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消防安全技术实务（2020年版）

式中S——疏散时间的行走速度（m/s）； D—人员密度（人/m²);

k一水平疏散取1.4； a—取0.266。 3.出口处人流的比流量 建筑物的出口在人员疏散中占有至关重要的地位，对出口宽度的合理设计能避免 疏散时发生堵塞，有利于疏散顺利进行。我国目前的建筑规范中主要是通过控制建筑物 的出口、楼梯、门等宽度来进行疏散设计，同时，性能化防火设计中对建筑物安全性的 评估同样也需要考虑出口宽度的问题，以衡量火灾时能否保证人员通过这些出口顺利逃 生。无论是规范的规定还是性能化防火设计的方式，一般都根据总人数按单位宽度的人 流通行能力及建筑物容许的疏散时间来控制建筑物的出口总宽度。因此，人员疏散参数 确定时必须考虑出口处人流的比流量。

在楼梯中的行走速度（引自美国《SFPE防火

比流量是指建筑物出口在单位时间内通过单位宽度的人流数量「单位：人/ （m·s）】TSG 81—2022（场(厂)内专用机动车辆安全技术规程》.pdf，比流量反映了单位宽度的通行能力。根据对多种建筑的观测结果比流量

比流量是指建筑物出口在单位时间内通过单位宽度的人流数量【单位：人 （ms）]，比流量反映了单位宽度的通行能力。根据对多种建筑的观测结果比流量

①美国消防工程师协会

疏散走道或出口的净宽应按下列要求计算： （1）对于走廊或过道，净宽为从一侧墙到另一侧墙之间的距离。 （2）对于楼梯间，净宽为踏步两扶手间的宽度。 （3）对于门扇，净宽为门在其开启状态时的实际走道宽度。 （4）对于布置固定座位的通道，净宽为沿走道布置的座位之间的距离 间最狭窄处的距离

第五篇消防安全评估 第四章建筑性能化防火设计和评估837

第五篇消防安全评估 建筑性能化防火设计和评估

第五赢 消防安全评估 第四意建筑性能化防火设计和评估

STEPS与SIMULEX两种软件特点对比

五、人员疏散安全性评估

此外，火灾发生过程中还可能出现很多特殊的情况，例如疏散过程中建筑结构 的稳定性、人员被困等多种情况。因此，在人员安全疏散的判定标准中还可以根据 具体情况，考虑特殊性制定具体的判定标准。 例如，当结构存在塌的危险时，要保证人员的安全，需要同时满足下面的条 件，即：

tRSET

式中1一一结构的耐火极限； T一在火灾条件下结构的失效时间。 又如：当人员无法疏散、需要滞留在建筑内等待救援时，需要同时满足下面的 条件：

式中Tonlrol——消防救援队有效控火时间； k安全系数。

kTeonlrol < min (Tr, T,)

第五节建筑结构耐火性能分析

第五节建筑结构耐火性能分

构耐火性能的主要因素、火灾下建筑结构及构件极限状态的定义、建筑结构耐火时 间计算模型的选取方法及计算步骤、钢结构和混凝土结构的耐火时间计算方法、整 体结构耐火时间计算的方法和步骤等。

一、影响建筑结构耐火性能的因素

充分发挥了钢和混凝土两种材料的优点，具有承载能力高、延性好等优点。钢管 混凝土结构中，由于混凝土的存在可降低钢管的温度，因此钢管的温度比没有混

环，这时的耐火时间为耐火极限。荷载比越大，构件的耐火极限越小，荷载比是 响结构及构件耐火性能的主要因素之一。 （三）火灾规模 火灾规模包括火灾温度和火灾持续时间。火灾产生的高温是构件升温的主要原 因，它通过对流和辐射两种传热方式将热量从建筑内的空气向构件传递。作为构件 升温的驱动者，火灾规模对构件温度场有明显的影响。当火灾高温持续时间较长 时，构件的升温也较高。 （四）结构及构件温度场 温度越高，材料性能劣化越严重，结构及构件的温度场是影响其耐火性能的主 要因素之一。材料的热工性能直接影响构件的升温快慢，从而决定了火灾下结构及 构件的温度场分布。

二、结构耐火性能分析的目的及判定标准

结构耐火性能分析的目的就是验算结构和构件的耐火性能是否满足现行规范要 求。结构的耐火性能分析一般有两种方法：第一种方法是验算结构和构件的耐火极 限是否满足规范的要求；第二种方法是验算在规范规定的耐火极限时的火灾温度场 作用下，结构和构件的承载能力是否大于荷载效应组合。这两种方法是等效的。 （一）耐火极限要求 构件的耐火极限要求应符合《建筑设计防火规范》（GB50016一2014，2018年 版）及其他相关国家标准的规定。 （二）构件抗火极限状态设计要求 火灾发生的概率很小，是一种偶然荷载工况。因此，火灾下结构的验算标准可 放宽。火灾下只进行整体结构或构件的承载能力极限状态的验算，不需要正常使用 极限状态的验算。构件的承载能力极限状态包括以下几种情况

