第三章 火災預防工程,建筑火災的控制技術，主要包括三個方面：建筑火災預防技術，即建筑的火災本質安全化技術與火災探測報警消防聯動控制；建筑火災煙氣控制技術，即煙氣性質，煙氣流動規律和防排煙技術；火災撲滅與救護逃生技術。本章主要論述建筑火災的預防技術。,第一節 概述,建筑火災預防技術包括以下兩個方面。 一、建筑物本質安全化 在建筑防火設計中，使建筑達到本質安全化是保證建筑物火災安全的基本環節。因建筑設計失效所造成的火災隱患，屬“先天性”缺陷，待建筑施工完成后再采取補救措施，已難以取得良好效果。,第一節 概述,建筑火災預防技術包括以下兩個方面。 一、建筑物本質安全化 從預防火災的角度使建筑達到本質安全化的主要技術是：滿足城市防火規劃總體布局對建筑的要求，選擇建筑群間合理防火間距和消防通道以及室外消防設施，進行建筑耐火設計，提高和增強建筑材料承受火災破壞的能力，提高建筑構件的耐火性和建筑物耐火等級；合理劃分建筑防火分區，提高建筑消防效果；進行安全疏散設計；合理布置安全疏散路線、設置安全可靠的疏散通道和設置必要的避難場所。,第一節 概述,二、建筑火災控制在初級階段 如何將建筑火災消滅在初起階段，實現自防自救，這是現代大中型建筑火災防治的基本手段。實際上，現代建筑發生火災時，指望外來人員撲救，必將延誤滅火時機，造成重大損失。因此，火災探測報警技術與室內自動滅火技術是當前發展最快、應用最廣的兩個方面。而在火災的早期階段，準確地探測到火情并迅速報警，及時滅火，對控制火災的擴大蔓延和減少火災損失具有特別重要的意義。,第一節 概述,二、建筑火災控制在初級階段 圖3-1給出火災探測報替與滅火過程的特征時間。在該圖中：t1為從起火到火被探測到的時間，取決于探測器性能；t2為探測到火焰到采取滅火行動的響應時間，這與滅火人員的動作快慢，或與聯動消防系統動作時間有關，其中，自動滅火設備約需幾秒至幾十秒鐘，水龍或滅火器約需幾分至幾十分鐘；t3為滅火所需時間；Tf為室內火災達到轟燃所需要的時間。,第一節 概述,第二節 建筑總體防火規劃,城市總體規劃與布局的合理性，對保障城市建筑物防火安全有直接關系。城市防火規劃是城市總體規劃的一部分，它主要從火災安全角度處理好具體建筑物與城市總體布局及與周圍地形和其他建筑物的協調關系。,第二節 建筑總體防火規劃,一、城市規劃對消防安全要求 1）對城市進行合理防火分區 根據一個地區的使用性質劃分防火分區，如將居民區、商業區、工業區等適當分離；易燃易爆物品的倉庫與工廠布置在城市近郊的獨立安全地區；汽車加油站應遠離大型公共場所、人集中處和明火散發火花區。,第二節 建筑總體防火規劃,一、城市規劃對消防安全要求 2）建立城市防火帶 如寬闊城市干道可以起到防火帶作用，在干道兩旁建造耐火等級較高的高層建筑可以有效阻止火區大面積蔓延；種植難燃樹種組成綠色防火林帶。,第二節 建筑總體防火規劃,一、城市規劃對消防安全要求 3）城區內開辟一定的安全避難場所 在城市適當位置開辟廣場、公園、公共綠地等，既可作為游樂、休閑的場所，又可作為火災和其他多種災害的避難場地。,第二節 建筑總體防火規劃,一、城市規劃對消防安全要求 4）適當提高建筑耐火等級 城區內各類建筑的耐火等級，應以一、二級為主、控制三級、嚴防四級。 5）靠近水源滿足消防用水 工業區應注意靠近水源，合理布置自來水管道，以滿足消防用水。,二、防火間距 定義：指當一幢建筑發生火災時，相鄰建筑在一定時間內，在沒有任何保護措施情況下，不會引起火災的最小安全距離。 防火間距大小與建筑的使用性質、功能、布置形式、耐火等級有關。建筑防火間距主要有以下幾種: (1)單、多層民用建筑防火間距，如表3-1所示. (2)高層建筑防火間距，如表3-2所示。 (3)廠房防火問距(略)。,建筑物之間的火災蔓延,防火間距及其必要性,建筑物發生火災時，有時還會通過一定的途徑蔓延到鄰近的建筑物上。為了防止火災在建筑物之間蔓延，十分有效的措施是在相鄰建筑物之間留出一定的防火安全距離，即防火間距。 從消防方面考慮，防火間距還起到了為消防滅火戰斗，為建筑物內人員和物資的緊急疏散提供場地的作用。在建筑總平面布局防火中，布置好建筑物之間的防火間距是一項十分重要的技術措施。,防火間距有關概念,防火間距的概念 防火間距是一座建（構）筑物起火后火災不至于蔓延到相鄰建（構）筑物的空間間隔。 防火間距是建（構）筑物間相鄰外墻最近的水平距離； 防火間距是建（構）筑物在水平面的投影之間的最近距離； 建（構）筑物突出的封閉陽臺應從其最突出部分算起； 建（構）筑物外墻有突出的燃燒體構件，從突出部分的外邊緣算起。,確定防火間距的基本因素,影響防火間距的因素 熱輻射 主要因素 熱對流 飛火 建筑物的使用性質 建筑物外墻的開口面積 建（構）筑物內可燃材料的種類和數量 風速 相鄰建（構）筑物的高度 建筑物內消防設施的水平 滅火時間,規范中規定的防火間距是考慮了防止熱輻射作用造成火災蔓延，滿足消防撲救火災時消防車最大工作回轉半徑的要求，消防撲救的影響作用以及節約用地的原則。,決定防火間距的基本因素,防止火勢蔓延,造成火勢蔓延，主要有“飛火”（與風力有關）、“熱幅射”和“熱對流”等幾個因素。火災實例證明，在大風的情況下，從火場飛出的“火團”可達數十米、數百米、甚至更遠些。