某商业楼与住宅之间防火间距的安全性分析

　　摘要:本文从某商业楼与民房住宅之间的防火间距不满足规范规定的现状出发，运用先进的计算机数值模拟，采用性能化的分析方法，对商业楼与住宅之间的火灾最不利情况进行安全性分析，进而解决了防火间距的设计不能满足规范规定的问题，体现了性能化设计分析方法的灵活性。
　　关键词:防火间距 安全性分析 计算机模拟
　　中图分类号:TU89 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)10(C)-0000-00
　　
　　本文根据某商业楼的建筑平面及相关说明，结合某商业楼与民房住宅的具体平面结构及相关消防问题而展开消防安全分析。通过对该商业楼与住宅之间的防火间距的概况及防火间距的设计问题进行计算机数值模拟，从而对该防火间距的安全性作进一步的性能化分析，最终得出合理性的结论及建议。
　　
　　1 建筑概况
　　该商业楼为框架结构，耐火等级为一级。总建筑高度38 m，建筑面积34187㎡，其中地下一层为设备用房和商场，地上一至八层均为商场，按照GB50045-95《高层民用建筑设计防火规范》（2005年版）的规定，该建筑属于一类高层民用建筑。
　　 该商业楼东侧为耐火等级为三级的单层民房住宅，砖木结构平房。
　　
　　2 该商业楼与民房住宅的防火间距的概况
　　该商业楼与东侧民房住宅的防火间距仅为7 m。而该单层民房住宅耐火等级为三级，按照《高层民用建筑设计防火规范》（以下简称《高规》）第4.2.1的规定可以得知：该商业楼与民房住宅之间的防火间距应为11米。而《高规》中对高层建筑与单层、多层民用建筑之间的防火间距可以适当减少或可不限的规定是针对民用建筑的耐火等级不低于二级的情况，这样，该防火间距的设计就违反了《高规》中第4.2.1~4.2.4中对防火间距的规定。
　　
　　3 防火间距的安全性论证分析
　　如果严格执行《高规》4.2.1的规定，将民房住宅与该商业楼建筑之间的间距扩大到11m，就必须对民房住宅进行拆迁，但该民房区体量太大，拆迁成本太大，同时势必造成较坏的影响。而《高规》对防火间距的规定主要是从“热辐射”的角度考虑的，因此，我们可以采取性能化设计的方法对该防火间距的安全性进行论证分析，把商业楼和住宅之间的防火间距区域作为安全隔离通道，设置防火隔离带，这样火灾时既有利于阻挡通道一侧的烟火流窜至另一侧，也利于人员的安全疏散和扑救工作，同时也达到了安全、经济的目的。
　　
　　4 安全通道隔离的安全性分析
　　4.1 计算说明
　　因为商业楼中商品繁多，火灾荷载大，民房住宅的火灾荷载较小，又为单层建筑。为了考察安全隔离通道是否满足消防安全要求，有必要计算商业楼着火后，是否会对相邻的民房住宅的安全构成威胁，即商业楼着火后，通过火焰辐射是否会引燃相邻的民房住宅内的可燃物。按照火灾最不利情形来分析该防火间距的安全性，即假设商业楼的第一层商场发生火灾时的情形。计算时我们考虑商场起火最不利情况进行模拟计算。据此分析安全通道另一侧的单层住宅上某一距火源最近点p的辐射热通量的大小及以P点为中心各平面的辐射热通量的分布情况。
　　计算时考虑商场起火情况：
　　商场起火：简化处理辐射面为平面，此时辐射源仅有一个平面（这里为x-source），将起火货柜的长度作为辐射面的长，火焰的高度作为辐射面的高，据此分析安全通道另一侧建筑物上某一点P（距火源最近点）的辐射热通量的大小。
　　
　　4.2 采用的判据说明
　　本计算分析采用的辐射热通量判据来自国际通用的NFPA实验数据（该数据被引用在FIRECALC软件中）：
　　对易燃物（如新闻用纸），其辐射热通量不得超过10kW/m2；
　　对一般材料（如装潢家具），其辐射热通量不得超过20kW/m2；
