4.2.7 GB/T4797.7 環(huán)境條件分類 自然環(huán)境條件 地震振動(dòng)和沖擊
本部分給出了關(guān)于天然地震振動(dòng)和沖擊下的環(huán)境條件。
其目的是定義地震的一些基本特性和特征量，以給在貯存和使用過程中可能會(huì)遭受這些條件的產(chǎn)品提供背景材料。僅給出了地面條件的加速度，對(duì)結(jié)構(gòu)條件有所提及，但是僅限于一般條件的描述。
1、概述
地震帶來的影響是振動(dòng)，而振動(dòng)可以通過隨機(jī)過程模擬。該振動(dòng)會(huì)對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)生影響，并對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)生多種方式的應(yīng)力。
本部分旨在提供地震的信息，以及產(chǎn)品在地震期間的動(dòng)力學(xué)性能。本部分給出的數(shù)值都是典型示例，不應(yīng)作為標(biāo)準(zhǔn)值。
1.1）地震振動(dòng)的起源和傳播
當(dāng)應(yīng)力積累到足以導(dǎo)致破壞地殼的程度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生地震。這些不穩(wěn)定因素存在于地震活躍區(qū)，這些地區(qū)跟一些地理因素相關(guān)，如海槽、海脊、山脊、火山、海溝、構(gòu)造斷層等。
突然斷裂釋放出的勢(shì)能會(huì)從震源以三種速度的基波形式向外傳播：
——縱波，在傳播方向上使巖石擠壓或者擴(kuò)張；
——橫波，垂直于傳播方向上使巖石受扭轉(zhuǎn)剪切；
——面波，是前面兩種波的組合，受地面條件限制。
1.2）地震振動(dòng)的特性
地震產(chǎn)生隨機(jī)地面運(yùn)動(dòng)，該運(yùn)動(dòng)具有同時(shí)發(fā)生但統(tǒng)計(jì)意義上相互獨(dú)立的水平和豎向兩部分分量的特點(diǎn)。中等的地震可以持續(xù)15s~30s，強(qiáng)烈的可以持續(xù)60s~120s，一般來說，具有最大地面加速度的強(qiáng)度可達(dá)10s。典型的寬帶隨機(jī)振動(dòng)在頻率1Hz~35Hz內(nèi)具有最大能量，頻率在1Hz~10Hz的地震對(duì)產(chǎn)品更具破壞性。通常假定，在3.5Hz以下地面運(yùn)動(dòng)的豎向分量為水平運(yùn)動(dòng)的67%~100%，在3.5Hz以上等于水平運(yùn)動(dòng)。
注：最大加速度通常用于描述針對(duì)特定場地的地震強(qiáng)度。
1.3）地基上的產(chǎn)品
描述地面運(yùn)動(dòng)的典型寬帶譜以多頻激勵(lì)為主。對(duì)于安裝在地基上的產(chǎn)品，地面運(yùn)動(dòng)（包括水平和豎向）的振動(dòng)有可能放大。對(duì)于任何給定的地面運(yùn)動(dòng)，放大程度取決于系統(tǒng)（土壤、基礎(chǔ)和產(chǎn)品）振動(dòng)的特征頻率以及阻尼特性。
1.4）建筑和結(jié)構(gòu)內(nèi)的產(chǎn)品
地面運(yùn)動(dòng)（主要是水平運(yùn)動(dòng)）可通過作為中間的建筑結(jié)構(gòu)而被過濾或放大以產(chǎn)生樓面的變幅正弦振動(dòng)。描述建筑物樓面運(yùn)動(dòng)的典型窄帶譜以單頻激勵(lì)為主。安裝于建筑物樓面上產(chǎn)品的加速度可能會(huì)達(dá)到地面加速度的若干倍，這取決于系統(tǒng)的阻尼比以及振動(dòng)的特征頻率。放大程度和帶寬取決于每個(gè)建筑物以及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特性。對(duì)頻率為5Hz~8Hz的振動(dòng)敏感的產(chǎn)品最易受影響。
2、地震等級(jí)
按地震學(xué)，地震按照其烈度或震級(jí)不同進(jìn)行分級(jí)。
