汽车4S店建筑钢结构防火保护设计的研究
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D－火源等效直径，m;
Q－火源热释放速率，kW。
对于具有一定面积大小的火源，可采用虚拟点火源位置的方法计算火羽流的温度。虚拟点火源的位置可用公式(6)计算:
其中:zv－虚拟点源的位置，m;
L－平均火焰高度，m;
－对流热释放速率，kW;通常α取0.6－0.7。火羽流中心线的平均温升可用公式(6)计算:
2.2 汽车4S店钢结构建筑内火灾热释放速率分析
图1 火源位置
汽车4S店钢结构建筑火灾可用非稳态火灾模型(t2特征火灾)进行模拟，即认为火灾热释放速率与时间的平方成正比关系，用公式(1)表示:
式中:˙Q－火源热释放速率，kW;
α－火灾增长速率，kW/s2;
t－火灾的燃烧时间，s;
通过建筑火灾中火源位置的分析可知，汽车4S店钢结构建筑火灾可分为展示区火灾和汽车火灾两类。
1 影响汽车4S店钢结构建筑的火灾危险因素分析
众所周知，建筑火灾中产生的火焰及高温羽流主要来源于建筑内部的可燃物的燃烧释放热值，汽车4S店建筑在建筑形式上有展示厅、维修保养车间、钣金喷漆车间、车库、备件库等，在实用功能上主要有民用建筑的商业与办公场所使用性质和工业建筑的汽车保养维修场所使用性质两种区域组合构成，有明显的“前店后厂”的特征。其两种不同使用功用区域的可燃物分布、火灾荷载以及装修情况有很大的不同，主要火灾危险表现分析如下:
3.2 钢结构温升计算
在火灾中，钢构件的温度可以通过以下公式(7)计算:
式中，t—升温时间，s;
△t—时间步长，s，一般不应大于5s;
Ts，Tg—分别为火灾下钢构件的内部温度和周围空气的温度，℃;
ρs—分别为钢材的密度，kg/m3;
cs—分别为钢材的比热，J/(kg·K);
F—单位长度构件的受火表面积，m2/m;
汽车4S店建筑钢结构防火保护设计的研究
倪宁;叶志冬
【摘 要】基于汽车4S店钢结构建筑在不同火灾场景下的火灾蔓延及烟气温度分布的特点,采用经验公式计算火灾环境中钢构件的温度,分析火灾情况下裸露的钢结构是否需要防火保护以及如何进行保护,以验证防火设计保护区域.
【期刊名称】《福建建筑》
【年(卷),期】2014(000)008
(2)修车库区域发生火灾时，火焰上方4.7m高度处的温度为297℃，此高度基本达到屋顶钢结构需要进行防火保护的临界值(300℃)，如(图3)所示;
图3 修车库区发生火灾时不同高度温度
4 结论及建议
通过经验公式计算并绘制建筑空间的温度－高度(T－H)变化曲线图，可以得出:
(1)各设定火灾场景条件下汽车4S店钢结构建筑内，汽车配件选购区6.2m高度以上钢结构的推导温度超过钢结构防火保护的临界值300℃，修车库区域4.7m高度以上钢结构的推导温度超过钢结构防火保护的临界值300℃、座椅、仪表盘、控制线路等多种可燃物组成，发生火灾时过程复杂，热释放速率较难确定。本文参照德国卡尔斯鲁厄大学火灾防护研究所曾对普通轿车火灾进行全尺寸实验结果，将单辆汽车火灾的火灾增长系数α选为0.046 89kW·s－2。
2.2.1.2 连续成排摆放汽车热释放速率
基于单个汽车火灾热释放速率的分析，连续成排摆放汽车火灾热释放量可以看做一辆辆单个汽车火灾热释放量的叠加，根据辐射热的经验计算公式为:
(2)装潢、美容、车辆维修车间、钣金喷漆车间等修车库区域:主要可燃物有停放修理的汽车。从国家现行的规范要求来看，对钣金喷漆车间的防火分隔有严格的要求，因而此类型建筑中钣金喷漆车间起火后，火灾蔓延速率较慢，火灾危险相对较小，相比之下，修车库区域内停放待修理的汽车较为密集，火灾荷载密度大，火灾蔓延速率相对较快，因此，装潢、美容、车辆维修车间、钣金喷漆车间等修车库区域内火灾危险性最大的是停放修理的汽车。