　　对难燃材料（如厚度超过25mm的木料），其辐射热通量不得超过40kW/m2；
　　考虑到商场起火后，受到热辐射的对象为普通民宅，为三级耐火等级的建筑，可燃物构成符合第二条，本计算将安全辐射热通量的判据取为不超过20kW/m2。
　　4.3 计算模型介绍
　　计算采用FIRECALC软件（版本号为2.3）中的Radiation程序进行辐射热通量的计算。FIRECALC是由CSIRO（澳大利亚联邦科学与工业研究组织）下设的建筑结构工业部门开发的软件包，该软件集成了多个火灾工程计算程序，FIRECALC的详细情况可参考CSIRO的有关文献。
　　4.4 火源的确定
　　根据日本对火灾荷载密度的调查结果，商场的火灾荷载取为480MJ/m2，保守考虑该商场中的柜台起火处相邻的多个柜台起火（长约15m，宽约6m，高约1.2m），起火面积约为90m2。参照上海市地方标准，设有喷淋的商场其最大热释放速率取5MW。
　　4.5 火焰高度预测
　　
　　4.6 计算分析
　　本文计算了辐射面（x-source）对安全隔离通道另一侧距离最近点P的最大辐射热通量及以P点为中心各平面的辐射热通量分布情况，辐射面长度按起火区域的长度选取，辐射面的高按火源高度选取，对商场临近民房住宅的墙上窗户开启与关闭两种情况分别进行了模拟计算。
　　计算中涉及到的火源温度，参考FIRECALC提供的数据，测量得到全尺寸建筑火灾的有效黑体火焰温度一般都在900℃至1100℃之间，由于商场内销售的商品种类繁多，火焰温度均在1000℃左右，为使计算更为保守，本模型计算采用的火焰温度为1100℃。
　　计算结果见下图， yz平面与x轴正交，zx平面与y轴正交，而xy平面与z轴正交。
　　(1)商场起火（窗户开启）：开口面积占总墙体面积的18.5%，计算得到P点处最大辐射热通量为0.6838kW/m2。
　　
　　根据辐射热通量分布图的显示可知：距离火源辐射面越近的位置，辐射热通量越大，这一点与实际情况能很好的吻合。
　　
　　5 针对火灾扩散的结果分析
　　根据计算，可知商场发生火灾时：
　　A：当窗户开启时，辐射受热点P点处的最大热通量为0.6838kW/m2。根据辐射热通量的平面分布图，我们可以看出，在窗户开启时的商场火灾中，yz平面辐射热通量从P点处最大辐射热通量0.6838kW/m2开始向四周减小；zx平面辐射热通量和xy平面辐射热通量均减小到P点处的0.6838kW/m2。
　　B：当窗户关闭时，辐射受热点P点处的最大热通量为0.3474kW/m2。根据辐射热通量的平面分布图，我们可以看出，在窗户关闭时的商场火灾中，yz平面辐射热通量从P点处最大辐射热通量0.3474kW/m2开始向四周减小；zx平面辐射热通量和xy平面辐射热通量均减小到P点处的0.3474kW/m2。
　　由A、B比较知，商场火灾时辐射受热点P点处的最大热通量为0.6838kW/m2。
　　
　　6 结论及建议
　　通过用辐射热模型对该商业楼和民房住宅之间的防火间距进行计算机模拟，并对安全隔离通道的安全性进行数值分析，从其计算结果可以看出，P点受到的最大辐射热通量为0.6838kW/m2，小于判据要求（20kW/m2），是能够避免火苗窜出起火区域或者通过热辐射引燃相邻民房区域的可燃物，是能够防止火灾穿过安全通道向另一侧继续扩大的。同时，为保证更加安全，建议把商业楼邻近住宅的一面墙设置为防火墙，门窗设置为防火门窗或者关闭，使之更好的满足消防安全的要求，实现火灾安全性和经济性的统一。
　　参考文献
　　[1] Firecalc Computer Software for the Fire Engineering Professio