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广东城建达设计院有限公司 广东佛山 528000
摘要：本文主要针对大型商业建筑性能化的防火设计展开了探讨，通过结合具体的工程实例，对存在的消防安全问题作了阐述，并给出了性能化的解决方案和相应设计，以期能为有关方面的需要提供参考借鉴。
关键词：商业建筑；性能化；防火设计
0 引言
伴随着商业建筑的发展，其火灾的发生也呈现出上升的趋势，大规模、大空间、多功能给商业建筑的防火和安全疏散设计带来更多的困难。因此，我们必须要做好性能化防火的设计工作，以防止商业建筑重大火灾的发生。基于此，本文就大型商业建筑性能化的防火设计进行了探讨，相信对有关方面的需要能有一定的帮助。
1 建筑工程概况
本工程属一类高层综合楼，按一级耐火等级设计，构建若干个大中庭。该项目总建筑面积189456m2，建筑高度99.7m，共31层，地下1、2层为车库，1～3层为商业裙房，4～31层为公寓。原设计商业裙房业态为建材家具，现经营业态改造成普通商业。改造前由于其经营业态的特殊性，家具建材等商品往往占据了营业厅较大的面积，顾客流量少于普通商业，主要是解决建筑内人员疏散问题。
2 存在的消防安全问题
原建筑在建造之初经过消防专家论证评估，由于经营业态的特殊性，其疏散设计较普通商业建筑进行了适当的折减。后业主根据经营需要，经营业态由建材家具更改为普通商业。因此，性能化防火设计在本项目中主要是解决建筑内人员荷载增多时的疏散问题，主要消防问题包括如下。
（1）建筑2层、3层疏散宽度不满足规范的要求。依据现行《建筑设计防火规范》的要求，1层疏散宽度应为50.79m，2层疏散宽度应为51.28m，3层疏散宽度应为47.45m。目前设计是：1层疏散宽度为69m，2层、3层疏散宽度为36.56m，不能满足规范要求。
（2）首层有5部楼梯不能直通室外，需要通过室内步行街向室外疏散，由疏散口直接通向室外的距离，最远疏散距离达48m，不满足
《建筑设计防火规范》GB50016-2014 要求。
3 性能化解决方案
3.1 设置人员安全疏散亚安全区
将临步行街的商铺划分为各自独立的防火单元，其内部火灾产生的烟气将通过机械排烟系统及水喷淋自动灭火系统控制在本单元内，即使少量烟气溢出到中庭的公共区域，步行街内探测器侦测后，立即启动步行街内的排烟风机，保证中庭不受烟气影响。另一方面，中庭内公共区域主要作为人员走道，没有商业活动，无火灾荷载，中庭内本身火灾发生的概率极低，并且在中庭回廊内设置了水喷淋自动灭火系统和自动排烟系统，同时在中庭顶部设置自动排烟系统及大空间自动扫描定位喷水灭火系统。通过以上措施，使中庭区域本身无火灾危险，也不会受到其他区域火灾蔓延的影响，成为一个相对安全的区域。因此，将室内步行街定义为界于商铺功能区域和室外之间的“亚安全区”。在此基础上，将烟气运动及人员安全疏散的计算结果进行对比，验证发生火灾时各防火单元内的烟气是否对中庭内的疏散人员构成威胁。可见，本建筑改造项目均与人员疏散密切相关，问题的关键在于保证人员疏散时间内人员的安全。
3.2 疏散宽度不足的解决方案
由于经营业态改变、人员荷载增加、结合结构等方面情况，在如图 1 所示位置增加 4 部剪刀楼梯，解决疏散宽度不足的问题。
原建筑经过 pathfinder 疏散模拟分析发现，在疏散之初 A、B 两处易发生拥堵，如图 2 所示，即使在疏散后期 B 处的拥堵依然十分严重，如图 3 所示。
图1 一层平面（改造后）