3 经验公式推导汽车4S店钢结构建筑的温升
3.1 钢结构建筑的空间温升计算
根据 ISO 16734《Fire safety engineering－Requirements governing algebraic equations－Fire plumes》，平均火焰高度计算可由公式(5)得出:
其中:L－平均火焰高度，m;
一般来说，钢构件的温度与其比表面积及所接受的辐射热流有关，通过上述公式计算，构件温度一般低于环境温度，当构件形状系数较低或受热时间较长时构件温度趋近于空间温度。因此，构件温度可保守取为空间温度。
3.3 绘制温度－高度(T－H)曲线及计算结果分析
利用上述公式(1－7)分别计算出汽车配件选购区和修车库区发生火灾时建筑空间内钢构件的温度，绘制汽车配件选购区和修车库区的温度－高度(T－H)变化曲线图。
图2 汽车配件选购区发生火灾时不同高度温度
根据温度－高度(T－H)变化曲线图分析，可知:车辆展示、汽车配件选购、办公接洽区域按前文分析其火源最大热释放速率为10MW，装潢、美容、车辆维修车间、钣金喷漆车间等修车库区域按前文分析其火源最大热释放速率为16MW，可计算出火源上方不同高度处的温度，
(1)汽车配件选购区发生火灾时，火焰上方6.2m高度处的温度为295℃，此高度基本达到屋顶钢结构需要进行防火保护的临界值(300℃)，如(图2)所示;
其中:L是可燃物的总质量，kg，L=(L/Af)×Af
Af是该火灾的过火面积，m2;
L/Af为单位面积的热释放速率单位，其值可以通过调查统计或是设计参数来确定。对于燃料控制火的情况，下表提供了一些典型场所内单位面积的热释放速率。
表1 燃料控制火典型场所内的取值火灾场所 单位面积内的最大热释放速率(KW/m2)展览厅100办公室 250商 店500
式中，I—燃烧车辆对相邻汽车表面的辐射热;
x—着火汽车中心到相邻车辆表面的距离。
现代大多数汽车都在表面涂上了聚氨酯之类的热塑性材料，故一般汽车着火的临界热流量为16kW·m－2，即 I=16kW·m－2。由此可得燃烧汽车的临界热释放速率为:
因此，当建筑内消防系统失效时，对装潢、美容、车辆维修车间、钣金喷漆车间等修车库区域处火灾最大热释放速率取整，保守确定为16MW。
[3]李国强，蒋首超，林桂祥.钢结构抗火计算与设计[M].北京:中国建筑工业出版社，1999.
[4]范维澄，孙金华，陆守香，等.火灾风险评估方法学[M].北京:科学出版社，2004.
[5]朱华，李乐.大型展览馆消防性能化设计应用研究[J].消防科学与技术，2008，27(4):249 －251.
[6]赵永代，李乐，罗晖.大型体育建筑消防性能化设计应用研究[J].消防科学与技术，2008，27(8):578 －581.
(1)车辆展示、汽车配件选购、办公接洽区域:车辆展示区域的可燃物主要是展示停放的车辆;办公接洽区域的可燃物主要是办公桌椅、办公用品等，汽车配件选购区域的可燃物主要是汽车配件。车辆展示区域内展示停放的车辆油箱内平时没有储存油料且处于未启动状态，发生火灾的几率不大;办公接洽区域的办公桌椅、办公用品火灾的蔓延速率较慢，发烟量小，火灾危险相对较小、相比之下，汽车配件选购区域的汽车配件火灾，其火灾荷载密度大，发烟量大，火灾蔓延速率相对较快。通过比较，汽车配件选购、办公接洽区域内火灾危险性最大的是汽车配件。
(2)通过具体、准确地火灾场景分析，利用经验公式的推导，建立建筑空间的温度－高度(T－H)变化关系图表，对研究类似的大空间大跨度钢结构建筑的耐火性能和防火保护措施有着重要的指导意义。
参考文献
[1]GB 50016－2006，建筑设计防火规范[S].
[2]王志刚，倪照鹏，王宗存，等.设计火灾中火灾热释放速率曲线的确定[J].，2004年1期.
