高層公寓建筑的耐火預(yù)期的探究

摘 要：針對(duì)最常見的建筑情況，規(guī)定性消防安全指南提供了一種簡(jiǎn)單的方法，以滿足法定建筑法規(guī)要求。在規(guī)定結(jié)構(gòu)耐火的情況下，建筑物根據(jù)其高度和用途，可提供耐火期。這種耐火預(yù)期要么是通過結(jié)構(gòu)元件內(nèi)在實(shí)現(xiàn)的，要么通過對(duì)其進(jìn)行保護(hù)來實(shí)現(xiàn)。這種規(guī)定性指導(dǎo)的廣泛目的是在所有建筑類型中提供一致的風(fēng)險(xiǎn)水平。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，隨著火災(zāi)頻率和失效后果的增加，耐火系統(tǒng)的可靠性必須提高。這通常表現(xiàn)在建筑的耐火期望值隨著高度的增加而增加。盡管有這種普遍的做法，本文從根本上回顧了耐火作為住宅建筑高度相關(guān)指標(biāo)的概念，確定了這種方法的局限性，并以單樓梯公寓樓為基礎(chǔ)進(jìn)行論證和進(jìn)一步調(diào)查。提出了一種風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)性，該模型旨在明確將結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)目標(biāo)（耐火系統(tǒng)的可靠性）定義為高度和，那么在高層住宅建筑中，噴水滅火系統(tǒng)的可靠性/效能就變得越來越重要。最后，對(duì)所提出的方法的局限性作了簡(jiǎn)要的討論。

關(guān)鍵詞：高層建筑;耐火性;可靠性;

一、現(xiàn)狀與背景

建造更高的住宅樓的趨勢(shì)不僅限于商業(yè)部門，世界各地都有越來越多的高層住宅樓被提出。通常，高度的增加也與建筑和結(jié)構(gòu)形式的復(fù)雜性增加有關(guān)。這種復(fù)雜性的增加意味著消防工程投入在現(xiàn)代建筑交付中將變得越來越重要，而不是依賴規(guī)定性的建議，這些建議旨在滿足更直接的情況。

在結(jié)構(gòu)防火方面，根據(jù)建筑物的高度和用途，為建筑物提供耐火期。要求是在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定性。此類規(guī)定性指導(dǎo)[1，2]的總體目標(biāo)是在所有建筑類型和高度上提供一致的風(fēng)險(xiǎn)水平。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，隨著火災(zāi)頻率和故障后果的增加，耐火系統(tǒng)的可靠性必須提高。這體現(xiàn)在亞洲開發(fā)銀行等的表格數(shù)據(jù)中，其耐火性隨著高度的增加而增加。在數(shù)學(xué)形式中，該概念可以表示為等式1：

Risk=f*p（f）*c

其中f是火災(zāi)發(fā)生的頻率，P（f）是給定火災(zāi)導(dǎo)致故障的概率，C是故障的后果。根據(jù)[3]中所述的兩種原始替代物，預(yù)測(cè)了作為高度函數(shù)增加耐火性的概念：

（i）火災(zāi)發(fā)生的概率一般來說，火災(zāi)的概率與建筑物的面積成正比[4]，這是公認(rèn)的。然而，通常規(guī)定性指導(dǎo)的前提是建筑面積與層數(shù)成比例，為了便于應(yīng)用，這只是以建筑總高度表示。也就是說，假設(shè)兩棟具有相同用途和高度的建筑，無論其規(guī)劃面積或樓層之間的高度（以及層數(shù)），每年發(fā)生火災(zāi)的可能性相同。

（ii）由于建筑物高度與層數(shù)以及面積相關(guān)，故障替代的后果，通常是規(guī)定性的指導(dǎo)，受結(jié)構(gòu)故障影響的人數(shù)也與建筑物高度成正比。在實(shí)踐中，與建筑物居住者相關(guān)的故障后果取決于當(dāng)時(shí)該建筑物內(nèi)的人數(shù)。這可以通過面積和層數(shù)來更好地描述-層數(shù)（而非高度）。如果發(fā)生故障，則與不在原建筑物內(nèi)（或在處理火災(zāi)過程中進(jìn)入建筑物的人員）相關(guān)的故障后果在很大程度上取決于建筑物的大小。也就是說，建筑越大，對(duì)周圍區(qū)域、公共空間以及人的影響就越大。在這方面，高度是一個(gè)合理的衡量標(biāo)準(zhǔn)，用于評(píng)估必須解決的“故障后果”的兩個(gè)方面之一。