图2 一层60s时人员疏散情况（改造前）
图3 一层180s时人员疏散情况（改造前）
由此可推测，改造后建筑中部疏散通道的压力会进一步加大。因此，在首层中部增设一条2.0m的疏散走道（如图1阴影所示），以缓解步行街首层中部疏散通道的拥堵问题。
4 性能化设计论证
性能化消防设计的总体目标为建筑物发生火灾后，建筑内的人员能安全疏散到安全区域。对于本文分析的火灾场景建立了FDS模型，在相应部位设置探测器用以准确分析可用疏散时间，并且分析模拟商场内着火情况下烟气蔓延状况。
4.1 火灾场景的设计
4.1.1 火源位置
模拟对象为首层发生火灾的商铺以及整个亚安全区，如图4所示。其中，首层起火店铺面积约为260m2，整个亚安全区（包括首层～3层）总面积为8900m2，主要是验证分析亚安全区两侧中小型商铺发生火灾时对亚安全区内疏散的影响。在模拟中设置当店铺发生火灾时，店铺前门作为与亚安全区连通的开口面。根据建筑设计图，该开口面尺寸为2m×2.4m。零售店铺层高约为5m，店铺内按规范设置机械排烟系统。同时，店铺内设置自动喷水灭火系统和火灾自动报警系统，喷水灭火系统采用快速响应喷头。
图4 起火店铺位置及详图
4.1.2 火灾规模确定
火灾规模确定参照当地标准DGJ08-88—2006《上海市工程建设规范-防排烟技术规程》中对各类火灾规模取值的规定，喷淋有效时其火灾规模为3MW。当喷淋失效时，利用托马斯轰燃公式进行计算，该公式是在室内火灾轰燃试验的基础上得到的经验公式：
式中Q———发生轰燃时的热释放速率（kW）；
At———房间的内表面积（m2）；
AW———通风口面积（m2）；
HW———通风口高度（m）。
根据火源所在房间的具体几何参数，该商铺发生火灾后轰燃时的最大火灾规模为8.8MW。
4.2 烟气运动分析
火灾对人员的危害主要是火灾产生的烟气，一般从烟气层高度、温度、毒性气体的深度、能见度等方面进行讨论。参考建筑工程性能化消防设计与评估相关内容，设定安全判定标准为：商场内烟气层最小清晰高度取2m，中庭内烟气层清晰高度按1.6+0.1H计算（H为中庭高度），清晰高度以下空间内烟气温度不超过60℃，能见度不低于10m，CO浓度不超过500ppm。经过分析，将可用疏散时间T汇总见表1。 表1 大型商场火灾场景分析
4.3 人员疏散分析
性能化评估使用的人员荷载参照现行规范，根据不同建筑的使用功能按建筑面积折算。根据设计单位提供的相关资料，计算出各商业区域的人数，利用pathfinder疏散模拟软件对建筑内人员整体疏散进行模拟计算，考虑火灾探测、报警时间及人员疏散行动时间等延迟因素，得到疏散时间。将改造前后的疏散结果进行对比分析，见表2，由于疏散楼梯和疏散通道的增设，保证了建筑改造后较改造前必须疏散时间没有出现大幅的增长。
表2 改造前后必须疏散时间对比
4.4 人员安全分析
人员安全性判定通过比较必需人员疏散时间与可用安全疏散时间实现，见表3。
表3 人员疏散安全性判定
5 结语
综上所述，大型商业建筑具有建筑体量大、面积大、层数多、装修复杂、可燃物品多、疏散路径长等特点，这给商业建筑的防火和安全疏散设计带来更多的困难。因此，我们需要做好商业建筑性能化的防火设计工作，以为及时发现火灾、降低和消除火灾带来帮助。
参考文献：
[1]高舜奕.大型商业建筑性能化防火设计探讨[J].科技资讯.2011（29）.
[2]杨斌.某大型地下商业建筑性能化消防设计[J].消防科学与技术.2013（07）.
[3]郑雁秋.地下商业建筑防火设计[J].消防科学与技术.2011（01）.
