第1章建筑防火基础.ppt
建筑防火设计,第1章 建筑防火基础,第1章 建筑防火基础,建 筑 火 灾,1,建筑火灾及其发展和蔓延,2,建筑火灾烟气及其流动与控制,3,建筑防火设计基本概念,4,第1节 建 筑 火 灾,1 火灾及其危害 火是人类赖以生存和发展的一种自然力，火的利用具有划 时代的意义。火的利用使人类脱离了茹毛饮血的荒蛮时代，迈向人类文明的漫长征程。人类逐步将用火的范围不断扩大，用火技能逐步提高，促进了生产力的发展，在生活、生产和科学技术等方面发挥出越来越大的作用。火是具有两重性的。当火失去控制，就会成为一种具有很 大破坏力的多发性的灾害，给人类的生活、生产乃至生命安全构成威胁。火灾，能烧掉人们辛勤劳动创造的物质财富，使大量的生活、生产资料在顷刻之间化为灰烬；火灾，涂炭生灵，夺去许多人的生命和健康，给人们的身心带来难以消除的痛苦。,返回目录,我国1998年2007火灾状况统计,火灾是失去控制的燃烧现象。我国1998年2007年火灾状况统计见表11。由此表可见，10年间我国共发生火灾1367334起，平均每年的火灾直接经济损失超过10.5亿元，死亡2336余人。,火灾可分为建筑火灾、石油化工火灾、交通工具火灾、矿山火灾、森林草原火灾等。其中建筑火灾发生的起数和造成的损失、危害居于首位。自1992年以来，我国火灾直接经济损失均在12亿元以上，其中建筑火灾的损失约占80%；建筑火灾发生的次数约占总火灾次数的75%。建筑物是人类进行生活、生产和政治、经济、文化等活动的场所，建筑物都存在可燃物和着火源，稍有不慎，就可能引起火灾，建筑又是财产和人员极为集中的地方，因而建筑物发生火灾会造成十分严重的损失。随着城市日益扩大，各种建筑越来越多，建筑布局及功能日益复杂，用火、用电、用气和化学物品的应用日益广泛，建筑火灾的危险性和危害性大大增加。,2 建筑火灾案例,新疆克拉玛依市友谊馆火灾,图1-1 新疆克拉玛依市友谊馆遇难人员分布位置、破拆门窗平面示意,吉林省吉林市中北商厦火灾,点击播放,吉林省吉林市中北商厦火灾,点击播放,吉林省吉林市中北商厦火灾,确定火灾直接原因是中百商厦伟业电器行雇工于洪新在当日9时许向3号库房送纸板时不慎将嘴上叼着的烟头掉落在地面上（木板地面），引燃地面可燃物引起火灾。引发的火焰及高温烟气通过未完全封闭的墙体进入中百商厦内，进而引起火灾事故的蔓延扩大。,点击播放,浙江省温州市鹿城区人民路温富大厦火灾 点击数字播放 1 2 3,3 建 筑 火 灾 原 因,生活用火不慎炊事用火取暖用火灯火照明燃放烟花爆竹宗教活动用火吸烟不慎 玩火,违反生产安全制度 违反生产安全制度引起火灾的情况很多。如在易燃易爆的车间内动用明火，引起爆炸起火；将性质相抵触的物品混存在一起，引起燃烧爆炸；在焊接和切割时，会飞迸出大量火星和熔渣，很容易酿成火灾；化工生产设备失修，发生可燃气体、易燃、可燃液体跑、冒、滴、漏现象，遇到明火燃烧或爆炸等。电气设备设计、安装、使用及维护不当,自然现象引发火灾自燃雷击静电地震 纵火纵火分刑事犯罪纵火精神病人纵火,我国19982007年火灾原因统计 表1-2,续表1-2,第2节 建筑火灾及其发展和蔓延,火灾造成建筑物破坏、人员伤亡和财产损失主要发生在火灾全面发展阶段，只有弄清这一阶段的火灾规律，才能更好地指导建筑防火设计，达到最大限度减少火灾损失的目的。,返回目录,1 可 燃 物 及 其 燃 烧,不同形态的物质在发生火灾时的机理并不一致，一般固体可燃物质在受热条件下，内部可分解出不同的可燃气体，这些气体在与空气中的氧气进行混合时，遇明火即着火。固体用明火点燃，能发火燃烧时的最低温度，就是该物质的燃点。一些固体能自燃，如木材受热烘烤自燃，粮食受湿发霉生热，在微生物作用下自燃。有些固体在常温下能自行分解，或在空气中氧化导致自燃或爆炸，如硝化棉、黄磷等；有些固体如钾、钠、电石等遇水或受空气中水蒸气作用可引起燃烧或爆炸等。一些可燃液体随液体内外温度变化而有不同程度的挥发，挥发快者可燃的危险性大。