顯然，如按這個因素確定防火間距，勢必與節約用地精神不符，至于“熱對流”，對相鄰建筑蔓延威脅比“熱輻射”要小些，因為熱氣流噴出門窗洞口后就向上升騰，對相鄰建筑的影響比“熱輻射”小，所以考慮這個因素的實際意義不大，由此可見，考慮防火間距的因素主要是“熱幅射”強度,防止火勢蔓延,影響熱幅射強度的因素較多。諸如：發現和撲救火災時間的長短，建筑的長度和高度、氣象條件等。但國內目前還缺乏這方面的科學試驗數據，國外雖有按“熱輻射”強度理論計算防火間距的公式，但都沒有把影響“熱幅射”的一些主要因素（如發現和撲救火災早晚、火災持續時間）考慮進去，因而計算出來的數據往往偏大。在實際中難于行得通。因此，對熱輻射也只能是結合一些火災實例，視其對傳播火災的作用于以粗略考慮。,滿足消防撲救需要,撲救高層建筑火災需要使用消防水罐車、曲臂車、云梯登高消防車等車輛。消防車輛停靠、通行、操作、結合火災實踐經驗，要使得防火間距滿足要求,多層民用建筑之間的防火間距,表3-1 民用建筑的防火間距,高層建筑的防火間距,表3-2 高層建筑之間及高層建筑與其它民用建筑的防火間距(m),工業建筑的防火間距,三、消防通道 在建筑群的建筑總平面布置圖中，街區內道路應考慮消防車通行，必須確保發生火災時消防車暢通無阻。根據我國消防車型，通道寬度不小于3.5m；道路凈高不小于4m；消防通道應盡量短捷；道路中心間距不大于1600m；高層建筑周圍應設環形車道或沿高層建筑兩長邊設車道；在通往天然水源及消防水池處，均應設消防水道；消防車道與高層建筑之間，不應設置妨礙登高消防車操作的樹木、架空管線。,四、室外消防設施 現有資料表明，在撲救失利的火災中，約80%是由于火場供水不足，或者是設計不周、管理不善導致消防設施不能發揮作用所造成。因此，按照建筑設計防火規范規定，除2層以下居住小區可不設消防設施外，其他建筑在規劃或設計時，必須同時設計消防給水系統。 1.室外消火栓布置 室外消火栓布置如圖3-2所示。消火栓宜沿道路縱線布置，間距不大于120m；當路寬大于60m時，消火栓應在馬路兩邊均布，離路邊不大于2m；為避免樓房倒塌傷人，消火栓距樓房不小于5m。,四、室外消防設施 2.消火栓用水量 每個室外消火栓用水量等于每輛消防車的用水 量，在每輛消防車上有2支口徑19mm水槍，總用水 量為1015L/s，因此每個室外消火栓用水量要按 10-15L。計算。 消火栓數量：可根據某類建筑一次火災可能的消防用水量估算: 式中：N為消火栓數量(個)；Q為某項建筑一次火災消防用水量（m3/s)； q為一個消火栓用水量m3/s。,四、室外消防設施 油罐區的消火栓位置：在甲、乙、丙類液體或油罐 區，為避免火災時液體流散，消火栓應設在防火堤外 的安全地點。 3.消防水池設置 設置消防水池是市政給水管網與天然水源的一種重要水源補充手段。根據建筑物類型一次滅火所需的流量Q乘以滅火所需估計時間，其中滅火所需估計時間一般居住區為2h，甲、乙兩類倉庫為6h。,第三節 建筑物耐火設計,為防止建筑物在火災時其主體結構受高溫燃燒破壞，建筑物都應具有足夠的耐火能力；否則，在火災中一旦建筑物發生破壞而倒塌，就會造成人員傷亡和財產的重大損失。例如2003年11月3日湖南省衡陽市一棟8層的衡州大廈在發生特大火災時突然整體倒塌，20名救火消防官兵被埋犧牲。建筑物的耐火性能取決于建筑構件的燃燒性能和耐火極限，而構件的燃燒性能主要由建筑材料決定。 建筑物的耐火設計是指建筑物耐火等級選擇，它主要根據建筑物使用功能、規模、層數和火災危險性確定。,第三節 建筑物耐火設計,一、建筑材料火災性能 建筑材料根據其使用功能一般可以分為結構材料和裝飾材料。結構材料是用以支持建筑物框架結構的強度與剛度，因此，必須具有足夠的耐火能力，以保持火災后建筑物整體性不被破壞；裝飾材料是使建筑物更加美觀、舒適和實用，從控制火災角度，應避免加劇燃燒和產生過多的煙氣和毒氣。因此，建筑材料的火災性能一方面影響著建筑物承受火災高溫作用下的能力，同時對火災撲救逃生具有重要影響。所以，必須研究建筑材料在高溫下的各種相關性能，使得在建筑耐火設計中科學合理地選用建筑材料，預防和減少火災發生與損失。,第三節 建筑物耐火設計,一、建筑材料火災性能 （一）建筑材料分類 按材料化學構成，建筑材料分為以下三類 （1）有機材料。如木材、塑料、膠合板、纖維板等，一般為可燃性材料，在空氣中受到火燒或高溫作用后，立即起火微燃，當火移走后，仍能繼續燃燒。 （2）無機材料。如鋼鐵、混凝土、磚、石材、建筑陶瓷、建筑玻璃、石膏制品和其他建筑金屬等，一般是不燃性材料，但在高溫時存在導熱、變形、爆裂、強度降低、組織松懈等缺點。 （3）復合材料。一般由芯材和面材組成，其特點是質輕、隔熱、高強度和經濟等。面材常應用耐火、難燃、導熱性差的板材;芯材選用難燃和耐高溫材料。一般來說，復合材料中含有一定的可燃成分。,（二）建筑材料高溫性能 建筑材料高溫下的性能包括以下五個方面：,1 力學性能:材料在高溫下的物理力學性能主要指力學性能隨溫度的變化，其中尤其是強度性能。隨著建筑向大型、高層、地下發展，建筑中的結構材料主要是鋼材和混凝土，或由兩者結合的鋼筋混凝土。 (1)鋼材。建筑鋼材分結構鋼材和預應力鋼筋兩種，結構鋼材在常溫下的抗拉強度很好，但受火作用后，迅速變壞。