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分，来对建筑物抗震性能的目标进行评定。
3、计算分析
在多遇地震的作用以及风荷载的作用下，用Midas和Satwe两种软件来进行弹性时程分析以及反应谱分析，用ETABS程序来对楼板及框支梁进行应力的分析，分析其结构构件是否处在弹性阶段，承载能力及变形能力是否满足了现行的规范要求，是否能够满足“小震不坏”。
在设防烈度的地震作用下，用Satwe软件对其进行中震弹性分析以及中震不屈服的分析，用程序对框支梁、楼板和剪力墙进行应力的分析，分析结构是否处在弹性状态，是否能够满足“中震可修”。
在罕遇地震的作用下，用Midas和Satwe这两种软件来进行弹塑性时程的分析，弹塑性时程的分析采用的是安全评估法来进行分析的，通过对结构的整体性能以及构件的变形性能两方面来考察抗震结构其安全性能。其中结构整体的性能评估从弹塑性层间的位移角、底部剪力、剪重比、塑性发展过程以及塑性的发展区域来进行评估；而构件的变形性能评估则从构件塑性的变形以及塑性的变形限制值大小相关系，关键部位上的关键构件塑性的变形情况来对其结构进行评估的。
在构件变形的性能分析的中，分结构塑性铰分布的整体分析及结构构件的损伤状态性能对两个阶段来进行分析。首先进行结构塑性铰的分布整体分析，采用构件的延性系数分级来进行结构构件抗震的性能评估，为了解结构在罕遇地震的作用下从弹性到屈服及屈服后阶段全过程的行为，判断其结构是否存在着可能的薄弱区，还需要进行结构的构件损伤状态性能进行分析。
另外，在罕遇地震的作用下，再用ETABS程序来对楼板进行应力的分析。
从分析的结果判断，根据建筑物在罕遇地震的作用下，结构层间的弹塑性位移以及层间的位移角是否满足了规范限值的要求，结构主要抗侧力的构件是否发生了严重破坏，是否满足了“大震不倒”的设防目标。
4、技术措施
在整个设计过程中，针对建筑物超限的情况，从结构体系以及构造加强措施、结构抗震概念设计和布置、计算分析等几个方面，来采取相应的设计对策以及构造的加强措施，确保该工程能够安全和可靠。
五、结束语
基于性能的抗震设计在当前的工程建设中并没得到广泛应用，主要是因为工程的设计人员尚未完全的掌握该理论应用方法，而且该理论仍存在一些问题，都有待进一步的研究及改进，工程的设计人员需要承担较大的风险。本文的探讨希望能够给超限高层建筑的抗震结构设计的相关方向提供参考。
参考文献：
[1]刘冠雄，《关于超限高层建筑的结构抗震设计探讨》[J].城市建设理论研究，2012（11）
[2]唐佳卫，《超限高层建筑抗震设计浅析》[J].城市建设理论研究，2013（2）
[3]田铁刚，《超限高层建筑结构抗震设计》[J].城市建设理论研究，2013（10）
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内容越来越复杂，难度越来越大。从另一个角度来说，我国建筑结构设计对设计人员知
识的深度和广度有了更多的要求。在此种情况下，现有的结构设计程序已不能满足设计人员的需求。例如有些力学模型不能适应比较复杂的结构和构件形式，对某些构件的承载力设计处理不理想或计算不准确，这对建筑物的安全性缺乏保证。同时计算机程序的内容和功能直接影响结构设计水平。有时为了解决生产问题，配合软件的能力，只能把计算过程简化以满足计算程序的能力。所以，提高结构设计中建筑的安全性，首先要开发出一款高精度软件，这就需要设计者和计算机程序专业人员合作去完成软件开发，推新创新，不安于现状，勇于承担起这个任务。
五、结束语
通过对以上建筑结构设计中存在问题的剖析，可以加强建筑结构设计人员重新认识自己工作的重要性，明确自己的责任，提高对结构设计质量安全问题的辨别能力，积累结构设计中出现的问题作为经验，使建筑结构设计工作行业逐步步入正轨，做到建筑物的设计更安全、更合理。把不与不法违规公司为伍，并切实把国家对建筑物的相关规定落到实处，不与规范，规定打擦边球作为自己的工作原则，为提高建筑结构设计中建筑的安全性出一份力。
参考文献：
[1]王刚.高建筑结构设计的相关问题[J].中华民居，2013（12）
[2]李培华.试论高层建筑结构设计的相关问题[J].科技创业家，2012（6）
[3]韩苹食.谈高层建筑结构设计的相关问题[J].城市建设理论研究，2012
[4]朱镜清.结构抗震分析原理[M].地震出版社，2002，11.
[5]黄春明.试论建筑结构设计安全度[J].中国科技信息，2009.
[6]田龙.浅谈高层建筑的结构设计[J].价值工程，2011.1：99.
