高层公寓建筑的耐火预期的探究

摘 要：针对最常见的建筑情况，规定性消防安全指南提供了一种简单的方法，以满足法定建筑法规要求。在规定结构耐火的情况下，建筑物根据其高度和用途，可提供耐火期。这种耐火预期要么是通过结构元件内在实现的，要么通过对其进行保护来实现。这种规定性指导的广泛目的是在所有建筑类型中提供一致的风险水平。为了实现这一目标，随着火灾频率和失效后果的增加，耐火系统的可靠性必须提高。这通常表现在建筑的耐火期望值随着高度的增加而增加。尽管有这种普遍的做法，本文从根本上回顾了耐火作为住宅建筑高度相关指标的概念，确定了这种方法的局限性，并以单楼梯公寓楼为基础进行论证和进一步调查。提出了一种风险相关性，该模型旨在明确将结构防火设计目标（耐火系统的可靠性）定义为高度和，那么在高层住宅建筑中，喷水灭火系统的可靠性/效能就变得越来越重要。最后，对所提出的方法的局限性作了简要的讨论。

关键词：高层建筑;耐火性;可靠性;

一、现状与背景

建造更高的住宅楼的趋势不仅限于商业部门，世界各地都有越来越多的高层住宅楼被提出。通常，高度的增加也与建筑和结构形式的复杂性增加有关。这种复杂性的增加意味着消防工程投入在现代建筑交付中将变得越来越重要，而不是依赖规定性的建议，这些建议旨在满足更直接的情况。

在结构防火方面，根据建筑物的高度和用途，为建筑物提供耐火期。要求是在适当的时间内保持稳定性。此类规定性指导[1，2]的总体目标是在所有建筑类型和高度上提供一致的风险水平。为了实现这一点，随着火灾频率和故障后果的增加，耐火系统的可靠性必须提高。这体现在亚洲开发银行等的表格数据中，其耐火性随着高度的增加而增加。在数学形式中，该概念可以表示为等式1：

Risk=f*p（f）*c

其中f是火灾发生的频率，P（f）是给定火灾导致故障的概率，C是故障的后果。根据[3]中所述的两种原始替代物，预测了作为高度函数增加耐火性的概念：

（i）火灾发生的概率一般来说，火灾的概率与建筑物的面积成正比[4]，这是公认的。然而，通常规定性指导的前提是建筑面积与层数成比例，为了便于应用，这只是以建筑总高度表示。也就是说，假设两栋具有相同用途和高度的建筑，无论其规划面积或楼层之间的高度（以及层数），每年发生火灾的可能性相同。

（ii）由于建筑物高度与层数以及面积相关，故障替代的后果，通常是规定性的指导，受结构故障影响的人数也与建筑物高度成正比。在实践中，与建筑物居住者相关的故障后果取决于当时该建筑物内的人数。这可以通过面积和层数来更好地描述-层数（而非高度）。如果发生故障，则与不在原建筑物内（或在处理火灾过程中进入建筑物的人员）相关的故障后果在很大程度上取决于建筑物的大小。也就是说，建筑越大，对周围区域、公共空间以及人的影响就越大。在这方面，高度是一个合理的衡量标准，用于评估必须解决的“故障后果”的两个方面之一。

从上面可以清楚地看出，仅基于高度的耐火性规范并不能从根本上解决提供一致风险水平的概念，因为所确定的替代物比较粗糙。它也不适用于与规定性指导的起源有关的更不寻常或不寻常的情况[5]。具体地说，在住宅建筑的背景下，它并没有解决住宅建筑可能表现出来的一系列不同的伪装。鉴于已确定的粗略替代，更合理的风险表达要求故障后果必须考虑包括两个部分：（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）。这导致了公式2中风险表达式的一般形式：

Risk=f*p（f）*（Ci+Ce）

防火和住宅建筑与任何其他建筑一样，住宅建筑仅根据高度提供防火性能。如果最顶层的合格楼层超出某些通用高度带，则耐火性会发生阶跃变化，如表1所示。

公寓楼火灾发生的频率受建筑面积的影响较小，受其中包含的住宅数量的影响较大[4]。这是因为所有住宅火灾中有很大一部分起源于客厅和厨房，而卧室的火灾通常发生在所有类型的住宅中。因此，几乎所有类型的公寓都存在最大的着火风险。因此，通常将住宅楼火灾发生的频率表示为与住宅数量成正比[4]。火灾中结构失效的后果（就对建筑物居住者的影响而言）将是直接受影响人数的函数。简单来说，这可能与给定公寓楼中包含的住宅数量有关。与许多其他建筑类型类似，住宅建筑的大小（高度）将影响与其故障相关的损坏区域，从而影响附近居民的后果。此外，建筑高度将对FRS进入并最终应对火灾所需的时间产生重大影响。

住宅建筑中的风险表达在公寓建筑中，建议火灾发生频率与住宅数量（N）成正比。失效概率仅涉及超过整个防火系统设计置信度的火灾（R，包括主动措施的贡献，如洒水器），并以可能导致倒塌的火灾表示。因此，由此产生的风险相关性如式3所示：

Risk=N*（1-R）*（Ci+Ce）

任何风险相关性都必须以任何特定社会所能容忍的最低绩效水平为背景。根据亚洲开发银行的建议设计的公共建筑（随后适当建造）可达到可接受的健康和安全标准，这一点是可以接受的。也就是说，在当前环境下，社会（以及政府）对与火灾死亡相关的统计数据感到满意。因此，所呈现的风险相关性可与公共建筑的“可接受”设计相关联，该设计可提供可接受的风险水平。然后，在评估不太常见（或不寻常）的建筑情况时，该风险水平（或风险分数）被视为一个常数，从而得出描述任何公寓建筑变体的耐火系统所需可靠性的相关性。