,有一組結構鋼梁的測試數據如下:溫度在20時抗拉強度為440MPa;溫度升至485時，抗拉強度為270MPa;溫度升至614時，其抗拉強度僅為7OMPa，已失去承載能力;當溫升至7O0時.其撓度已超過13.3%。在高溫條件下，鋼梁遇火15-20min后急劇軟化，而使整個建筑失去穩定而破壞，美國9.11事件中，雙子世貿大廈被盛滿航空汽油飛機撞擊后，汽油燃燒的高溫迅速使鋼架軟化，并喪失承載能力而倒塌。,預應力鋼筋在鋼筋混凝土中廣泛應用，但其抗拉強度隨溫度升高而降低的變化功十分明顯，如圖3-3所示，當溫度升到500時，鋼筋抗拉強度僅為常溫時的30%;到750時，其抗拉強度全部喪失。在此同時，由于鋼與混凝土導熱系數差距大，高溫時，鋼筋很快伸長，導致與混凝土脫位而喪失組合功能。,（二）建筑材料高溫性能 建筑材料高溫下的性能包括以下五個方面：,(2) 混凝土。混凝土是由起粘結作用的水泥、起骨架作用的沙、石和水混合而成，在建筑中主要起承壓作用，在火災條件下，其抗壓強度隨溫度升高呈明顯下降趨勢。如圖3-4所示，當火災溫度達600時，混凝土抗壓強度僅為常溫時的45%;到 1000時，完全喪失強度。,2）建筑材料高溫性能 建筑材料高溫下的性能包括以下五個方面：,2 材料導熱性能:材料的導熱性能是指材料一面受火作用后，背火一面溫度變化的性質(如室內火災樓板受熱狀況)。當材料導熱性能強時，其防火性能差。例如，結構鋼材在常溫時強度大，彈性、韌性都好，品質均勻，質量輕，屬不燃材料，但其導熱系數大，火災條件下極易在短時間內被破壞。,2）建筑材料高溫性能 建筑材料高溫下的性能包括以下五個方面：,3 燃燒性能:材料燃燒性能是指其可燃程度，即易燃、難燃等性能和燃燒速度。燃速越快，火災發生后，火焰就會迅速蔓延，對撲救十分不利。材料的燃燒性能是評價其防火性能的重要指標。 4發煙性能:材料燃燒時的發煙量和發煙速度，在火災發生后，對人體危害、疏散工作、火災撲滅和營救工作、火災的發展與擴一大都影響很大，應盡量選用發煙量較小、發煙速度較慢的建筑材料。,3 材料潛在毒性: 現代建筑中，使用著大量化工材料，火災時產生大量有毒氣體。火災中造成人員死亡的主要原因是由煙氣中毒所致，真正由熱輻射致死的比例較小。 對上述五個判斷材料火災性能的綜合指標進一步分析說明，當材料使用目的和功用不同時，考慮性能參數的側重點不同，對于承重結構構件材料，如混凝土、磚石、鋼材等無機材料，其火災性能應側重在高溫下物理力學性質和導熱性質;對于主要起裝修、裝飾作用的材料，如木材、塑料等，其火災性能主要側重在燃燒性能、發煙性能和潛在毒性等方面。,補充：鋼材的高溫性能,鋼材的冶煉和分類 常用建筑鋼材 鋼材的高溫性能,建筑用鋼材可分為鋼結構用鋼材（各種型材、鋼板）和鋼筋混凝土結構用鋼筋兩類。它是在嚴格的技術控制下生產的材料，具有強度大、塑性和韌性好、品質均勻、可焊可鉚、制成的鋼結構重量輕等優點。但就防火而言，鋼材雖然屬于不燃性材料，耐火性能卻很差。,鋼材的冶煉,鋼的主要成分是鐵和碳，它的含碳量在2%以下。鋼的冶煉主要是將熔融的生鐵進行高溫氧化，使碳的含量降低到預定范圍，雜質含量降低到允許范圍之內。 鋼的冶煉方法主要有空氣轉爐煉鋼法、氧氣轉爐煉鋼法和平爐煉鋼法。冶煉過程中，鐵被氧化成氧化鐵，影響鋼材質量，必須進行脫氧。 根據脫氧程度的不同鋼可分為沸騰鋼（脫氧不完全）、鎮靜鋼（完全脫氧）和半鎮靜鋼（脫氧程度介于沸騰鋼與鎮靜鋼之間）。,鋼的分類,碳素鋼：以鐵、碳為主體，含碳量小于2%。含碳量小于0.25%的為低碳鋼；介于0.25%0.6%的為中碳鋼；大于0.6%的為高碳鋼。 合金鋼：在普通低碳鋼的基礎上，加入少量合金元素，如硅、錳、鉻、鈦、釩等。可以保證鋼的良好塑性、韌性，提高鋼的強度。低合金鋼合金元素總含量小于5%；中合金鋼合金元素總含量為510%；高合金鋼合金元素大于10%。,常用建筑鋼材普通碳素鋼,分為Q195、Q215、Q235、Q255、Q275五種，Q是屈服點的漢語拼音首位字母，數字代表鋼材厚度（直徑）16mm時的屈服點下限N/mm2。數字較低的鋼材，碳含量和強度較低，而塑性、韌性、焊接性較好。 普通碳素鋼分為A、B、C、D四個質量，A級最差，D級最好。 普通碳素鋼塑性好，適宜于各種加工，并能保證在焊接、超載、沖擊、溫度應力等不利條件下的安全。力學性能穩定，對軋制、一般加熱、劇烈冷卻的敏感性較小。但與低合金結構相比，強度較低。普通碳素鋼中的Q235（其碳含量為0.12%0.22%）因為其力學及加工等綜合方面的性能較好，而且冶煉成本低，所以在建筑工程中得到普遍使用。,常用建筑鋼材低合金結構鋼,是一種含有少量合金元素(硅、錳、鉻、鈦、釩等元素組成)的合金鋼種。低合金結構鋼具有較高的強度，良好的塑性和沖擊韌性，并具有耐銹蝕，耐低溫性能，是一種高效能鋼種。較多地用于大型結構和荷載較大的結構。,鋼材的高溫性能,通常鋼材的導熱性能隨溫度升高而遞減，常溫下導熱系數為58W/m.，但當溫度達到750 時，約為30W/m.。鋼材的導熱系數大是造成鋼結構極易破壞的主要原因之一。,導熱系數,鋼材的比熱Cp,鋼材的比熱隨溫度上升而緩慢增大，Cp與T的關系可由下式來表示：,（KJ/kg.）,在高溫下鋼材強度隨溫度的升高而降低，降低的幅度因鋼材溫度的高低和鋼材種類而不同。