（1）轴心受力构件截面屈服。 （2）受弯构件产生足够的塑性铰而成为可变机构。 （3）构件整体丧失稳定。 （4）构件达到不适于继续承载的变形。 对于一般的建筑结构，可只验算构件的承载能力，对于重要的建筑结构，还要 进行整体结构的承载能力验算

抗火验算时建筑结构耐火性能计算（一般也可称为抗火验算）一般有二种 方法：第一种方法是采取整体结构的计算模型；第二种方法是采取子结构的计 算模型；第三种方法是采取单一构件计算模型。《建筑钢结构防火技术规范》 GB51249一2017）中要求，所有钢结构均需要进行构件的抗火验算，预应力钢结 构和跨度不小于120m的大跨钢结构还应补充进行整体结构的耐火验算，跨度不小 于60m的大跨钢结构还应补充进行整体结构的耐火验算，通过抗火验算确定防火 保护层厚度。 在实际建筑结构中，构件总是和其他构件相互作用的，独立构件是不存在的 因此，研究构件的耐火性能还需要考虑构件的边界条件。欧洲规范规定，进行构件 耐火性能分析时，构件的边界条件可取受火前的边界条件，并在受火过程中保持不 变。 整体结构耐火性能评估模型是一种高度非线性分析，计算难度较高，需要由专业机 构和人员完成

四、建筑结构耐火性能分析的内容和步骤

火灾进行数值模拟。 确定火灾模型之后，即可对建筑结构及构件进行传热分析，确定在火灾作用下 建筑结构及构件的温度。进行传热分析，需要已知建筑材料的热工性能。国内外对 钢材、钢筋和混凝土材料的高温热工性能、力学性能进行了大量的研究。在进行构 牛温度场分布的分析时，涉及的材料热工性能有三项，即导热系数、质量热容和密 度，其他的参数可以由这三项推导出。

高温下钢材的热工参数

高温下普通混凝土的有关热工参数可按下述规定取值。 导热系数可按下式取值，即，

Jer= Nerf. E.r= 1.5 f.g /8.0

2.钢材 在高温下，普通钢材的弹性模量应按下式计算，即：

fyr=nstf f=Yrf

式中T一钢材的温度（℃）； fr一一高温下钢材的届服强度（N/mm²）； f一一常温下钢材的屈服强度（N/mm²）； 一常温下钢材的强度设计值（N/mm²），应按《钢结构设计标准》 （GB50017—2017）取值; VR钢材的分项系数，取R=1.1; sT—一高温下钢材的屈服强度折减系数。 （三）火灾极限状态下荷载效应组合 火灾作用工况是一种偶然荷载工况，可按偶然设计状况的作用效应组合，根据 《建筑钢结构防火技术规范》（GB51249一2017），采用下列较不利的设计表达式即，

Sm=or（cSck+ySTk+ΦSQk） =or（cSck+STk+0ΦSox+wS

2017），钢构件抗火设计应满足下列要求之 （1）在规定的结构耐火极限时间内，结构或构件的承载力R不应小于各种作 用所产生的组合效应S.，即：

构件的耐火极限t.，即：

（3）结构或构件的临界温度T不应低于在耐火极限时间内结构或构件的最高 温度T即

（3）结构或构件的临界温度T不应低于 温度 T即:

对钢结构来说，上述三条标准是等效的。由于钢构件温度分布较为均习，因此， 钢结构构件验算时采用上述第（3）条的最高温度标准，混凝土构件可采用前面两条 标准。需要注意的是，这里说的钢结构临界温度与结构上荷载大小和破坏模式都有 关不是我们日常说的钢材临界温度。

（1）采用承载力法进行单层和多、高层建筑钢结构名 步骤如下： 1）设定防火保护层厚度。 2）计算构件在要求的耐火极限下的内部温度。 3）计算结构构件在外荷载作用下的内力。 4）进行荷载效应组合。 5）根据构件和受载的类型，进行构件抗火承载力极限状态验算。 6）当设定的防火保护层厚度不合适时（过小或过大），可调整防火保护层厚 度，重复上述1）~5）步骤。 （2）采用承载力法进行单层和多高层混凝土结构各构件抗火验算时，其验算步 如下： 1）计算构件在要求的耐火极限下的内部温度。 2）计算结构构件在外荷载作用下的内力。 3）进行荷载效应组合。 4）根据构件和受载的类型，进行构件抗火承载力极限状态验算。 5）当设定的截面大小及保护层厚度不合适（过小或过大）时，可调整截面大 小及保护层厚度，重复上述1）～4）步骤。