[7]徐培福.复杂高层建筑结构设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.
摘要：本文主要针对大型商业建筑性能化的防火设计展开了探讨，通过结合具体的工程实例，对存在的消防安全问题作了阐述，并给出了性能化的解决方案和相应设计，以期能为有关方面的需要提供参考借鉴。
关键词：商业建筑；性能化；防火设计
0 引言
伴随着商业建筑的发展，其火灾的发生也呈现出上升的趋势，大规模、大空间、多功能给商业建筑的防火和安全疏散设计带来更多的困难。因此，我们必须要做好性能化防火的设计工作，以防止商业建筑重大火灾的发生。基于此，本文就大型商业建筑性能化的防火设计进行了探讨，相信对有关方面的需要能有一定的帮助。
1 建筑工程概况
本工程属一类高层综合楼，按一级耐火等级设计，构建若干个大中庭。该项目总建筑面积189456m2，建筑高度99.7m，共31层，地下1、2层为车库，1～3层为商业裙房，4～31层为公寓。原设计商业裙房业态为建材家具，现经营业态改造成普通商业。改造前由于其经营业态的特殊性，家具建材等商品往往占据了营业厅较大的面积，顾客流量少于普通商业，主要是解决建筑内人员疏散问题。
2 存在的消防安全问题
原建筑在建造之初经过消防专家论证评估，由于经营业态的特殊性，其疏散设计较普通商业建筑进行了适当的折减。后业主根据经营需要，经营业态由建材家具更改为普通商业。因此，性能化防火设计在本项目中主要是解决建筑内人员荷载增多时的疏散问题，主要消防问题包括如下。
（1）建筑2层、3层疏散宽度不满足规范的要求。依据现行《建筑设计防火规范》的要求，1层疏散宽度应为50.79m，2层疏散宽度应为51.28m，3层疏散宽度应为47.45m。目前设计是：1层疏散宽度为69m，2层、3层疏散宽度为36.56m，不能满足规范要求。
（2）首层有5部楼梯不能直通室外，需要通过室内步行街向室外疏散，由疏散口直接通向室外的距离，最远疏散距离达48m，不满足
《建筑设计防火规范》GB50016-2014 要求。
3 性能化解决方案
3.1 设置人员安全疏散亚安全区
将临步行街的商铺划分为各自独立的防火单元，其内部火灾产生的烟气将通过机械排烟系统及水喷淋自动灭火系统控制在本单元内，即使少量烟气溢出到中庭的公共区域，步行街内探测器侦测后，立即启动步行街内的排烟风机，保证中庭不受烟气影响。另一方面，中庭内公共区域主要作为人员走道，没有商业活动，无火灾荷载，中庭内本身火灾发生的概率极低，并且在中庭回廊内设置了水喷淋自动灭火系统和自动排烟系统，同时在中庭顶部设置自动排烟系统及大空间自动扫描定位喷水灭火系统。通过以上措施，使中庭区域本身无火灾危险，也不会受到其他区域火灾蔓延的影响，成为一个相对安全的区域。因此，将室内步行街定义为界于商铺功能区域和室外之间的“亚安全区”。在此基础上，将烟气运动及人员安全疏散的计算结果进行对比，验证发生火灾时各防火单元内的烟气是否对中庭内的疏散人员构成威胁。可见，本建筑改造项目均与人员疏散密切相关，问题的关键在于保证人员疏散时间内人员的安全。
3.2 疏散宽度不足的解决方案
由于经营业态改变、人员荷载增加、结合结构等方面情况，在如图 1 所示位置增加 4 部剪刀楼梯，解决疏散宽度不足的问题。
原建筑经过 pathfinder 疏散模拟分析发现，在疏散之初 A、B 两处易发生拥堵，如图 2 所示，即使在疏散后期 B 处的拥堵依然十分严重，如图 3 所示。
图1 一层平面（改造后）
图2 一层60s时人员疏散情况（改造前）