,鋼材的強度,（1）普通低碳鋼,普通碳素鋼的高溫 力學性質,當鋼材溫度在350以下時，由于蘭脆現象，極限強度比常溫時略有提高； 溫度超過350，強度開始下降；溫度達到500時強度降低約50%，600時降低約70%； 鋼材的屈服點隨溫度升高也逐漸降低，在500時約為常溫的50%。 鋼材在高溫下屈服點降低是決定鋼結構和鋼筋混凝土結構耐火性能的最重要的因素。（鋼屋架）,主要包括高碳鋼以及用于預應力鋼筋混凝土構件中冷加工鋼筋及高強度鋼筋等。 高強度鋼對溫度更為敏感。當溫度超過175時，強度急劇下降，500時降至常溫的30%，當溫度達到750時，完全喪失其強度。,（3）普通低合金鋼,（2）高強度鋼,高溫性能與普通碳素鋼基本相同，在200-300的溫度范圍內極限強度增加，當溫度超過300后，強度逐漸降低。,所以預應力構件耐火性能要低于普通混凝土構件。在高溫下，預應力極易損失，其構件難以正常工作。,建筑鋼材的變形性能,鋼材的伸長率和截面收縮率隨著溫度升高總的趨勢是增大的，表明高溫下鋼材塑性性能增大，易于變形。 鋼材在一定溫度和應力作用下，隨時間的推移，會發生緩慢塑性變形，即蠕變。蠕變在低溫下也會發生，但在溫度高于一定值時比較明顯。對于普通低碳鋼這一溫度為300350，對于合金鋼為400450，溫度愈高，蠕變現象愈明顯。 蠕變不僅受溫度的影響，而且也受應力大小影響，若應力超過了鋼材在某一溫度下屈服強度時，蠕變會明顯增大。,混凝土的高溫性能,混凝土的高溫力學性能 混凝土的爆裂 概述 混凝土的熱學性質,定義： 混凝土由膠凝材料、水和粗、細骨料按適當比例配合，拌制成拌合物，經一定時間硬化而成的人造石材。,重混凝土：表觀密度大于2600kg/m3，采用重晶石、鐵礦石等作骨料，對射線、射線有較高的屏蔽能力。 普通混凝土：表觀密度為19002500kg/m3，采用天然的砂、石子作骨科，在建筑工程中使用最廣。 輕混凝土：表觀密度為8001900kg/m3，包括輕骨料混凝土、多孔混凝土及無砂大孔混凝土，多用于有保溫隔熱要求的墻體、屋面等處，標號高的輕骨料混凝土也用于承重結構。,混凝土按密度分類：,水泥混凝土又稱普通混凝土（簡稱為混凝土），是由水泥、砂、石和水所組成，另外還常加入適量的摻合料和外加劑。在混凝土中，砂、石起骨架作用，稱為骨料；水泥與水形成水泥漿，水泥漿包裹在骨料表面并填充其空隙。在硬化前，水泥漿起潤滑作用，賦予拌合物一定的和易性，便于施工。水泥漿硬化后，則將骨料膠結為一個堅實的整體。 鋼筋混凝土（簡稱RC），是經由水泥、粒料級配、加水拌和而成混凝土，在其中加入一些抗拉鋼筋，在經過一段時間的養護，達到建筑設計所需的強度。它應該是人類最早開發使用的復合型材料之一。,結構混凝土；耐熱混凝土； 耐酸混凝土；防水混凝土,混凝土按功能和用途分類：,可根據不同要求配制不同性質的混凝土。 混凝土在凝結前具有良好的塑性，可澆制成各種形狀和大小的構件或結構物； 混凝土與鋼筋有牢固的粘結力，能制作鋼筋混凝土結構和構件； 混凝土拌合物經硬化后有抗壓強度高與耐久性良好的特性； 混凝土組成材料中砂、石等地方材料占80%以上，符合就地取材和經濟的原則。,混凝土的優點：,混凝土的熱學性能,主要包括導熱系數、熱膨脹系數、熱容量以及質量密度四個參數。,（1）導熱系數,普通混凝土在常溫下的導熱系數約為1.63W/m，隨著其溫度升高，導熱系數減小，在溫度500時為常溫的80%，在1000時只有常溫的50%。主要受骨料種類、含水量、混凝土配合比等因素的影響。,（2）熱膨脹系數,不僅與混凝土本身材料的性能有關，還與構件尺寸、約束條件、含水量等因素有關。,（3）比熱： 雖然受骨料種類、配合比和水分的影響，但影響都不大。混凝土在溫度升高時比熱緩慢增大。在火災高溫下混凝土的比熱可取常值921J/kg。 （4）密度： 在升溫條件下，混凝土由于內部水分的蒸發和發生熱膨脹，密度降低。 在實際計算時，把混凝土的質量密度看作常數。,混凝土的力學性能,（1）抗壓強度,抗壓強度為常壓下的45%,幾乎完全喪失,混凝土的抗壓強度隨溫度升高而變化的規律是： 在溫度為300以下，混凝土的抗壓強度基本上沒有降低，甚至還有些增大；當溫度超過300以上，隨著溫度升高，混凝土抗壓強度逐漸降低，破壞形態也明顯變化。,混凝土抗壓強度下降的原因,混凝土各組成材料的熱膨脹不同。在溫度超過300情況下，水泥石脫水收縮，而骨料受熱膨脹，由于脹縮的不一致性，使混凝土中產生很大的內應力，不但破壞了水泥石與骨料間的粘結，而且會把包裹在骨料周圍的水泥石撐破。 水泥石內部產生一系列物理化學變化。如水泥主要水化產物Ca(OH)2，水化鋁酸鈣等的結晶水排出，使結構變得疏松。 骨料內部的不均勻膨脹和熱分解。如花崗巖和砂巖內石英顆粒膨脹的方向性及晶形轉變（在溫度達到573），石灰巖中CaCO3的熱分解(在825)，導致骨料強度的下降。,影響混凝土抗壓強度的因素,加熱溫度：混凝土加熱溫度越高，抗壓強度下降越大。 混凝土的組成材料：骨料在混凝土中占絕大部分。骨料的種類不同，性質也不同，直接影響混凝土的高溫強度。用膨脹性小、性能較穩定、粒徑較小的骨料配制的混凝土在高溫下抗壓強度保持較好。采用高標號水泥、減少水泥用量、減少含水量也有利于保持混凝土在高溫下的強度。,影響混凝土抗壓強度的因素,消防射水：消防水急驟射到高溫的混凝土結構表面時，會使結構產生嚴重破壞。