可燃液体蒸气与空气混合达到一定浓度，遇明火点燃，呈现一闪即灭，这种现象叫闪燃。出现闪燃的最低温度叫闪点。,可燃固体的燃点,表1-3,液体的闪点 表1-4,可燃蒸气气体或粉尘与空气组成的混合物达到一定浓度时，遇火源即能发生爆炸。爆炸时的最低浓度称为爆炸下限。遇火源能发生爆炸的最高浓度，称为爆炸上限。浓度在下限以下的时候，可燃气体、易燃、可燃液体蒸气、粉尘的数量很少，不足以发火燃烧；浓度在下限和上限之间，即浓度比较合适时遇明火就要爆炸；超过上限则因氧气不足，在密闭容器内或输送管道内遇明火不会燃烧爆炸。,可燃气体、易燃、可燃液体蒸气爆炸下限,表1-5,生产和储存物品的火灾危险性分类,火灾危险性分类的目的，是为了在建筑防火设计时，有区别地对待各种不同危险类别的生产和贮存物品，使建筑物既有利于节约投资，又有利于保障安全。,生产的火灾危险性分类 表1-6,储存物品的火灾危险性分类 表1-7,2.1 固体的分类标准,固体在常温下能自行分解或在空气中氧化导致迅速自燃或爆炸的物品，如硝化棉、赛璐珞、黄磷等划为甲类。固体在常温下受到水或空气中的水蒸气的作用，能产生可燃气体并引起燃烧或爆炸的物品，如钾、钠、氧化钠、氢化钙、磷化钙等划为甲类。固体遇酸、受热、撞击、摩擦以及遇有机物或硫磺等易燃的无机物，极易引起燃烧或爆炸的强氧化剂，如氯酸钾、氯酸钠、过氧化钾、过氧化钠等划为甲类。凡不属于甲类的化学易燃危险固体(如：镁粉、铝粉、硝化纤维漆布等)，不属于甲类的氧化剂(如：硝酸铜、亚硝酸钾、漂白粉等)以及常温下在空气中能缓慢氧化、积热自燃的危险物品(如：桐油、漆布、油纸、油浸金属屑等)，都划为乙类。可燃固体，如：竹木、纸张、橡胶、粮食等属于丙类。难燃固体，如：酚醛塑料、水泥刨花板等属于丁类。不燃固体，如：钢材、玻璃、陶瓷等属于戊类。,2.2 液体的分类标准,液体分类的标准，是根据闪点划分的，汽油、煤油、柴油等常用的三大油品是甲、乙、丙类液体的代表。将闪点小于28的液体，如二硫化碳、苯、甲苯、甲醇、乙醚、汽油、丙酮等划为甲类。闪点大于或等于28，小于60的液体，如煤油、松节油、丁烯醇、溶剂油、冰醋酸等划分为乙类。闪点大于或等于60的液体，如柴油、机油、重油、动物油、植物油等划为丙类。,2.3 气体的分类标准,划分气体火灾危险性的标准是气体的爆炸下限。凡是爆炸下限10的气体为甲类，爆炸下限10的气体为乙类。氦、氖、氩、氪等不燃气体划为戊类。,3 火 灾 荷 载,火灾荷载是衡量建筑物室内所容纳可燃物数量多少的一个参数，是研究火灾发生、发展及其控制的重要因素。在建筑物发生火灾时，火灾荷载直接决定着火灾持续时间和室内温度的变化。建筑物内的可燃物可分为固定可燃物和容载可燃物两类。固定可燃物是指墙壁、顶棚等构件材料及装修、门窗、固定家具等所采用的可燃物。容载可燃物是指家具、书籍、衣物、寝具、装饰等构成的可燃物。建筑物中可燃物种类很多，其燃烧发热量也因材料性质不同而异。为便于研究，在实际中常根据燃烧热值把某种材料换算为等效发热量的木材，用等效木材的重量表示可燃物的数量，称为等效可燃物量。为便于研究火灾性状以及选择防火技术措施，在此把火灾范围内单位地板面积的等效可燃物量定义为火灾荷载：,qGiHi/H0AQi/H0A,式中：q火灾荷载(kg/m2)；Gi某种可燃物质量(kg)；Hi某种可燃物单位质量发热量(MJ/kg)H0单位质量木材的发热量(MJ/kg)；A火灾范围的地板面积(m2)；Qi火灾范围内所有可燃物的总发热量(MJ)。,部分可燃物质的热值 表1-8,续表1-8（1）,续表1-8（2）,续表1-8（3）,家具发热量值（单位MJ）表1-9,续表1-9,各种建筑物的火灾荷载密度 表1-10,续表1-10,各种建筑物中火灾荷载密度 表1-11,例11 某宾馆标准间客房长5m，宽4m，其内容纳的可燃物及其发热量如表1-12所示，试求标准间客房的火灾荷载。