【总页数】3页(P116-118)
【关键词】汽车4S店;火灾;钢结构;温度;防火设计
【作 者】倪宁;叶志冬
【作者单位】福州市消防支队 福建福州350005;福州市消防支队 福建福州350005
【正文语种】中 文
【中图分类】TU352.5
近年来随着社会经济建设的发展，特别是随着人民生活水平的逐步提高，私家车数量快速增长，随之带动汽车消费延伸服务行业的迅猛发展，汽车4S店这一集汽车展示与销售、保养与事故维修等多种使用功能于一体的综合类型建筑形式也应运而生。此类建筑具有内部功能复杂，可燃物多，火灾荷载大，且多采用大空间大跨度钢结构等火灾危险特点，火灾发生时，“拔火”效应强，易造成立体空间燃烧，进而影响建筑主体结构的安全，尤其是内部温升引起钢结构坍塌，给人员疏散和灭火救援带来极大困难，所以，笔者认为非常有必要对此类建筑的钢结构的防火保护设计进行分析与探讨。
2 汽车4S店钢结构建筑内的火灾场景分析
2.1 火源位置分析
火源位置是火灾场景设定和火灾动力学模拟计算的前提，根据对上述影响汽车4S店钢结构建筑的火灾危险因素分析结果来看，在选取火源位置时，主要考虑某处发生火灾后，可能对建筑结构破坏最严重的情况。基于汽车4S店钢结构建筑空间内的可燃物分布和火灾特征，选取2处不同部位的火源位置进行研究，来分析确定典型的火灾场景(见图1):(1)火源位置A:发生在汽车配件选购区处的火灾，可燃物为汽车配件等;(2)火源位置B:修车库区域内在空间中部的火灾，可燃物为停放修理的汽车。
根据上表1中的火灾热释放速率参数，考虑到汽车配件火灾不会高过商场火灾，因此保守地参考商场的单位面积放热速率500 kW/m2，过火面积按20m2考虑。因此，当建筑内消防系统失效时，火灾最大热释放速率确定为10MW。
2.2.1 装潢、美容、车辆维修车间、钣金喷漆车间等修车库区域火灾热释放速率分析
2.2.1.1 单个汽车火灾热释放速率
V—构件单位长度的体积，m3/m;
α—综合热传递系数，W/(m3·K);
αc—空气与构件表面间的热对流传热系数，αc=25 W/(m2·K);
αr—空气与构件表面之间的热辐射传热系数，W/(m2·K);
εr—综合辐射率，εr=0.5;
σ—斯蒂芬－波尔兹曼常数，σ=5.67×10－8W/(m2·K4)。
2.2.1 车辆展示、汽车配件选购、办公接洽区域火灾热释放速率分析
本文中的火灾热释放速率分析参考英国设计资料中燃料控制火的评估方法，可知:
其中:Q为火灾热释放速率，kW;
HC为可燃物的燃烧热，kJ/kg;
R为质量燃烧速率，kg/s。
在住宅、办公室或是商场等场所的典型家具和装饰条件下，火灾的有效持续时间一般为20min。火灾的质量燃烧速率R为:
Q－火源热释放速率，kW。
对于具有一定面积大小的火源，可采用虚拟点火源位置的方法计算火羽流的温度。虚拟点火源的位置可用公式(6)计算:
其中:zv－虚拟点源的位置，m;
L－平均火焰高度，m;
－对流热释放速率，kW;通常α取0.6－0.7。火羽流中心线的平均温升可用公式(6)计算:
2.2 汽车4S店钢结构建筑内火灾热释放速率分析
图1 火源位置
汽车4S店钢结构建筑火灾可用非稳态火灾模型(t2特征火灾)进行模拟，即认为火灾热释放速率与时间的平方成正比关系，用公式(1)表示:
式中:˙Q－火源热释放速率，kW;
α－火灾增长速率，kW/s2;
t－火灾的燃烧时间，s;
通过建筑火灾中火源位置的分析可知，汽车4S店钢结构建筑火灾可分为展示区火灾和汽车火灾两类。
1 影响汽车4S店钢结构建筑的火灾危险因素分析
众所周知，建筑火灾中产生的火焰及高温羽流主要来源于建筑内部的可燃物的燃烧释放热值，汽车4S店建筑在建筑形式上有展示厅、维修保养车间、钣金喷漆车间、车库、备件库等，在实用功能上主要有民用建筑的商业与办公场所使用性质和工业建筑的汽车保养维修场所使用性质两种区域组合构成，有明显的“前店后厂”的特征。其两种不同使用功用区域的可燃物分布、火灾荷载以及装修情况有很大的不同，主要火灾危险表现分析如下:
3.2 钢结构温升计算
在火灾中，钢构件的温度可以通过以下公式(7)计算:
式中，t—升温时间，s;
△t—时间步长，s，一般不应大于5s;
Ts，Tg—分别为火灾下钢构件的内部温度和周围空气的温度，℃;
ρs—分别为钢材的密度，kg/m3;
cs—分别为钢材的比热，J/(kg·K);
F—单位长度构件的受火表面积，m2/m;
汽车4S店建筑钢结构防火保护设计的研究
倪宁;叶志冬
【摘 要】基于汽车4S店钢结构建筑在不同火灾场景下的火灾蔓延及烟气温度分布的特点,采用经验公式计算火灾环境中钢构件的温度,分析火灾情况下裸露的钢结构是否需要防火保护以及如何进行保护,以验证防火设计保护区域.