當混凝土結構表面溫度達到300左右時，其內部深層溫度依然很低，消防水射到混凝土結構表面急劇冷卻會使表面混凝土中產生很大的收縮應力，因而構件表面出現很多由外向內的裂縫。當混凝土溫度超過500以后，從中游離的CaO遇到噴射的水流，發生熟化，體積迅速膨脹，造成混凝土強度急劇降低。,湖南衡陽11.3特大火災坍塌事故,案例：廣東珠海前山紡織城火災,1996年6月16日16時30分許，珠海前山紡織城A幢（6層，高27米，鋼混結構，二級耐火等級，建筑面積1.8萬余平方米，一層為倉庫，其余各層為生產車間），在消防工程施工（安裝自動噴水裝置）中，無證電工使用沖擊電鉆打孔時，因電氣線路短路打出火花引燃棉花導致火災，由于報警遲，火勢迅速蔓延。珠海市消防支隊接警后，迅速調集消防力量前往撲救，廣東省消防總隊接報后又及時調集廣州、中山、佛山三市消防力量增援。次日4時，大火被基本控制，進入滅余火階段。,17日13時許，外方老板急于調集數百名職工進入現場清理物資、翻棉花包；同時，廠方還調來數臺履帶式推土機、挖掘機進入現場搬運棉花包。因該建筑物已經經過近20小時的火焰高溫作用，加之滅火時噴了大量水，使棉花包、棉布包重量成倍增加，而且又進去了幾百名職工翻包，尤其是工程機械的劇烈震動，導致A幢廠房于17日14時10分坍塌，造成93人死亡、156人受傷的嚴重后果,案例：廣東珠海前山紡織城火災,（2）混凝土的抗拉強度,在常溫下，混凝土直接受拉容易斷裂，斷裂前無明顯殘余變形。 在火災高溫條件下，混凝土的抗拉強度隨溫度上升明顯下降，下降幅度比抗壓強度大1015%。當溫度超過600以后，混凝土抗拉強度則基本喪失。混凝土抗拉強度發生下降的原因是在高溫下混凝土中的水泥石產生微裂縫造成的，混凝土局部出現細縫或開裂，導致內部鋼筋直接暴露在火中。,（3）混凝土的粘結強度,鋼筋與混凝土的粘結強度是鋼筋與混凝土在界面的相互作用，通過這種作用來傳遞兩者之間的應力和協調變形。它的大小對構件的裂縫、變形和承載能力有直接的影響。 在火災高溫作用下鋼筋和混凝土之間的粘結強度變化對其承載力影響很大。,混凝土的爆裂,在火災初期，混凝土構件受熱表面層發生的塊狀爆炸性脫落現象，稱為混凝土的爆裂。它決定著鋼筋混凝土結構的耐火性能，尤其是預應力鋼筋混凝土結構。 影響爆裂的因素有：含水率、密實性、骨料的性質、加熱的速度、構件施加預應力的情況以及約束條件等。 急劇加熱；混凝土含水率大；預應力混凝土構件；周邊約束的鋼筋混凝土板；厚度小的構件；梁和柱的棱角處以及工字型梁的腹板部位易發生爆裂。,其他建筑材料的高溫性能,石材抗壓強度隨溫度變化,玻璃的高溫性能,普通平板玻璃：在火災條件下大多在250左右，由于其變形受到門、窗框的限制而自行破裂。 夾絲玻璃：是在玻璃成型過程中，將經過預熱處理的金屬絲網加入已軟化的玻璃中，經壓延軋壓制而成。常用夾絲玻璃的厚度為6mm。金屬絲網在夾絲玻璃中主要起增大強度作用。當夾絲玻璃表面受到外力或高溫作用時，同樣會炸裂，但在金屬絲網的支撐拉結下，裂而不散。 當溫度升高到700800后，夾絲玻璃表面發生熔融，會填實已經出現的裂縫，直至整個玻璃軟化熔融，順著金屬絲網垂落下來，形成孔洞，才失去隔火作用。,復合防火玻璃：將兩片或兩片以上的普通平板玻璃用透明防火粘結劑膠結而成的一種防火玻璃，屬于阻火隔熱型防火玻璃。這種在玻璃正常使用時和普通玻璃一樣具有透光性能和裝飾性能；發生火災后，隨著火勢的蔓延擴大，火災區域的溫度升高，防火夾層不但能將炸裂的玻璃碎片牢固地粘結在其他玻璃上，而且受熱膨脹發泡，厚度增大810倍，形成致密的蜂窩狀防火隔熱層，阻止了火焰和熱量向外穿透，從而起到隔火隔熱作用。復合防火玻璃主要用于防火門、窗和防火隔斷，此外也用于樓梯間、電梯井的某些部位。,二、建筑構建耐火性能 建筑物是由許多構件所組成，按照各種構件功能，可分為承重構件(梁、柱、屋架)、分隔構件(隔墻、門窗、吊頂)和具有承重與分隔雙重作用構件(承重墻、樓板、屋頂)等。 各種構件在火災時受火條件不同，如前墻壁、門窗、隔板為一面受火；屋頂、樓板、吊頂為下方受火，但構件按國際標準試驗時則采用相同條件。 構件耐火性質的優劣直接影響建筑物的結構強度，因此，必須從防火角度研究構件在火災高溫條件下的燃燒性能與耐火極限。,二、建筑構建耐火性能 （一）按建筑構件燃燒性能分類 1）不燃燒體。由不燃燒性材料制成的建筑構件，在空氣中火燒或高溫作用時不起火、不微燃、不碳化(火燒時間不少于1. 5h),如磚墻、磚柱、鋼筋混凝土梁(板、柱)、鋼梁。 2）難燃燒體。由難燃材料制成，或用可燃性材料作基層，用不燃性材料作保護層的構件，在空氣中受到火燒或高溫作用時(不少于0.75h)，難起火、難微燃、難炭化；當火源移走時，燃燒或微燃立即停止，如瀝青混凝土等。 3）燃燒體。用普通可燃或易燃材料制成的建筑構件，在明火或高溫作用下能立即著火燃燒。火源移走后，仍能繼續燃燒或微燃，如木構件等。,二、建筑構建耐火性能 （二）建筑構件耐火極限 建筑構件耐火極限是表示構件在火災過程中能夠繼續起到隔離層或結構組件作用的能力。建筑構件耐火極限是依構件開始失去穩定性、完整性和隔熱性三方面加以評定。 正式測試建筑構件的耐火極限，是將構件置于標準火災環境條件下，按照國際標準火災加溫曲線(如圖3-5所示)的規律，使用全尺寸構件試樣(如果可能應加上載荷)進行試驗。 