,陈设、家具、内部装修的发热量 表1-12,根据已知条件，按照公式(138)，先分别求出固定火灾荷载和容载火灾荷载，再求出房间的全部火灾荷载。固定火灾荷载q1：容载火灾荷载q2：全部火灾荷载q：,4 建筑火灾的发展过程,4.1 初期火灾 当火灾分区的局部燃烧形成之后，由于受可燃物的燃烧性能、分布状况、通风状况、起火点位置、散热条件等的影响，燃烧发展一般比较缓慢，并会出现下述情况之一：(1)当最初着火物与其它可燃物隔离放置时，着火源燃尽，而并未延及其它可燃物，导致燃烧熄灭。此时，只有火警而未成灾。(2)在耐火结构建筑内，若门窗密闭，通风不足时，燃烧可能自行熄灭；或者受微弱通风量的限制，火灾以缓慢的速度燃烧。(3)当可燃物及通风条件良好时，火灾能够发展到整个分区，出现轰燃现象，使分区内的所有可燃物表面都出现有焰燃烧。,图1-5 烟层对地面的辐射热,初期火灾的持续时间，即火灾轰燃之前的时间，对建筑物内人员的疏散，重要物资的抢救，以及火灾扑救，都具有重要意义。若建筑火灾经过诱发成长，一旦达到轰燃，则该分区内未逃离火场的人员，生命将受到威胁。国外研究人员提出如下不等式：式中 tp从着火到发现火灾所经历的时间；ta从发现火灾到开始疏散之间所耽误的时间；trs转移到安全地点所需的时间；tu火灾现场出现人们不能忍受的条件的时间。,4.2 轰燃及轰燃时的极限燃烧速度,轰燃是建筑火灾发展过程中的特有现象。是指房间内的局部燃烧向全室性火灾过渡的现象。通过实验得出的结论是：地板平面上发生轰燃须有20kW的热通量或吊顶下接近600的高温。此外，从实验中观察到，只有可燃物的燃烧速度超过40kgs时，才能达到轰燃。同时认为，点燃地板上纸张的能量，主要是来自吊顶下的热烟气层的辐射，火焰加热后的房间上部表面的热辐射也占有一定比例，而来自燃烧试件的火焰相对较少。燃烧速度(质量)由下式给出：式中 以质量消耗表示的燃烧速度(kgs)；Aw通风开口的面积()；H通风开口的高度(m)；k常量，约为0.09(kgm5/2s)；AwH1/2通风参数,根据实验研究，得出了出现轰燃现象的极限燃烧速度的经验公式如下：如果燃烧速度小于约80kgs时，木垛火灾就不会出现轰燃，可见木垛火灾出现轰燃的燃烧速度，是纸张出现轰燃燃烧速度的2倍。而且，当通风参数AwH1/2值小于0.8m5/2时，也不会出轰燃。,(1-4),图1-6 室内火灾燃烧速度与通风参数,4.3 旺盛期火灾的燃烧速度,单位时间内室内等效可燃物燃烧的质量称为质量燃烧速度。燃烧速度大小决定了室内火灾释放热量的多少，直接影响室内火灾温度的变化。两种燃烧状况：一种是室内的开口大，使得室内燃烧速度与开口大小无关，而是由室内可燃物的表面积和燃烧特性决定的，即火灾是燃料控制型的。另一种是室内可燃物的燃烧速度由流入室内的空气流速控制，即火灾是受通风控制的。在房间窗口某高度处必然存在室内外压力差为零的中性层，沿窗口高度的压力分布呈直线关系。在该压力作用下，新鲜空气从窗口下部流入房间，而房间内的火焰、高温烟气从窗口的上部流出。,图1-7 火灾房间开口部位压力、速度分布（a）压力分布；（b）空气流速分布,设室内外气体密度分别为1、0，中性层处压力为p0,重力加速度为g。则在中性平面以上高度h上室内1点的压力为：p1=p0-1gh（1-5）（1-6）根据伯努利方程得：（1-7）则：（1-8）,对于在中性平面以下h高度上，室外3点和通风开口内4点处的压力、流速也可作类似分析并得到：,（1-9）,为了代表位置的一般性，现用下标F代表室内气体，0表示环境气体，于是速度方程式（1-8）、式（1-9）可改写为：,（1-10）,（1-11）,将它们分别在各自的流通面积内积分，可以算出流入与流出的气体的质量流速，即：,流入,流出,（1-12）,（1-13）,Ca是流通系数，B是通风口的宽度（m），,是气体的质量流速（kg/s），,H和H”分别为冷空气和热烟气流通口的高度。将式（1-10）、式（1-11）分别代入这两式中，最后可得到：,（1-14）,（1-15）,