從上面可以清楚地看出，僅基于高度的耐火性規(guī)范并不能從根本上解決提供一致風(fēng)險(xiǎn)水平的概念，因?yàn)樗_定的替代物比較粗糙。它也不適用于與規(guī)定性指導(dǎo)的起源有關(guān)的更不尋?；虿粚こ５那闆r[5]。具體地說，在住宅建筑的背景下，它并沒有解決住宅建筑可能表現(xiàn)出來的一系列不同的偽裝。鑒于已確定的粗略替代，更合理的風(fēng)險(xiǎn)表達(dá)要求故障后果必須考慮包括兩個(gè)部分：（i）在起源建筑物（Ci）中的故障后果，（ii）在建筑物附近或外部的故障后果（Ce）。這導(dǎo)致了公式2中風(fēng)險(xiǎn)表達(dá)式的一般形式：

Risk=f*p（f）*（Ci+Ce）

防火和住宅建筑與任何其他建筑一樣，住宅建筑僅根據(jù)高度提供防火性能。如果最頂層的合格樓層超出某些通用高度帶，則耐火性會(huì)發(fā)生階躍變化，如表1所示。

公寓樓火災(zāi)發(fā)生的頻率受建筑面積的影響較小，受其中包含的住宅數(shù)量的影響較大[4]。這是因?yàn)樗凶≌馂?zāi)中有很大一部分起源于客廳和廚房，而臥室的火災(zāi)通常發(fā)生在所有類型的住宅中。因此，幾乎所有類型的公寓都存在最大的著火風(fēng)險(xiǎn)。因此，通常將住宅樓火災(zāi)發(fā)生的頻率表示為與住宅數(shù)量成正比[4]?；馂?zāi)中結(jié)構(gòu)失效的后果（就對(duì)建筑物居住者的影響而言）將是直接受影響人數(shù)的函數(shù)。簡(jiǎn)單來說，這可能與給定公寓樓中包含的住宅數(shù)量有關(guān)。與許多其他建筑類型類似，住宅建筑的大?。ǜ叨龋⒂绊懪c其故障相關(guān)的損壞區(qū)域，從而影響附近居民的后果。此外，建筑高度將對(duì)FRS進(jìn)入并最終應(yīng)對(duì)火災(zāi)所需的時(shí)間產(chǎn)生重大影響。

住宅建筑中的風(fēng)險(xiǎn)表達(dá)在公寓建筑中，建議火災(zāi)發(fā)生頻率與住宅數(shù)量（N）成正比。失效概率僅涉及超過整個(gè)防火系統(tǒng)設(shè)計(jì)置信度的火災(zāi)（R，包括主動(dòng)措施的貢獻(xiàn)，如灑水器），并以可能導(dǎo)致倒塌的火災(zāi)表示。因此，由此產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)性如式3所示：

Risk=N*（1-R）*（Ci+Ce）

任何風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)性都必須以任何特定社會(huì)所能容忍的最低績(jī)效水平為背景。根據(jù)亞洲開發(fā)銀行的建議設(shè)計(jì)的公共建筑（隨后適當(dāng)建造）可達(dá)到可接受的健康和安全標(biāo)準(zhǔn)，這一點(diǎn)是可以接受的。也就是說，在當(dāng)前環(huán)境下，社會(huì)（以及政府）對(duì)與火災(zāi)死亡相關(guān)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)感到滿意。因此，所呈現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)性可與公共建筑的“可接受”設(shè)計(jì)相關(guān)聯(lián)，該設(shè)計(jì)可提供可接受的風(fēng)險(xiǎn)水平。然后，在評(píng)估不太常見（或不尋常）的建筑情況時(shí)，該風(fēng)險(xiǎn)水平（或風(fēng)險(xiǎn)分?jǐn)?shù)）被視為一個(gè)常數(shù)，從而得出描述任何公寓建筑變體的耐火系統(tǒng)所需可靠性的相關(guān)性。

二、風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)性校準(zhǔn)

重新審視風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)性——單樓梯公寓樓（每層七套公寓樓）的基線情況被用作校準(zhǔn)第節(jié)中提出的風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)性的基礎(chǔ)。

根據(jù)ADB設(shè)計(jì)的公共建筑被視為為為建筑內(nèi)部和附近的人提供適當(dāng)水平的健康和安全。因此，它們符合英國(guó)可接受的社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)水平。如果將多個(gè)基準(zhǔn)樓層堆疊起來形成一棟建筑，則建議將其視為“普通建筑”的代表，前提是它是符合規(guī)范的建筑的同義詞，其公寓類型和大小符合近期和歷史國(guó)家統(tǒng)計(jì)趨勢(shì)。根據(jù)由此產(chǎn)生的樓層倍增高度，該建筑預(yù)計(jì)將達(dá)到相關(guān)耐火性能。如果它是根據(jù)該文件設(shè)計(jì)的。考慮到火災(zāi)發(fā)生的頻率，重新審視相關(guān)關(guān)系，公寓樓每年的火災(zāi)數(shù)量將與其中包含的住宅數(shù)量成正比。在后果的背景下審查相關(guān)性，并確保尺寸一致性：（i）建筑物起源的居住者的后果（Ci）可以表示為“典型居住者樓層的有效數(shù)量”，這是相對(duì)于基線情況測(cè)量的。也就是說，建筑物中的公寓總數(shù)（N）除以基準(zhǔn)樓層公寓數(shù)量。（ii）外部受火災(zāi)影響的后果（Ce）可表示為“典型高度相關(guān)樓層的有效數(shù)量”。在這種情況下，任何建筑的高度都是相對(duì)于基準(zhǔn)情況的層間高度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的。結(jié)果是一個(gè)以有效層數(shù)表示的組合結(jié)果度量（Ci+Ce）。更新后的風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)性如公式4所示，風(fēng)險(xiǎn)單位為（公寓樓）：