图3 一层180s时人员疏散情况（改造前）
由此可推测，改造后建筑中部疏散通道的压力会进一步加大。因此，在首层中部增设一条2.0m的疏散走道（如图1阴影所示），以缓解步行街首层中部疏散通道的拥堵问题。
4 性能化设计论证
性能化消防设计的总体目标为建筑物发生火灾后，建筑内的人员能安全疏散到安全区域。对于本文分析的火灾场景建立了FDS模型，在相应部位设置探测器用以准确分析可用疏散时间，并且分析模拟商场内着火情况下烟气蔓延状况。
4.1 火灾场景的设计
4.1.1 火源位置
模拟对象为首层发生火灾的商铺以及整个亚安全区，如图4所示。其中，首层起火店铺面积约为260m2，整个亚安全区（包括首层～3层）总面积为8900m2，主要是验证分析亚安全区两侧中小型商铺发生火灾时对亚安全区内疏散的影响。在模拟中设置当店铺发生火灾时，店铺前门作为与亚安全区连通的开口面。根据建筑设计图，该开口面尺寸为2m×2.4m。零售店铺层高约为5m，店铺内按规范设置机械排烟系统。同时，店铺内设置自动喷水灭火系统和火灾自动报警系统，喷水灭火系统采用快速响应喷头。
图4 起火店铺位置及详图
4.1.2 火灾规模确定
火灾规模确定参照当地标准DGJ08-88—2006《上海市工程建设规范-防排烟技术规程》中对各类火灾规模取值的规定，喷淋有效时其火灾规模为3MW。当喷淋失效时，利用托马斯轰燃公式进行计算，该公式是在室内火灾轰燃试验的基础上得到的经验公式：
式中Q———发生轰燃时的热释放速率（kW）；
At———房间的内表面积（m2）；
AW———通风口面积（m2）；
HW———通风口高度（m）。
根据火源所在房间的具体几何参数，该商铺发生火灾后轰燃时的最大火灾规模为8.8MW。
4.2 烟气运动分析
火灾对人员的危害主要是火灾产生的烟气，一般从烟气层高度、温度、毒性气体的深度、能见度等方面进行讨论。参考建筑工程性能化消防设计与评估相关内容，设定安全判定标准为：商场内烟气层最小清晰高度取2m，中庭内烟气层清晰高度按1.6+0.1H计算（H为中庭高度），清晰高度以下空间内烟气温度不超过60℃，能见度不低于10m，CO浓度不超过500ppm。经过分析，将可用疏散时间T汇总见表1。 表1 大型商场火灾场景分析
4.3 人员疏散分析
性能化评估使用的人员荷载参照现行规范，根据不同建筑的使用功能按建筑面积折算。根据设计单位提供的相关资料，计算出各商业区域的人数，利用pathfinder疏散模拟软件对建筑内人员整体疏散进行模拟计算，考虑火灾探测、报警时间及人员疏散行动时间等延迟因素，得到疏散时间。将改造前后的疏散结果进行对比分析，见表2，由于疏散楼梯和疏散通道的增设，保证了建筑改造后较改造前必须疏散时间没有出现大幅的增长。
表2 改造前后必须疏散时间对比
4.4 人员安全分析
人员安全性判定通过比较必需人员疏散时间与可用安全疏散时间实现，见表3。
表3 人员疏散安全性判定
5 结语
综上所述，大型商业建筑具有建筑体量大、面积大、层数多、装修复杂、可燃物品多、疏散路径长等特点，这给商业建筑的防火和安全疏散设计带来更多的困难。因此，我们需要做好商业建筑性能化的防火设计工作，以为及时发现火灾、降低和消除火灾带来帮助。
参考文献：
[1]高舜奕.大型商业建筑性能化防火设计探讨[J].科技资讯.2011（29）.
[2]杨斌.某大型地下商业建筑性能化消防设计[J].消防科学与技术.2013（07）.
[3]郑雁秋.地下商业建筑防火设计[J].消防科学与技术.2011（01）.
