目 录
第一章 绪论 .............................................................................................................................. 1
1.1 研究背景及研究问题提出 .......................................................................................... 1
1.1.1 研究背景介绍 .................................................................................................... 1 1.1.2 研究问题提出 .................................................................................................... 2 1.2 研究问题界定 .............................................................................................................. 3
1.2.1 高层建筑界定 .................................................................................................... 3 1.2.2 防火功能界定 .................................................................................................... 4 1.3 本文研究目的及意义 .................................................................................................. 5
1.3.1 研究目的 ............................................................................................................ 5 1.3.2 研究意义 ............................................................................................................ 5 1.4 本文主要研究内容 ...................................................................................................... 6
1.4.1 论文的关键问题 ................................................................................................ 6 1.4.2 论文的研究方法和技术路线 ............................................................................ 6 1.4.3 论文的主要创新点 ............................................................................................ 8
第二章 文献综述与理论基础 .................................................................................................. 9
2.1 高层建筑火灾风险分析 .............................................................................................. 9
2.1.1 高层建筑火灾特点研究 .................................................................................... 9 2.1.2 高层建筑火灾危害性分析 .............................................................................. 10 2.2 防火功能的设计方案评价研究 ................................................................................ 11
2.2.1 防火功能实现影响因素分析 .......................................................................... 11 2.2.2 防火功能设计方案评价方法研究 .................................................................. 12 2.2.3 防火功能评价指标体系研究 .......................................................................... 14 2.3 本章小结 .................................................................................................................... 15 第三章 高层建筑防火功能评价指标体系研究设计............................................................ 17
3.1 火灾发展场景描述 .................................................................................................... 17
3.1.1 火灾发展阶段及特点 ...................................................................................... 17 3.1.2 高层建筑火灾发展场景分析及功能设定 ...................................................... 18 3.2 防火功能评价指标体系构建研究设计 .................................................................... 19
3.2.1 评价指标体系构建的原则 .............................................................................. 19 3.2.2 评价指标体系构建的依据 .............................................................................. 20 3.2.3 评价指标体系构建的方法 .............................................................................. 21 3.2.4 评价指标体系有效性分析 .............................................................................. 24 3.2.5 评价指标体系构建的技术路线 ...................................................................... 25 3.3 本章小结 .................................................................................................................... 26 第四章 基于事故树分析法的防火功能评价指标初选研究 ............................................... 27
4.1 事故树原理介绍 ........................................................................................................ 27 4.2 事故树基本分析 ........................................................................................................ 28
