钢结构建筑防火设计中性能设计方法的应用分析

作者简介：

吴鹏飞（1996— ），男，汉族，江西九江人，本科，研究方向：结构设计。

摘要：近年来，在建筑行业发展速度不断加快的同时，钢结构建筑数量也逐渐增多，为达到建筑防火等级，性能设计备受关注。本文围绕性能设计方法展开论述，分析该方法在钢结构建筑防火设计中应用的必要性，并结合具体工程项目，探究性能设计方法的具体应用，旨在促进钢结构建筑防火合理性、可靠性的提升。

关键词：钢结构建筑；防火设计；性能设计方法；应用

引言

随着建筑行业的快速发展，建筑样式逐渐呈现出多样化特征，以往建筑防火思路已经很难满足现代建筑防火需求。在当前防火设计过程中，性能设计是较为新颖的一种方法，通过利用火灾科学、消防知识等，可以制定较为合理的设计指标，实现对火灾风险的精准评估，有针对性地制定预警方案，在保证建筑火灾风险得到有效遏制的同时，增强建筑的安全性能。因此，在钢结构建筑防火设计中，相关人员应该注重此方法的应用与研究。

一、钢结构建筑防火设计中性能设计方法的应用必要性

（一）有助于钢结构耐火性能的提高

性能设计方法可以综合考虑建筑的使用功能、结构特点以及火灾风险，为钢结构建筑提供更为科学且合理的防火设计思路。应用此方法进行防火设计，除了关注结构的耐火极限，还重视结构在火灾情况下的承载能力与稳定性。通过性能设计，让结构布局得到优化，选择最合适的防火材料与构造措施，促进钢结构耐火性能的提高，确保在火灾出现时，建筑能始终保持结构的安全与稳定，使用功能可以发挥最大效用^[1]。

（二）有助于满足建筑化多元防火需求

近年来，建筑功能的多样化与复杂化日益显著，传统防火设计方法在应用期间，已经很难让所有建筑需求得到满足。性能设计方法的灵活运用，可以结合建筑的具体使用情况和火灾风险评估结果，制定合理的防火策略，适应建筑功能的多样性与建筑环境复杂性，实现防火设计与建筑功能的深层次整合，促进建筑实用性、安全性的提高。

（三）有助于钢结构建筑设计灵活性的提高

性能设计方法在钢结构建筑防火设计中的应用，可以促进建筑设计灵活性的提升。相比于传统设计方法，此方法不拘泥于传统防火规范与标准，能够结合实际火灾风险与建筑性能需求，采用灵活的设计手段，利用多种防火技术与材料，创新性地对结构进行设计，以满足特定的防火要求，如利用高性能的防火涂料、复合防火板、其他创新防火材料等，在不牺牲建筑美学与功能的基础上，提高钢结构建筑的防火性能^[2]。

二、钢结构建筑防火设计要求

（一）准确划分防火区域

建筑平面在设计过程中，需要将我国现行的建筑防火设计标准作为依据，合理应用防火卷材、防火墙等，并保证其性能达到既定要求，由此达到建筑防火的目的。通过对各类防火材料的使用，实现对火灾情况的有效控制，防止出现火灾蔓延、扩大等问题。此方式的运用，存在的缺陷也比较多，尤其是在防火能力方面，具有一定局限性。加之建筑功能呈现出多样化特点，所以防火设计需要遵循建筑功能的差异性，对各方面因素综合考量，以工程的具体要求和现状为基础，对防火区域精准划分，同时选择合适的防火性能^[3]。

（二）针对性地选择防火方法

近年来，钢结构的应用较为广泛，其防火设计方式呈现出了多元化特征，防火喷涂是目前应用较为广泛的方式，需要以行业的防火规定和要求为基准。因此，在防火设计过程中，应该对建筑本身的情况合理分析，在确保各个钢构件承受力达到既定要求的基础上，对构件的防火能力精准评估，确保建筑安全等级能整体提高。同时，科学选择涂料，对耐燃性严格把控，在使用前开展相关测试。

三、钢结构建筑防火设计中性能设计方法的具体应用

（一）工程概况

以某建筑为例，该项目施工规模大，分上下两层，中间设有大中庭，与高层连接在一起。同时，中庭周围有走廊，宽度为5m。实地测量发现，屋顶最高位置与地面的距离为50m，最低位置与地面的距离为40m。针对建筑型钢柱工程数量，具体如表1所示。

（二）性能设计方法的应用

在利用性能设计方法对钢结构展开防火设计过程中，需要对各方面因素综合考量，做好火灾场景、火灾烟气流动等的设计工作^[4]。

1.火灾场景设计。在性能设计过程中，火灾场景的设计是不可或缺的关键内容。为保证设计成效达到预期，促进防火效果的提高，相关人员在具体设计过程中，应该以建筑的实际现状为基准，综合考量各方面要素，包括可燃物的数量、类型等，对火灾蔓延的趋势展开合理、科学评估，保证后续方案的制定能具备可操作性、可行性。同时，加强对模型功能的使用，实现对建筑物的精准识别，保证各类损失能得到准确计算，从整体角度上控制火灾，以免出现影响过大的情况。选取科学的方式进行计算，在火灾出现时，对火势的等级准确判断，了解火势的具体发展趋势，明确是否会对周围环境造成严重影响，保证建筑防火在设计方面能实现标准化、规范化。在创设火灾现场情景期间，应该对钢结构的实际情况综合考量，确保火灾出现时各类危险源能全部考量在内，选择最合适的方法进行处理。