國際標準化組織(CIB)規定的標準火災曲線溫升速率表達式為 式中：T0和T分別是在試驗開始時刻和燃燒t時刻的溫度，t為試驗時間(min) 。,二、建筑構建耐火性能 建筑構件耐火極限評定: (1)失去穩定性。指構件在試驗中失去支持能力或抗變形能力，該性質用于評價承重構件，如墻、梁、柱在試驗中發生坍塌，表明失去承載能力。梁和樓板最大撓度超過L/20，表明失去抗變形能力。 (2)失去完整性。指構件出現穿透性裂縫或空隙，不再具有阻止火焰和高溫煙氣穿透的能力，構件背火面的可燃物能夠被引燃，該性質用于評定分隔構件。 (3)失去隔熱性。指構件失去隔離過量熱傳導能力，它取決于構件的導熱性和厚度，如防火墻的背面溫度超過初始溫度1800C時即失去隔熱作用，該性質用以評定分隔構件。,二、建筑構建耐火性能 影響建筑構件耐火性能的因素很多，如材料性質、構件尺寸、保護層厚度、構件結構形式與所處力學條件等。在建筑設計已選擇標準構件條件下，為進一步改善耐火性能，尚可采取以下措施：鋼筋混凝土外加保護層，鋼構件表面外加耐火保護層；設置耐火吊頂；適當加大構件截面；加強有關縫隙堵塞等。,三、建筑物耐火等級選擇 耐火等級的概念 是衡量建筑物耐火程度的分級標準。規定建筑物的耐火等級是建筑設計防火技術措施中最基本的措施之一。 由建筑構件的燃燒性能和耐火極限中最低者決定。 劃分建筑物耐火等級的意義 對于不同類型、性質的建筑物提出不同的耐火等級要求，可做到有利于消防安全。 有利于節約基本建設投資。,三、建筑物耐火等級選擇 建筑物耐火等級選擇是建筑防火設計的關鍵環節，是防火技術措施中最基本措施之一，必須根據使用功能、重要程度和火災危險性等級和高低層數不同，按我國建筑設計防火規范進行合理選擇，以防止建筑物在火災發生時和發生后倒塌，從而保障人員安全和減少財產損失。 按照我國建筑設計防火規范，建筑物耐火等級分為四級，這是衡量建筑物耐火程度的分級標度。表3-3是建筑物耐火等級與構件的燃燒性能、耐火極限間關系。,建筑設計防火規范規定的建筑物的耐火等級,三、建筑物耐火等級選擇 建筑耐火等級以樓板為基準劃分，例如，鋼筋混凝土樓板的耐火極限規定一級耐火要求定為1.5h，二級為1.0h，三級為0.5h，四級為0. 25h，對于其他構件則視其在建筑中的重要性規定適當的耐火極限。 我國建筑防火設計采用耐火等級設計方法，按照建筑防火設計，我國建筑可分為四類。即：多層建筑耐火設計；高層建筑耐火設計；高層工業建筑耐火設計。鋼結構建筑耐火設計。下面以高層民用建筑耐火設計為例，簡要介紹耐火等級選擇程序。,三、建筑物耐火等級選擇 例，高層民用建筑耐火等級選擇： (1)根據高層民用建筑設計防火規范規定，高層民用建筑指10層以上居住建筑及建筑高度超過24m的公共建筑。 (2)高層建筑火災特點：火勢蔓延途徑多、危害大;疏散困難；消防設施欠完善，撲救困難。功能復雜，起火因素多。 (3)耐火等級選定。高層民用建筑耐火等級根據使用性質、火災危險程度和疏散撲救難度劃分，可據如表3-4所示的高層民用建筑分類進行選擇。,三、建筑物耐火等級選擇 說明： 一類高層建筑其耐火等級為一級； 二類高層建筑其耐火等級不低于二級，裙房耐火等級不低于二級； 地下室耐火等級為一級； 建筑物所有構件均應滿足耐火等級對構件耐火極限和燃燒性能的要求，如表3-5所示為高層建筑構件的燃燒性能與耐火極限。,各類建筑物由于使用性質、重要程度、規模大小、層數高低和火災危險性大小存在差異，所要求的耐火等級應有所不同。,補充：建筑物耐火等級的劃分,建筑物耐火等級的劃分,構件耐火極限的選定 構件燃燒性能特點 耐火等級劃分特殊情況,建筑物耐火等級的分級標準：,高層民用建筑物耐火等級的分級標準：,高層民用建筑的劃分標準 高層民用建筑耐火等級的分級標準,建筑物耐火等級的分級標準,建筑物耐火等級的劃分,建筑物耐火等級是由組成建筑物的墻、柱、梁、樓板、屋頂承重構件和吊頂等主要建筑構件的燃燒性能和耐火極限決定的。 按照我國建筑設計、施工及建筑結構的實際情況，并考慮到今后建筑的發展趨勢，將建筑物的耐火等級劃分為四個級別（見表3-3）。建筑物所要求的耐火等級確定之后，其各種建筑構件的燃燒性能和耐火極限均不應低于表中相應耐火等級的規定。,構件耐火極限的選定,是建筑的樓板為基準； 凡比樓板重要的構件其耐火極限相應提高。在建筑結構中所占的地位比樓板重要者，如梁、柱、承重墻等，其耐火極限高于樓板；比樓板次要者，如隔墻、吊頂等，其耐火極限低于樓板。,樓板耐火極限值的選定，是以我國火災發生的實際情況和建筑構件構造特點為依據的。據火災統計表明，我國95%的火災的延續時間均在2h以內，在1h內撲滅的火災約占80%，在1.5h以內撲滅的火災約占90%。此外，建筑物中大量使用的普通鋼筋混凝土空心樓板，保護層厚多為10mm，其耐火極限約為1.0h ；現澆鋼筋混凝土整體式樓板的耐火極限大都在1.5h以上。因此，將二級耐火等級建筑物的樓板的耐火極限選定為1.0h；一級耐火等級的選定為1.5h。,建筑設計防火規范規定的建筑物的耐火等級,構件燃燒性能特點,對各耐火等級建筑物建筑構件的燃燒性能也有相應的要求，概括地說： 一級耐火等級建筑物的主要建筑構件，全部為非燃燒體； 二級耐火等級建筑物的主要建筑構件，除吊頂為難燃燒體外，其余為非燃燒體； 三級耐火等級建筑物的屋頂承重構件為燃燒體； 四級耐火等級建筑物除防火墻為非燃燒體外； 其余構件為難燃燒體和燃燒體。