4.钢结构构件抗火验算

这里只介绍《建筑钢结构防火技术规范》（GB51249一2017）规定的高温下承 载能力验算的方法，火灾下钢构件的验算及临界温度计算方法可参考该规范。 （1）高温下，轴心受拉钢构件或轴心受压钢构件的强度应按下式验算即

式中N 一火灾下构件的轴向拉力或轴向压力设计值； A—构件的净截面面积； n——高温下钢材的强度折减系数； F一常温下钢材的强度设计值。 （2）高温下，轴心受压钢构件的稳定性应按下式验算，即

式中M一一火灾时最不利截面处的弯矩设计值。 W一一最不利截面的净截面系数。 一 截面塑性发展系数，对于工字型截面，=1.05，V=1.2；对于箱形截面， %=1.05；对于圆钢管截面，=%=1.15。 （4）高温下，单轴受弯钢构件的稳定性应按下式验算，即：

OrWEn apPb 0bPb≤0.6 1.07 0.282 ≤1 Pb>0.6 anh

第五篇 消防安全评估 性能化防火设计和评估

W一一按受压纤维确定的构件毛截面系数； ?6T高温下受弯钢构件的稳定系数； ——常温下受弯钢构件的稳定系数（基于弹性阶段）海绵城市建设技术指南，按《钢结构设计标准》 （GB50017一2017）有关规定计算，但当所计算的%>0.6时，%不做 修正； αb——高温下受弯钢构件的稳定验算参数。 （5）高温下，拉弯或压弯钢构件的强度应按下式验算，即：

式中N一一火灾时构件的轴力设计值。 M、M,一—火灾时最不利截面处的弯矩设计值，分别对应于强轴x轴和弱轴 少轴。 A一构件的净截面面积。 Wx、Wn—对强轴x轴和弱轴y轴的净截面系数。 x、——绕强轴弯曲和绕弱轴弯曲的截面塑性发展系数，对于工字形截面 =1.05，=1.2；对于箱形截面，=V,=1.05；对于圆钢管截面 7x=y,=1.15。 （6）高温下，压弯钢构件的稳定性应按下式验算。 线强轴轴恋曲肌

VExT=元E/A/（1.12%）

2）绕弱轴y轴弯曲，即

式中N火灾时构件的轴向压力设计值。 M、M一一火灾时所计算构件段范围内对强轴和弱轴的最大弯矩设计值。 A一一构件的毛截面面积。 W、W,对强轴和弱轴的毛截面系数。 NexT、NEyr———高温下绕强轴弯曲和绕弱轴弯曲的参数。 2、入一一对强轴和弱轴的长细比。

第五篇消防安全评估第四章建筑性能化防火设计和评估8536）确定建筑结构整体的火灾安全性。7）按照要求进行构件的验算。（3）钢结构及钢筋混凝土结构整体结构抗火验算的具体步骤。对单层和多、高层建筑钢结构整体抗火验算时，其验算步骤如下：1）设定结构所有构件一定的防火保护层厚度。2）确定一定的火灾场景。3）进行火灾温度场分析及结构构件内部温度分析。4）荷载作用下，分析结构整体和构件是否满足结构耐火极限状态的要求。5）当设定的结构防火保护层厚度不合适（过小或过大）时，调整防火保护层厚度，重复上述1）～4）步骤。（4）对单层和多高层钢筋混凝土结构整体抗火验算时，可采用以下步骤：1）确定一定的火灾场景。2）进行火灾温度场分析及结构构件内部温度分析。3）荷载作用下，分析结构整体和构件是否满足结构耐火极限状态的要求。4）当整体结构和构件承载力不满足要求时，调整截面大小及其配筋，重复上述1）～3）步骤。思考题1.建筑性能化防火设计的主要内容有哪些？2.什么是火灾场景？应如何设定？3.烟气流动的驱动作用包括哪几种？4.烟气流动几种计算模型的选用原则是什么？5.影响人员安全疏散的因素可以分为哪几类？6.从火灾发生到人员疏散到安全区域的所需疏散时间tRSEr计算中包含哪几部分？7.常用的建筑结构有哪几种？它们的耐火能力怎样？8.影响构件耐火能力的主要因素有哪些？9.火灾下构件有哪几种极限状态？10.火灾下的荷载效应怎样进行组合？11.建筑结构抗火验算的计算模型有哪些？12.整体结构抗火计算的一般步骤有哪些？13.钢结构整体抗火计算的步骤有哪些？

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