2.火灾烟气流动设计。在对此环节设计期间，需要直观、清楚地模拟所在区域的情况，并采用空间模拟的方式为设计提供辅助，保证设计效能达到预期。区域模拟：在防火性的设计期间，倘若设计的区域空间结构偏大，此时可以灵活运用区域模拟的方法，依照建筑结构的具体设计要求与特点，利用区域分区的方法，对灾害的发生有效管控，避免建筑使用时出现火灾，使火灾的预防成效达到最佳。防火分区设计中，材料最好应用防火属性极高的材料，并做好火灾隔离。为提高设计有效性，设置专属的排烟设施。如果是小空间的防火设计，可以利用喷淋实验装置；如果是大空间的防火设计，可以利用水炮灭火系统，让消防效果达到预期，从整体角度上抑制火势蔓延，避免对周围区域造成影响。空间模拟：在火灾出现时，空间温度的变化会影响空间气体的流动，所以在性能设计时，应该对空间模拟方法灵活运用，以气体转移的方向为依据，准确定位火灾出现的位置，并对火灾的蔓延趋势准确判断，为救援提供支持，有效控制火灾产生的损失和影响。

3.人员安全疏散设计。在钢结构建筑防火性能设计过程中，针对人员安全疏散设计，首先利用模拟火灾场景的方式，对火灾影响建筑结构的程度客观评估，通过温度升高、结构变形等，确定可能的火灾发展路径与时间，并以此为依据，依照建筑布局和功能区划分，设计疏散通道与安全出口，保证火灾发生时人员能通过最短、最安全的路径撤离到安全区域。同时，对不同楼层区域的人员密度重点考虑，合理设置疏散楼梯、电梯、紧急出口，确保在紧急情况下，所有人员能迅速、有序疏散，并对疏散通道的照明、指示标识规范设置，提升均衡疏散通道的可见度、舒适度，避免火灾出现时人员恐慌与混乱。此外，分析人员在火灾出现时的反应与行为模式，设计合理的疏散指示与引导系统。

4.结构耐燃性设计。本工程在设计期间，利用性能设计方法主要立足于工程实际情况，在保证建筑安全、稳定的基础上，通过强化建筑防火效果，分析钢构件的完整性，制定切实可行的防火措施，确保在火灾出现时，建筑物的耐久性、安全性不会受到影响，降低坍塌事故出现概率。在防火设计期间，对钢结构建筑综合评价，评估火灾风险，并控制好火灾规模。

（三）性能设计方法的应用成效

以钢结构性能设计要求、思路为基础，在防火设计过程中，通过对建筑实际现状的分析以及各类数据的统计与计算，掌握火灾的各个方面要素，包括规模、性质等，同时判断出最危险的状态及其产生的影响，从而为后续救援方案的制定提供准确依据。将不同燃料的放热率作为基准，通过合理构建三维模型的方式，准确计算出不利火场信息。该项目在实施过程中，中庭位置的火源威胁与下面商铺的垃圾桶有密切联系，同时通过分析结构图了解，上部区域的廊道焦点与其他廊道的距离较短，如果火灾发生，不可避免会影响钢结构的整体安全性和稳定性。针对此类情况，在防火设计环节，需要准确计算出烟到达钢结构的具体温度，同时明确其对钢结构产生的影响，分析烟羽的实际温度，了解温度是否能达到安全临界值，并立足于实际，利用合理的方式进行防火，促进建筑整体稳定性的提高。通过分析，最终的计算结果中，烟羽中心温度为87℃，相比于200℃的临界值，此温度相对较低，因此可以判断结构安全，能够达到设计要求。

结语

综合而言，将性能设计方法运用于钢结构建筑防火设计中，不仅可以提升设计的可行性与合理性，还能将防火的效能发挥到最大。不同于传统规范设计方法，性能设计方法可以在多场景中应用，结合不同功能区，深入实施防火测算，并保证人员能安全撤离，从源头将火灾事故造成的威胁和影响降到最低。因此，相关人员应该认识到此方法的重要性，合理设计钢结构，促进钢结构稳定性与安全性的提升。

参考文献

[1]陈长坤，肖荣.性能化防火设计在特殊建筑结构抗火中的应用[J].工业建筑，2008（z1）：99-102，109.

[2]陆宏江.性能设计方法在钢结构建筑防火设计中的应用分析[J].消防界（电子版），2023，9（17）：88-90.

[3]张伟.超高层住宅建筑排水及消防系统设计方法分析[J].陶瓷.2022，（9）.129-131.

[4]朱锐.高层建筑给排水消防设计关键技术探究[J].今日消防.2021，（2）.10-11.