Risk=N*（1-R）*（N/7-H/3）

四座示范建筑由統(tǒng)計(jì)上典型的公寓組成，與之前確定的類型和面積分布相對(duì)應(yīng)。耐火要求可參考確定。最初的結(jié)果是在沒有灑水保護(hù)的前提下給出的。也就是說，結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)耐火性的唯一途徑（無論是內(nèi)在的還是通過保護(hù)）。如果將該方法應(yīng)用于特定項(xiàng)目，則考慮到所討論的特定建筑的細(xì)微差別。所有情況下，由于其高度，都會(huì)落在結(jié)構(gòu)耐火預(yù)期分布的嚴(yán)重端。然而，盡管如此，從最低耐火預(yù)期到最高耐火預(yù)期仍有大約20分鐘的時(shí)間范圍。

典型的做法是為所有高度超過30米的公寓樓提供灑水保護(hù)。因此，考慮到這一點(diǎn)，給出的結(jié)構(gòu)耐火性數(shù)據(jù)將有所緩和。灑水保護(hù)的影響可以通過多種方式考慮。在相關(guān)指南的情況下，火災(zāi)荷載密度可降低39%。這會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生的火災(zāi)動(dòng)態(tài)發(fā)生扭曲，因?yàn)樵撛瓌t適用于閃絡(luò)后火災(zāi)模型，在實(shí)踐中，如果噴頭成功運(yùn)行，該模型不會(huì)達(dá)到如此嚴(yán)重的程度。或者，更現(xiàn)代的方法如試圖通過考慮噴頭的可靠性，將結(jié)構(gòu)可靠性與耐火系統(tǒng)的整體可靠性區(qū)分開來。

三、結(jié)語

制定了一種新的方法，其中高層單樓梯住宅建筑的設(shè)計(jì)目標(biāo)是在火災(zāi)發(fā)生頻率、失效概率和失效后果的背景下表達(dá)的。該方法與統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)有關(guān)，這些數(shù)據(jù)可能構(gòu)成典型的“普通”、單樓梯、公寓樓，以及相關(guān)的耐火預(yù)期。雖然與英國(guó)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)容忍度有關(guān)，但該方法適用于其他國(guó)家，需要重新校準(zhǔn)。研究結(jié)果表明，同一高度的不同公寓樓所呈現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)水平差異很大。因此，如果要達(dá)到一致的風(fēng)險(xiǎn)水平，則必須考慮建筑高度以外的變量來指定耐火性。擬建公寓的總數(shù)會(huì)影響火災(zāi)發(fā)生的可能性和后果。故障的后果既要考慮對(duì)建筑物居住者的影響，也要考慮對(duì)附近或隨后進(jìn)入建筑物的人（如消防隊(duì)）的影響。結(jié)果是一種相關(guān)性，明確地將生命安全目標(biāo)定義為公寓數(shù)量和建筑高度的函數(shù)。該方法是在考慮到高層單樓梯住宅建筑的情況下臨時(shí)制定的（這在建筑中越來越常見）。在高層多樓梯住宅建筑的情況下，出現(xiàn)了其他尚未考慮的復(fù)雜性。也就是說，有限數(shù)量的結(jié)構(gòu)構(gòu)件（即僅限于火源所在單位的構(gòu)件）的失效會(huì)對(duì)建筑物整體的穩(wěn)定性產(chǎn)生什么影響（如有）（以及由此對(duì)失效后果產(chǎn)生的相關(guān)影響）。該方法以單一居住建筑為前提，不考慮混合使用租賃的影響。如果不超過高層單樓梯公寓樓的常規(guī)結(jié)構(gòu)耐火極限（通常限制為120分鐘），那么在高層住宅樓中，灑水系統(tǒng)的可靠性變得越來越重要，可能需要額外的彈性。

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鄭學(xué)高，澠池縣消防救援大隊(duì)，1984年4月出生，河南科技大學(xué)，計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)，本科學(xué)士，現(xiàn)任澠池縣消防救援大隊(duì)大隊(duì)長(zhǎng)，主要負(fù)責(zé)防火和戰(zhàn)訓(xùn)工作。