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4.2.1 事故树的结构函数 .......................................................................................... 28 4.2.2 割集和径集 ...................................................................................................... 28 4.3 高层建筑防火功能评价指标的初步建立 ................................................................ 29
4.3.1 初期灭火功能评价指标的初建 ...................................................................... 30 4.3.2 防火分区内控制功能评价指标的初建 .......................................................... 38 4.3.3 相邻防火分区隔断功能评价指标的初建 ...................................................... 43 4.3.4 人员安全疏散功能评价指标的初建 .............................................................. 48 4.4 本章小结 .................................................................................................................... 53 第五章 防火功能评价指标的筛选确定及相关关系研究 ................................................... 54
5.1 结构方程模型简介 .................................................................................................... 54
5.1.1 结构方程模型产生的背景 .............................................................................. 54 5.1.2 结构方程模型的优点 ...................................................................................... 55 5.1.3 结构方程模型的构建过程 .............................................................................. 55 5.2 问卷的发放及回收 .................................................................................................... 57
5.2.1 问卷调查的目的及程序 .................................................................................. 57 5.2.2 问卷数量的确定 .............................................................................................. 57 5.3 初期灭火功能评价指标确定 .................................................................................... 60
5.3.1 模型建立 .......................................................................................................... 60 5.3.2 模型的有效性验证 .......................................................................................... 61 5.3.3 指标的筛选确定及相关关系研究 .................................................................. 61 5.4 防火分区内控制功能评价指标确定 ........................................................................ 63
5.4.1 模型建立 .......................................................................................................... 63 5.4.2 模型的有效性验证 .......................................................................................... 64 5.4.3 指标的筛选确定及相关关系研究 .................................................................. 65 5.5 相邻防火分区隔断功能评价指标确定 .................................................................... 67
5.5.1 模型建立 .......................................................................................................... 67 5.5.2 模型的有效性验证 .......................................................................................... 68 5.5.3 指标的筛选确定及相关关系研究 .................................................................. 68 5.6 人员安全疏散功能评价指标确定 ............................................................................ 70
5.6.1 模型建立 .......................................................................................................... 70 5.6.2 模型的有效性验证 .......................................................................................... 71 5.6.3 指标的筛选确定及相关关系研究 .................................................................. 71 5.7 本章小结 .................................................................................................................... 73 结论与展望 .............................................................................................................................. 75 参考文献 .................................................................................................................................. 77 附 录 .................................................................................................................................. 81