,根據各級耐火等級中建筑構件的燃燒性能和耐火極限特點，可大致判定不同結構類型建筑物的耐火等級。 一般來說，鋼筋混凝土結構，鋼筋混凝土磚石結構建筑可基本定為一、二級耐火等級； 磚木結構建筑可基本定為三級耐火等級； 以木柱、木屋架承重又以磚石等非燃燒或難燃燒材料為墻的建筑可定為四級耐火等級。,高層民用建筑耐火等級的分級標準,高層民用建筑的劃分標準 高層民用建筑耐火等級的分級標準,高層民用建筑的劃分標準,我國高層民用建筑設計防火規范規定，高層民用建筑系指：十層及十層以上的住宅建筑（包括底層設置商業服務網點的住宅）；建筑高度超過24m，且層數為二層及二層以上的其他民用建筑。 建筑高度為建筑物室外地面到其檐口或女兒墻的高度。屋頂上的瞭望塔、水箱間、電梯機房、排煙機房和樓梯出口小間等不計入建筑高度和層數內；住宅建筑的地下室、半地下室的頂板面高出室外地面不超過1.5m時，不計入層數內。,如今女兒墻已成為建筑的專用術語，伴隨著社會的發展和進步，女兒墻的浪漫和詩情畫意也不再是人們津津樂道的內容了，只是國家建筑規范中的90厘米高的磚混結構式的一堵矮墻而已。它回歸了建筑的本原，在建筑物上起著它應起的作用。一般在一些單元樓的屋頂上，成為建筑施工工序中一種必不可少的并且具有封閉性的一部分。,高層民用建筑起始高度劃分的依據,登高消防車的撲救高度。我國目前不少城市尚無登高消防車，部分城市配備了登高消防車，其最大工作高度多為24m左右，24m以下的建筑發生火災時可利用其進行撲救，再高一些的建筑就不能滿足撲救需要了。 消防車的供水能力。目前我國城市消防隊大多配備的消防車，在最不利情況下直接吸水撲救火災的最大高度約為24m左右。,高層民用建筑起始高度劃分的依據,還考慮它有較好的防火分隔，火災時蔓延擴大受到一定限制，危險性較小，故作了區別對待。為了適應部分住宅建筑的底層設置商店、修理部、郵電所、儲蓄所等商業服務網點的實際需要，又不提高這類住宅的防火標準，規定底層設有上述服務網點的住宅建筑，仍劃分在住宅建筑內。 參考了國外對高層建筑起始高度的劃分。,國 外 起 始 高 度 德 國 22米（至底層室內地板面） 法 國 住宅：50米，其他建筑：28米 日 本 31米（11層） 比 利 時 25米（至室外地面） 英 國 24.3米 前 蘇 聯 住宅：10層及以上，其他：7層 美 國 2225米或7層以上,高層民用建筑起始高度劃分的依據,高層民用建筑設計防火規范規定的耐火等級,高層民用建筑耐火等級分級注意事項,預制鋼筋混凝土構件的節點縫隙或金屬承重構件節點的外露部位，必須加設防火保護層，其耐火極限不應低于規范中相應建筑構件的耐火極限。 二級耐火等級的高層建筑中，面積不超過100m2的房間隔墻，如執行規范有困難時，可采用耐火極限不低于0.5h的難燃燒體或耐火極限不低于0.3h的不燃燒體。 二級耐火等級高層建筑的裙房，當屋頂不上人時，屋頂的承重構件可采用耐火極限不低于0.5h的不燃燒體。 高層建筑內存放圖書、資料、紡織品等可燃物的平均重量超過200kg/m2的房間，當不設自動滅火系統時，其柱、梁、樓板和墻的耐火極限應相應提高0.5h。,建筑物耐火等級的選定,影響耐火等級選定的因素 一般民用建筑耐火等級的選定 高層民用建筑耐火等級的選定,選定建筑物的耐火等級應考慮的 主要因素 建筑的重要性：性質重要，功能、設備復雜，規模大、建筑標準高的建筑、人員集中、物資集中的建筑耐火等級高，一般的建筑耐火等級可以適當低一些。 建筑物的高度：建筑越高，耐火等級要求越高，一類高層建筑不低于一級，二類高層不低于二級。 火災危險性（火災負荷）：火災危險性越大的耐火等級應越高。,一般民用建筑耐火等級的選定,指非高層民用建筑，即住宅建筑為9層及9層以下；其他民用建筑為24m以下者。 重要的公共建筑應采用一、二級耐火等級的建筑。 重要的公共建筑系指性質重要，建筑標準高，人員密集，發生火災后經濟損失大、政治影響大、人員傷亡大的公共建筑。如省、市級以上的機關辦公樓、價值在300萬元以上的電子計算機中心、藏書100萬冊以上的藏書樓、省級通訊中心、中央級和省級廣播電視建筑、省級郵政樓、大型醫院以及大、中型體育館、影劇院、百貨樓、展覽樓、綜合樓等。 商店、學校、食堂、菜市場如采用一、二級耐火等級的建筑有困難時，可采用三級耐火等級的建筑。 其他民用建筑（如居住建筑）在層數較少時，可以采用三級或四級耐火等級的建筑。,高層民用建筑耐火等級的選定,高層民用建筑分類,對高層民用建筑進行分類，是為了便于針對不同的類別的建筑物在耐火等級、防火間距、防火分區、安全疏散、消防給水、防排煙等方面分別提出不同的要求，以達到既保障各類高層建筑的消防安全，又節約投資的目的。,高層民用建筑耐火等級選定,一類高層建筑的耐火等級應為一級。二類高層建筑的耐火等級不應低于二級。 裙房的耐火等級不應低于二級，高層建筑地下室耐火等級應為一級。,第四節 防火分區,防火分區的概念 劃分防火分區的作用 防火分區的劃分原則 水平防火分區 豎向防火分區,主要內容,一、防火分區的概念,建筑防火分區是指采用具有一定耐火能力的分隔設施(如樓板、墻體)，在一定時間內將火災控制在一定范圍內的單元空間。