【期刊名称】《福建建筑》
【年(卷),期】2014(000)008
(2)修车库区域发生火灾时，火焰上方4.7m高度处的温度为297℃，此高度基本达到屋顶钢结构需要进行防火保护的临界值(300℃)，如(图3)所示;
图3 修车库区发生火灾时不同高度温度
4 结论及建议
通过经验公式计算并绘制建筑空间的温度－高度(T－H)变化曲线图，可以得出:
(1)各设定火灾场景条件下汽车4S店钢结构建筑内，汽车配件选购区6.2m高度以上钢结构的推导温度超过钢结构防火保护的临界值300℃，修车库区域4.7m高度以上钢结构的推导温度超过钢结构防火保护的临界值300℃、座椅、仪表盘、控制线路等多种可燃物组成，发生火灾时过程复杂，热释放速率较难确定。本文参照德国卡尔斯鲁厄大学火灾防护研究所曾对普通轿车火灾进行全尺寸实验结果，将单辆汽车火灾的火灾增长系数α选为0.046 89kW·s－2。
2.2.1.2 连续成排摆放汽车热释放速率
基于单个汽车火灾热释放速率的分析，连续成排摆放汽车火灾热释放量可以看做一辆辆单个汽车火灾热释放量的叠加，根据辐射热的经验计算公式为:
(2)装潢、美容、车辆维修车间、钣金喷漆车间等修车库区域:主要可燃物有停放修理的汽车。从国家现行的规范要求来看，对钣金喷漆车间的防火分隔有严格的要求，因而此类型建筑中钣金喷漆车间起火后，火灾蔓延速率较慢，火灾危险相对较小，相比之下，修车库区域内停放待修理的汽车较为密集，火灾荷载密度大，火灾蔓延速率相对较快，因此，装潢、美容、车辆维修车间、钣金喷漆车间等修车库区域内火灾危险性最大的是停放修理的汽车。
3 经验公式推导汽车4S店钢结构建筑的温升
3.1 钢结构建筑的空间温升计算
根据 ISO 16734《Fire safety engineering－Requirements governing algebraic equations－Fire plumes》，平均火焰高度计算可由公式(5)得出:
其中:L－平均火焰高度，m;
一般来说，钢构件的温度与其比表面积及所接受的辐射热流有关，通过上述公式计算，构件温度一般低于环境温度，当构件形状系数较低或受热时间较长时构件温度趋近于空间温度。因此，构件温度可保守取为空间温度。
3.3 绘制温度－高度(T－H)曲线及计算结果分析
利用上述公式(1－7)分别计算出汽车配件选购区和修车库区发生火灾时建筑空间内钢构件的温度，绘制汽车配件选购区和修车库区的温度－高度(T－H)变化曲线图。
图2 汽车配件选购区发生火灾时不同高度温度
根据温度－高度(T－H)变化曲线图分析，可知:车辆展示、汽车配件选购、办公接洽区域按前文分析其火源最大热释放速率为10MW，装潢、美容、车辆维修车间、钣金喷漆车间等修车库区域按前文分析其火源最大热释放速率为16MW，可计算出火源上方不同高度处的温度，
(1)汽车配件选购区发生火灾时，火焰上方6.2m高度处的温度为295℃，此高度基本达到屋顶钢结构需要进行防火保护的临界值(300℃)，如(图2)所示;
其中:L是可燃物的总质量，kg，L=(L/Af)×Af
Af是该火灾的过火面积，m2;
L/Af为单位面积的热释放速率单位，其值可以通过调查统计或是设计参数来确定。对于燃料控制火的情况，下表提供了一些典型场所内单位面积的热释放速率。
表1 燃料控制火典型场所内的取值火灾场所 单位面积内的最大热释放速率(KW/m2)展览厅100办公室 250商 店500
式中，I—燃烧车辆对相邻汽车表面的辐射热;
x—着火汽车中心到相邻车辆表面的距离。
现代大多数汽车都在表面涂上了聚氨酯之类的热塑性材料，故一般汽车着火的临界热流量为16kW·m－2，即 I=16kW·m－2。由此可得燃烧汽车的临界热释放速率为:
因此，当建筑内消防系统失效时，对装潢、美容、车辆维修车间、钣金喷漆车间等修车库区域处火灾最大热释放速率取整，保守确定为16MW。
[3]李国强，蒋首超，林桂祥.钢结构抗火计算与设计[M].北京:中国建筑工业出版社，1999.
[4]范维澄，孙金华，陆守香，等.火灾风险评估方法学[M].北京:科学出版社，2004.