附录Ⅰ：历年高层建筑火灾情况统计 ........................................................................... 81 附录Ⅱ：高层建筑防火功能评价指标调查问卷 ........................................................... 84 附录Ⅲ：某项目设计方案防火功能评价 ....................................................................... 87 发表论文和科研情况说明 ...................................................................................................... 90 致 谢 .................................................................................................................................. 91
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第一章 绪论
第一章 绪论
1.1 研究背景及研究问题提出 1.1.1 研究背景介绍
随着我国社会经济和城市化进程的不断推进，城市人口增长与城市土地资源有限的矛盾日渐突出，高层建筑凭借其节约用地、容纳人数众多等特点如雨后春笋般出现并投入使用，几乎占据城市建筑面积的30—40%[1]。高层建筑作为商业化、工业化的结果，日渐发展成一种城市现代化的标志，也是建造业主实力雄厚的象征。根据统计，我国目前共有各类高层建筑13.4万幢，其中超高层建筑（高度大于100m）2453栋。
与此同时，高层建筑火灾带来的损失也呈现出上升的趋势，近年来高层建筑火灾发生频繁，给我国的国民经济和社会发展造成了极其恶劣的影响，2000-2009年高层建筑火灾情况及造成的损失如表1-1所示，部分高层建筑火灾情况见附录Ι。究其原因，一方面是高层建筑的平面布局、立体结构及人员环境复杂，致火因素众多，火灾安全隐患大；而且由于高层建筑的烟囱效应显著，一旦发生火灾，火灾蔓延速度很快，对人员疏散和财产保护造成很大的威胁和挑战。更为重要的原因在于我国高层建筑的防火设计更注重成本控制，防火功能设计与消防安全需要难以匹配，设计单位和业主不能有效地对防火方案进行科学的评价，导致在后续使用过程中防火功能不足或防火功能不能得到充分发挥，无法有效地预防并控制火灾的发生和发展以减少人员伤亡和财产损失。
表1-1 2000-2009年高层建筑火灾情况
Table 1.1 High-rise Building Fires Happened from 2000 to 2009 年份 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 火灾总数 189185 216784 258315 253932 252804 235941 231881 163521 136835 高层建筑火灾 18432 15270 16349 16999 19023 18032 19095 11979 16125 死亡人数 736 614 652 690 793 666 501 505 631 366 受伤人数 1166 910 459 775 658 494 359 268 263 185 财产损失（万元） 33846.3 22840.5 20909.6 24006.6 22867.8 19989.4 19649.1 17935.5 75401.9 36459.3 2009 128331 11060 资料来源：根据文献[2-11]绘制 - 1 -
第一章 绪论
1.1.2 研究问题提出
我国《高层民用建筑设计防火规范》GB50045—95（2005年版）、《建筑设计防火规范》等相关规范对防火设计作了相应的规定，如对建筑物的耐火等级、防火分区、安全疏散、防排烟系统、自动喷水灭火系统等功能指标的设计均规定了具体的参数，对于我国高层建筑的防火安全设计具有重大的作用的意义，为保证我国建筑火灾安全做出了重大的贡献。但是，这些规定多数是直接引自国外或根据国内已经建成的建筑状况提出的[12]
，是一种经验性总结，而对于建筑物总体的防火功能目标并没有作出明确的规定。随着经济的迅速发展，建筑物的类型趋于多样化，其内部空间及功能模块千变万化，使规范表现出严重的滞后性；而且规范之间也存在着一些矛盾和分歧，使得设计者在很多时候不知如何适用。我国传统的设计规范存在的不足主要表现在以下几个方面：
1.设计方案受限
每座建筑物都是独特的，其结构、用途、内部火灾危险的分布、大小都是各不相同的，居住者和使用者的素质和条件也都各异。完全照搬现行规范给定的参数和指标做出的设计方案，未必是最科学、最合理的选择。而且，要套用规范中对的参数设计，客观上限制了设计的灵活性，使建筑结构死板。
2.单独设防，缺乏综合考虑
现行的规范在消防给水、防排烟等方面层层设防[13]，单独考虑[14]，而未能针对各单独的建设项目统一布局各子系统，不仅可能造成消防投资的极大浪费，也可能不能良好的实现消防疏散的目的。
3.不利于新技术、新材料的使用
随着科学技术的突飞猛进，新技术、新材料不断推陈出新，计算机和通讯技术的迅速发展，都极大的推动了防火设计的发展。而现行的处方式设计规范对很多结构材料和技术标准均做出了硬性的规定，在很大程度上限制了新产品、新工艺的开发利用[15]。
4.条文规范之间相互对立、互不沟通
由于各种原因，我国现行的各类设计方法和规范尚未形成完整而统一的系统，使得设计人员有时会无从着手，不知应以哪种规范为准。各部分之间自成系统[15]，不能兼顾，如若完全照搬，不仅可能导致不必要的浪费，甚至会使得整体的防火性能不能得到有效的判定。而且随着科技的不断发展，高层建筑的结构形式都发生了显著的变化，经常遇到规范中的设计空白，使其防火问题形势严峻。
鉴于这种传统防火设计方法的不足，我国也开始引进国外的性能化防火设计以提高建筑物的防火性能。性能化防火设计就是利用火灾安全工程学的原理，通过制定整个建筑物的防火系统需要达到的性能目标，针对所要设计建筑物的实际情况，采用各种有效方法对建筑物所具有的防火能力进行定性或定量地预测与评估，从而找到最佳的防火设计方案[16]。可见，性能化防火设计是一种以功能为导向的安全设计[17]，即通过可靠地设计手段达到工程安全性质指标的目的[18]。性能化防火设计一个很重要的部分就是对设计方案进行评价比较，这就促使了性能化设计方案防火功能评估的发展。
防火功能的评估包括指标体系的建立和评估方法的选择两个方面。设计方案评价指
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第一章 绪论
标体系不仅是评估工作中的非常重要的核心内容，也是评估中的基础性工作。指标体系的建立需要以广泛的调查研究和深入细致的分析综合作为基础。具体地说，就是把影响防火功能实现的主要因素归纳总结成一系列概念明确、边界清晰和便于把握的指标，并把这些指标按照内在的联系及隶属关系组织起来，构造出评估的指标体系。指标体系是否科学合理，直接关系到评估的作用和功能是否能够正常发挥，进而影响到评估能否被认可，能否提高防火安全水平的目的。因此，建立一套科学、合理的指标体系，是一项非常重要的工作。
1.2 研究问题界定 1.2.1 高层建筑界定
高层建筑是随着国家经济的不断发展，城市人口的增多、建设用地的减少、地价的持续攀升、电梯的发明使用、钢筋混凝土等级不断增强而得到发展的。近代高层建筑起源于美国，是社会经济和科学技术发展的产物，至今已有100多年的历史。大约在20世纪50年代左右，我国才能自行建造高层建筑。但之后，我国的高层建筑的发展取得了辉煌的成绩。不少高楼大厦林立而起，摩天大楼也不再是神话，已经成为中国乃至亚洲的重要景观。
在不同的国家和不同的发展时期，对于高层建筑有着不同的定义。目前，世界各国对于高层建筑的分类并没有达成一个统一的标准。联合国教科文组织所属的世界高层建筑委员成立于1972年，该组织按照层数和高度将高层建筑划分为四类：
第一类，层数为9至16层，高度不大于50m； 第二类，层数为17至25层，高度不大于75m； 第三类，层数为26层至40层，高度不大于100m； 第四类，40层以上，高度大于100m。
随着高层建筑的不断发展，我国对高层建筑的划分标准也一直在做相应的调整。我国相关法律规范对高层建筑的界定如表1-2所示。
为了简化对高层建筑的统计口径，从1984年起，我国住房和城乡建设部对住宅和非住宅建筑一律以10层作为划分高层建筑的起点。本文中所指的高层建筑与我国防火设计规范中规定的范围相一致，为十层及以上的住宅建筑和高度超过24m但不高于250m的民用建筑。
表1-2 我国相关法规对高层建筑的界定
Table 1.2 The Definition of High-rise Building in Related Regulations 时间 1980.10.1- 1983.6.1 法规 《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规定》JGJ 3-79 规定 第一章第3条：适用于八层及八层以上的高层民用建筑钢筋混凝土框架结构、框架-剪力墙结构和现浇剪力墙结构。
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