二、风险相关性校准

重新审视风险相关性——单楼梯公寓楼（每层七套公寓楼）的基线情况被用作校准第节中提出的风险相关性的基础。

根据ADB设计的公共建筑被视为为为建筑内部和附近的人提供适当水平的健康和安全。因此，它们符合英国可接受的社会风险水平。如果将多个基准楼层堆叠起来形成一栋建筑，则建议将其视为“普通建筑”的代表，前提是它是符合规范的建筑的同义词，其公寓类型和大小符合近期和历史国家统计趋势。根据由此产生的楼层倍增高度，该建筑预计将达到相关耐火性能。如果它是根据该文件设计的。考虑到火灾发生的频率，重新审视相关关系，公寓楼每年的火灾数量将与其中包含的住宅数量成正比。在后果的背景下审查相关性，并确保尺寸一致性：（i）建筑物起源的居住者的后果（Ci）可以表示为“典型居住者楼层的有效数量”，这是相对于基线情况测量的。也就是说，建筑物中的公寓总数（N）除以基准楼层公寓数量。（ii）外部受火灾影响的后果（Ce）可表示为“典型高度相关楼层的有效数量”。在这种情况下，任何建筑的高度都是相对于基准情况的层间高度进行标准化的。结果是一个以有效层数表示的组合结果度量（Ci+Ce）。更新后的风险相关性如公式4所示，風险单位为（公寓楼）：

Risk=N*（1-R）*（N/7-H/3）

四座示范建筑由统计上典型的公寓组成，与之前确定的类型和面积分布相对应。耐火要求可参考确定。最初的结果是在没有洒水保护的前提下给出的。也就是说，结构是实现耐火性的唯一途径（无论是内在的还是通过保护）。如果将该方法应用于特定项目，则考虑到所讨论的特定建筑的细微差别。所有情况下，由于其高度，都会落在结构耐火预期分布的严重端。然而，尽管如此，从最低耐火预期到最高耐火预期仍有大约20分钟的时间范围。

典型的做法是为所有高度超过30米的公寓楼提供洒水保护。因此，考虑到这一点，给出的结构耐火性数据将有所缓和。洒水保护的影响可以通过多种方式考虑。在相关指南的情况下，火灾荷载密度可降低39%。这会导致产生的火灾动态发生扭曲，因为该原则适用于闪络后火灾模型，在实践中，如果喷头成功运行，该模型不会达到如此严重的程度。或者，更现代的方法如试图通过考虑喷头的可靠性，将结构可靠性与耐火系统的整体可靠性区分开来。

三、结语

制定了一种新的方法，其中高层单楼梯住宅建筑的设计目标是在火灾发生频率、失效概率和失效后果的背景下表达的。该方法与统计数据有关，这些数据可能构成典型的“普通”、单楼梯、公寓楼，以及相关的耐火预期。虽然与英国统计数据和社会风险容忍度有关，但该方法适用于其他国家，需要重新校准。研究结果表明，同一高度的不同公寓楼所呈现的风险水平差异很大。因此，如果要达到一致的风险水平，则必须考虑建筑高度以外的变量来指定耐火性。拟建公寓的总数会影响火灾发生的可能性和后果。故障的后果既要考虑对建筑物居住者的影响，也要考虑对附近或随后进入建筑物的人（如消防队）的影响。结果是一种相关性，明确地将生命安全目标定义为公寓数量和建筑高度的函数。该方法是在考虑到高层单楼梯住宅建筑的情况下临时制定的（这在建筑中越来越常见）。在高层多楼梯住宅建筑的情况下，出现了其他尚未考虑的复杂性。也就是说，有限数量的结构构件（即仅限于火源所在单位的构件）的失效会对建筑物整体的稳定性产生什么影响（如有）（以及由此对失效后果产生的相关影响）。该方法以单一居住建筑为前提，不考虑混合使用租赁的影响。如果不超过高层单楼梯公寓楼的常规结构耐火极限（通常限制为120分钟），那么在高层住宅楼中，洒水系统的可靠性变得越来越重要，可能需要额外的弹性。

参考文献：

1. Communities and Local Government （2007） Approved Document B （fire safety）—buildings other than dwellinghouses. The Building Regulations 2010. CLG， London

2. British Standards Institution （2008） Code of practice for fire safety in the design， management and use of buildings. BS 9999. BSI， London

3. Kirby BR et al （2004） A new approach to specifying fire resistance periods. Struct Eng 84（19）：34–37

4. British Standards Institution （2003） Application of fire safety engineering principles to the design of buildings. Probabilistic risk assessment. PD 7974-7. BSI， London

5. Ministry of Works （1952） Fire grading of buildings. Post-war building studies No 20： Part I： general principles and structural precautions， Her Majesty’s Stationery Office， London

6. Ramachandran G， Charters D （2011） Quantitative risk assessment in fire safety， 1stedn. Spon Press， London

7. London Fire Brigade （2015） Fire facts—fires in greater London. LFB， London

8. Department for Communities and Local Government， （2015） Statistical data set Live tables on house building.

郑学高，渑池县消防救援大队，1984年4月出生，河南科技大学，计算机科学与技术专业，本科学士，现任渑池县消防救援大队大队长，主要負责防火和战训工作。