[5]朱华，李乐.大型展览馆消防性能化设计应用研究[J].消防科学与技术，2008，27(4):249 －251.
[6]赵永代，李乐，罗晖.大型体育建筑消防性能化设计应用研究[J].消防科学与技术，2008，27(8):578 －581.
(1)车辆展示、汽车配件选购、办公接洽区域:车辆展示区域的可燃物主要是展示停放的车辆;办公接洽区域的可燃物主要是办公桌椅、办公用品等，汽车配件选购区域的可燃物主要是汽车配件。车辆展示区域内展示停放的车辆油箱内平时没有储存油料且处于未启动状态，发生火灾的几率不大;办公接洽区域的办公桌椅、办公用品火灾的蔓延速率较慢，发烟量小，火灾危险相对较小、相比之下，汽车配件选购区域的汽车配件火灾，其火灾荷载密度大，发烟量大，火灾蔓延速率相对较快。通过比较，汽车配件选购、办公接洽区域内火灾危险性最大的是汽车配件。
(2)通过具体、准确地火灾场景分析，利用经验公式的推导，建立建筑空间的温度－高度(T－H)变化关系图表，对研究类似的大空间大跨度钢结构建筑的耐火性能和防火保护措施有着重要的指导意义。
参考文献
[1]GB 50016－2006，建筑设计防火规范[S].
[2]王志刚，倪照鹏，王宗存，等.设计火灾中火灾热释放速率曲线的确定[J].，2004年1期.
【总页数】3页(P116-118)
【关键词】汽车4S店;火灾;钢结构;温度;防火设计
【作 者】倪宁;叶志冬
【作者单位】福州市消防支队 福建福州350005;福州市消防支队 福建福州350005
【正文语种】中 文
【中图分类】TU352.5
近年来随着社会经济建设的发展，特别是随着人民生活水平的逐步提高，私家车数量快速增长，随之带动汽车消费延伸服务行业的迅猛发展，汽车4S店这一集汽车展示与销售、保养与事故维修等多种使用功能于一体的综合类型建筑形式也应运而生。此类建筑具有内部功能复杂，可燃物多，火灾荷载大，且多采用大空间大跨度钢结构等火灾危险特点，火灾发生时，“拔火”效应强，易造成立体空间燃烧，进而影响建筑主体结构的安全，尤其是内部温升引起钢结构坍塌，给人员疏散和灭火救援带来极大困难，所以，笔者认为非常有必要对此类建筑的钢结构的防火保护设计进行分析与探讨。
2 汽车4S店钢结构建筑内的火灾场景分析
2.1 火源位置分析
火源位置是火灾场景设定和火灾动力学模拟计算的前提，根据对上述影响汽车4S店钢结构建筑的火灾危险因素分析结果来看，在选取火源位置时，主要考虑某处发生火灾后，可能对建筑结构破坏最严重的情况。基于汽车4S店钢结构建筑空间内的可燃物分布和火灾特征，选取2处不同部位的火源位置进行研究，来分析确定典型的火灾场景(见图1):(1)火源位置A:发生在汽车配件选购区处的火灾，可燃物为汽车配件等;(2)火源位置B:修车库区域内在空间中部的火灾，可燃物为停放修理的汽车。
根据上表1中的火灾热释放速率参数，考虑到汽车配件火灾不会高过商场火灾，因此保守地参考商场的单位面积放热速率500 kW/m2，过火面积按20m2考虑。因此，当建筑内消防系统失效时，火灾最大热释放速率确定为10MW。
2.2.1 装潢、美容、车辆维修车间、钣金喷漆车间等修车库区域火灾热释放速率分析
2.2.1.1 单个汽车火灾热释放速率
V—构件单位长度的体积，m3/m;
α—综合热传递系数，W/(m3·K);
αc—空气与构件表面间的热对流传热系数，αc=25 W/(m2·K);
αr—空气与构件表面之间的热辐射传热系数，W/(m2·K);
εr—综合辐射率，εr=0.5;
σ—斯蒂芬－波尔兹曼常数，σ=5.67×10－8W/(m2·K4)。
2.2.1 车辆展示、汽车配件选购、办公接洽区域火灾热释放速率分析
本文中的火灾热释放速率分析参考英国设计资料中燃料控制火的评估方法，可知:
其中:Q为火灾热释放速率，kW;
HC为可燃物的燃烧热，kJ/kg;
R为质量燃烧速率，kg/s。
在住宅、办公室或是商场等场所的典型家具和装饰条件下，火灾的有效持续时间一般为20min。火灾的质量燃烧速率R为: