外，分析人員在火災(zāi)出現(xiàn)時(shí)的反應(yīng)與行為模式，設(shè)計(jì)合理的疏散指示與引導(dǎo)系統(tǒng)。

4.結(jié)構(gòu)耐燃性設(shè)計(jì)。本工程在設(shè)計(jì)期間，利用性能設(shè)計(jì)方法主要立足于工程實(shí)際情況，在保證建筑安全、穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，通過(guò)強(qiáng)化建筑防火效果，分析鋼構(gòu)件的完整性，制定切實(shí)可行的防火措施，確保在火災(zāi)出現(xiàn)時(shí)，建筑物的耐久性、安全性不會(huì)受到影響，降低坍塌事故出現(xiàn)概率。在防火設(shè)計(jì)期間，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)建筑綜合評(píng)價(jià)，評(píng)估火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，并控制好火災(zāi)規(guī)模。

（三）性能設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用成效

以鋼結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)要求、思路為基礎(chǔ)，在防火設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)建筑實(shí)際現(xiàn)狀的分析以及各類數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與計(jì)算，掌握火災(zāi)的各個(gè)方面要素，包括規(guī)模、性質(zhì)等，同時(shí)判斷出最危險(xiǎn)的狀態(tài)及其產(chǎn)生的影響，從而為后續(xù)救援方案的制定提供準(zhǔn)確依據(jù)。將不同燃料的放熱率作為基準(zhǔn)，通過(guò)合理構(gòu)建三維模型的方式，準(zhǔn)確計(jì)算出不利火場(chǎng)信息。該項(xiàng)目在實(shí)施過(guò)程中，中庭位置的火源威脅與下面商鋪的垃圾桶有密切聯(lián)系，同時(shí)通過(guò)分析結(jié)構(gòu)圖了解，上部區(qū)域的廊道焦點(diǎn)與其他廊道的距離較短，如果火災(zāi)發(fā)生，不可避免會(huì)影響鋼結(jié)構(gòu)的整體安全性和穩(wěn)定性。針對(duì)此類情況，在防火設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，需要準(zhǔn)確計(jì)算出煙到達(dá)鋼結(jié)構(gòu)的具體溫度，同時(shí)明確其對(duì)鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響，分析煙羽的實(shí)際溫度，了解溫度是否能達(dá)到安全臨界值，并立足于實(shí)際，利用合理的方式進(jìn)行防火，促進(jìn)建筑整體穩(wěn)定性的提高。通過(guò)分析，最終的計(jì)算結(jié)果中，煙羽中心溫度為87℃，相比于200℃的臨界值，此溫度相對(duì)較低，因此可以判斷結(jié)構(gòu)安全，能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

結(jié)語(yǔ)

綜合而言，將性能設(shè)計(jì)方法運(yùn)用于鋼結(jié)構(gòu)建筑防火設(shè)計(jì)中，不僅可以提升設(shè)計(jì)的可行性與合理性，還能將防火的效能發(fā)揮到最大。不同于傳統(tǒng)規(guī)范設(shè)計(jì)方法，性能設(shè)計(jì)方法可以在多場(chǎng)景中應(yīng)用，結(jié)合不同功能區(qū)，深入實(shí)施防火測(cè)算，并保證人員能安全撤離，從源頭將火災(zāi)事故造成的威脅和影響降到最低。因此，相關(guān)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到此方法的重要性，合理設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)，促進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與安全性的提升。

參考文獻(xiàn)

[1]陳長(zhǎng)坤，肖榮.性能化防火設(shè)計(jì)在特殊建筑結(jié)構(gòu)抗火中的應(yīng)用[J].工業(yè)建筑，2008（z1）：99-102，109.

[2]陸宏江.性能設(shè)計(jì)方法在鋼結(jié)構(gòu)建筑防火設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析[J].消防界（電子版），2023，9（17）：88-90.

[3]張偉.超高層住宅建筑排水及消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法分析[J].陶瓷.2022，（9）.129-131.

[4]朱銳.高層建筑給排水消防設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)探究[J].今日消防.2021，（2）.10-11.