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分，来对建筑物抗震性能的目标进行评定。
3、计算分析
在多遇地震的作用以及风荷载的作用下，用Midas和Satwe两种软件来进行弹性时程分析以及反应谱分析，用ETABS程序来对楼板及框支梁进行应力的分析，分析其结构构件是否处在弹性阶段，承载能力及变形能力是否满足了现行的规范要求，是否能够满足“小震不坏”。
在设防烈度的地震作用下，用Satwe软件对其进行中震弹性分析以及中震不屈服的分析，用程序对框支梁、楼板和剪力墙进行应力的分析，分析结构是否处在弹性状态，是否能够满足“中震可修”。
在罕遇地震的作用下，用Midas和Satwe这两种软件来进行弹塑性时程的分析，弹塑性时程的分析采用的是安全评估法来进行分析的，通过对结构的整体性能以及构件的变形性能两方面来考察抗震结构其安全性能。其中结构整体的性能评估从弹塑性层间的位移角、底部剪力、剪重比、塑性发展过程以及塑性的发展区域来进行评估；而构件的变形性能评估则从构件塑性的变形以及塑性的变形限制值大小相关系，关键部位上的关键构件塑性的变形情况来对其结构进行评估的。
在构件变形的性能分析的中，分结构塑性铰分布的整体分析及结构构件的损伤状态性能对两个阶段来进行分析。首先进行结构塑性铰的分布整体分析，采用构件的延性系数分级来进行结构构件抗震的性能评估，为了解结构在罕遇地震的作用下从弹性到屈服及屈服后阶段全过程的行为，判断其结构是否存在着可能的薄弱区，还需要进行结构的构件损伤状态性能进行分析。
另外，在罕遇地震的作用下，再用ETABS程序来对楼板进行应力的分析。
从分析的结果判断，根据建筑物在罕遇地震的作用下，结构层间的弹塑性位移以及层间的位移角是否满足了规范限值的要求，结构主要抗侧力的构件是否发生了严重破坏，是否满足了“大震不倒”的设防目标。
4、技术措施
在整个设计过程中，针对建筑物超限的情况，从结构体系以及构造加强措施、结构抗震概念设计和布置、计算分析等几个方面，来采取相应的设计对策以及构造的加强措施，确保该工程能够安全和可靠。
五、结束语
基于性能的抗震设计在当前的工程建设中并没得到广泛应用，主要是因为工程的设计人员尚未完全的掌握该理论应用方法，而且该理论仍存在一些问题，都有待进一步的研究及改进，工程的设计人员需要承担较大的风险。本文的探讨希望能够给超限高层建筑的抗震结构设计的相关方向提供参考。
参考文献：
[1]刘冠雄，《关于超限高层建筑的结构抗震设计探讨》[J].城市建设理论研究，2012（11）
[2]唐佳卫，《超限高层建筑抗震设计浅析》[J].城市建设理论研究，2013（2）
[3]田铁刚，《超限高层建筑结构抗震设计》[J].城市建设理论研究，2013（10）
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内容越来越复杂，难度越来越大。从另一个角度来说，我国建筑结构设计对设计人员知
识的深度和广度有了更多的要求。在此种情况下，现有的结构设计程序已不能满足设计人员的需求。例如有些力学模型不能适应比较复杂的结构和构件形式，对某些构件的承载力设计处理不理想或计算不准确，这对建筑物的安全性缺乏保证。同时计算机程序的内容和功能直接影响结构设计水平。有时为了解决生产问题，配合软件的能力，只能把计算过程简化以满足计算程序的能力。所以，提高结构设计中建筑的安全性，首先要开发出一款高精度软件，这就需要设计者和计算机程序专业人员合作去完成软件开发，推新创新，不安于现状，勇于承担起这个任务。
五、结束语
通过对以上建筑结构设计中存在问题的剖析，可以加强建筑结构设计人员重新认识自己工作的重要性，明确自己的责任，提高对结构设计质量安全问题的辨别能力，积累结构设计中出现的问题作为经验，使建筑结构设计工作行业逐步步入正轨，做到建筑物的设计更安全、更合理。把不与不法违规公司为伍，并切实把国家对建筑物的相关规定落到实处，不与规范，规定打擦边球作为自己的工作原则，为提高建筑结构设计中建筑的安全性出一份力。
参考文献：
[1]王刚.高建筑结构设计的相关问题[J].中华民居，2013（12）
[2]李培华.试论高层建筑结构设计的相关问题[J].科技创业家，2012（6）
[3]韩苹食.谈高层建筑结构设计的相关问题[J].城市建设理论研究，2012
[4]朱镜清.结构抗震分析原理[M].地震出版社，2002，11.
[5]黄春明.试论建筑结构设计安全度[J].中国科技信息，2009.
[6]田龙.浅谈高层建筑的结构设计[J].价值工程，2011.1：99.
[7]徐培福.复杂高层建筑结构设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.