合理地將建筑劃分為若干防火分區的目的，是為了有效控制火災發生的范圍，利于人員安全疏散和減少經濟損失，以及為撲救火災提供條件。 防火分區要根據建筑物的特點，采用相應耐火性能的建筑構件或防火分隔物。,二、防火分區的劃分原則,劃分防火分區的原則 滿足使用功能需要，不人為割裂人員流動和物流； 能有效地限制火勢蔓延，減少火災損失； 考慮平時的使用管理方便，盡量節約投資。 （1）作避難通道使用的樓梯間、前室和某些有避難功能的走廊，必須受到安全保護，保證其不受火災的侵害，并時刻保持暢通無阻。 （2）在同一個建筑物內，各危險區域之間、不同用戶之間、辦公用房和生產車間之間，應該進行防火分隔處理。 （3）高層建筑中的各種豎向井道，如電纜井、管道井、垃圾井等，其本身應是獨立的防火單元，保證井道外部火災不得傳入井道內部，井道內部火災也不得傳到井道外部。,（4）有特殊防火要求的建筑，如醫院等在防火分區之內尚應設置更小的防火區域。 （5）高層建筑在垂直方向應以每個樓層為單元劃分防火分區。 （6）所有建筑的地下室，在垂直方向應以每個樓層為單元劃分防火分區。 （7）為撲救火災而設置的消防通道，其本身應受到良好的防火保護。 （8）設有自動噴水滅火設備的防火分區，其允許面積可以適當擴大。,二、防火分區的劃分原則,建筑中防火分區大小的劃分，首先應根據建筑物的使用性質，充分考慮消防效果，并顧及有利于建筑使用功能的發揮、建筑美觀和對經濟的影響等。從控制火災、提高消防效果著眼，防火分區面積宜適當小些，防火設計規范對不同使用性質的建筑物的獨立分區大小做了規定，防火分區還應考慮以下情況:,三、防火分區的分類,火災危險性大、燃燒時間長的，應與其他部分分隔開，如廚房與餐廳分開； 統一建筑使用功能不同部分應進行防火分隔，如樓梯間、走、避難通道，應保持不受火災侵害與通暢； 特殊用房，可在正常防火分區內設置更小防火單元，如重點護理病房、貴重設備儲存間、使用不同滅火方式房間等; 高層建筑一般以每個樓層為單元劃分防火分區。,三、防火分區的分類,四、防火分區的分類,防火分區按功能可以分為水平防火分區和豎向防火分區兩類。 水平防火分區是利用防火墻、防火門、防火卷簾、防火垂壁、防火水幕等設施，將樓層劃分為幾個防火分區，以防止火災向水平方向擴大蔓延。用以防止火災在水平方向擴大蔓延。 豎向防火分區是采用具有一定耐火極限的樓板、窗間墻（上下樓層間距離不小于1. 2m）將上下層分開，以防止層間發生豎向火災蔓延用以防止火災在建筑層間蔓延。,防火分區1,防火分區2,水平防火分區,劃分防火分區的面積（或相應長度）的規定，主要根據來自兩個方面，即消防隊控制火災的能力及使用建筑物的人員疏散要求。,水平防火分區面積,對防火分區的最大面積嚴加控制，主要是為了在允許的時間內把火撲滅（一般不超過20分鐘），確保建筑物及人員疏散安全。,規范中對水平防火分區的相關規定,耐火等級 一、二級 三級 四級 最多允許層數 不限 5層 2層 最大允許長度(m) 150 100 60 每層最大允許面積(m2) 2500 1200 600,民用建筑,建筑類別 每層每個防火分區面積(m2) 一類建筑 1000 二類建筑 1500 地下室 500,高層民用建筑,規范中對水平防火分區的相關規定,劃分水平防火分區需要注意的問題,（1）建筑物內如設有上、下層相互連通的敞開樓梯、自動扶梯、傳送帶、跨層窗等開口部位時，應按上下連通層作為一個防火分區對待。 （2）建筑中如設有中庭時，其防火分區應按上下層相連通的面積疊加，當面積超過一個防火分區面積時，應滿足規范的要求。,中庭,建筑物中的中庭這個概念由來以久。希臘人早在建筑物中利用露天庭院（天井）這個概念，后來羅馬人加以改進，在天井上蓋屋頂，便形成了受到屋頂限制的大空間中庭。今天的“中庭”還沒有確切的定義，也有稱“四季庭”或“共享空間”的。,進入本世紀九十年代以來，我國各地有不少高層建筑仿效中庭的設計 一般建筑物防火處理的方法是設置防火分區，或是設法把局部發生的火災限制在其發生的范圍內、即設置的防火隔斷。但是在中庭防火設計的難點是其防火分區被上下貫通的大空間所破壞，火勢極易蔓延；,中庭防火問題,規范對中庭防火設計的規定,1房間與中庭回廊相通的門窗應設自行關閉的乙級防火門窗； 2與中庭相連的過廳、通道等相通處應設乙級防火門或復合防火卷簾。主要起防火、防煙分隔作用，不論是中庭或是過廳等部門起火都能起到阻火、阻煙作用； 3中庭每層回廊應設置自動噴水滅火系統，噴頭間距不應小于2.0m但不應大于2.8m； 4中庭每層回廊應設火災自動報警系統； 5按規定設置排煙設施。,（3）因地制宜劃分防火分區。劃分水平防火分區時還必須結合建筑物的平面形狀、使用功能及人、貨流情況妥善確定防火分隔物的具體位置。,劃分水平防火分區需要注意的問題,注意問題,豎向井道,外墻窗口,電梯井,電纜井,垃圾井,豎向防火分區,在建筑物的垂直方向，用耐火性能比較好的樓板及墻壁（含上下連通的豎向井道的井壁及外墻壁）等防火分隔物劃分出的防火空間。,電梯井和管道井,電梯井應獨立設置，井內嚴禁敷設可燃氣體和甲、乙、丙類液體管道，并不應敷設與電梯無關的電纜、電線等。電梯井井壁除開設電梯門洞和通氣孔洞外，不應開設其它洞口。電梯門不應采用柵欄門。 電纜井、管道井、排煙道、排氣道、垃圾道等豎