地震烈度【例如，修正的MSK震級(jí)或者MERCALLI-CANNCANI-SIEBERG（麥加利震級(jí)）等級(jí)】都是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定的，按其影響來劃分地震烈度等級(jí)（參考表1）。
地震震級(jí)（例如里氏震級(jí)）基于記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行確定，并用以評(píng)定震源釋放的地震能量。
這些等級(jí)可大體對(duì)應(yīng)地面加速度的某些數(shù)值，由此而得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)是有限的。
里氏（RICHTER）震級(jí)跟地面加速度的近似關(guān)系在表1中給出。表1中給出的加速度量值是針對(duì)地面條件。考慮以下因素，產(chǎn)品的加速度量值跟里氏震級(jí)之間只能給出近似關(guān)系：
——土壤和巖石條件（包括飽和水）；
——離震中的距離；
——結(jié)構(gòu)或產(chǎn)品基礎(chǔ)的情況。
地震烈度跟地震震級(jí)之間的近似關(guān)系如表2所示，表中列出了里氏震級(jí)且跟表1對(duì)齊。應(yīng)注意該關(guān)系會(huì)受到以下因素的影響：
——場地的土壤和巖石條件；
——震源深度；
——地震作用持續(xù)時(shí)間。
3、用響應(yīng)譜對(duì)地震環(huán)境的描述
3.1）響應(yīng)譜
響應(yīng)譜法是普遍接受的專門用于試驗(yàn)對(duì)地震環(huán)境的設(shè)計(jì)描述方法。在響應(yīng)譜中，某一族振蕩器的最大響應(yīng)（每個(gè)振蕩器都有其對(duì)應(yīng)的單一自由度和固定的粘滯阻尼），以振動(dòng)的特征頻率的函數(shù)表達(dá)，而這些振蕩是由地震引起的地面運(yùn)動(dòng)加速度造成的（可以看出，響應(yīng)譜不是真正意義上地面振動(dòng)的譜）。
圖1中給出了一真實(shí)地震的加速度記錄例子（自然時(shí)間歷程）。
圖2表示響應(yīng)譜的模型。它記錄了在固定特征頻率fti（i=1~n）和常阻尼的振蕩器的初始振幅的響應(yīng)。在特征頻率激勵(lì)更長和更強(qiáng)下，該振蕩器振幅會(huì)更大。
3.2）基本響應(yīng)譜
如果記錄了在地震中某處和其附近地面運(yùn)動(dòng)時(shí)間歷程數(shù)據(jù)，就用它來建立響應(yīng)譜。通過控制形狀變化，來導(dǎo)出反應(yīng)地震激勵(lì)的基本響應(yīng)譜。
從不同地震中確定的大量有代表性的基本響應(yīng)譜可以描述某區(qū)域或地區(qū)預(yù)期地震應(yīng)力。
3.3）規(guī)定響應(yīng)譜
基本響應(yīng)譜的包絡(luò)曲線定義為規(guī)定響應(yīng)譜，因?yàn)樗鼧?biāo)志著某一給定地點(diǎn)或區(qū)域發(fā)生地震時(shí)規(guī)定的振動(dòng)極限。某一場地上產(chǎn)品的不同安裝方法可能會(huì)導(dǎo)致需要對(duì)響應(yīng)譜進(jìn)行不同的修正，該修正取決于它們的支撐物（建筑物、樓板、機(jī)殼等等）。該譜（圖4）表示了試驗(yàn)中頻率、幅值（位移、速度或加速度）和阻尼之間的關(guān)系。
4、地震區(qū)劃圖
表1列出地震活動(dòng)的不同區(qū)域在世界地圖上的分布如圖5所示。
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4.2.8 GB/T4797.8 環(huán)境條件分類 自然環(huán)境條件 火災(zāi)暴露
本部分定性和定量描述了在建筑物內(nèi)火災(zāi)發(fā)生、發(fā)展、蔓延等的環(huán)境條件，主要和固定使用的電工產(chǎn)品相關(guān)。
本部分主要考慮了轟燃前的條件，也考慮了轟燃后的條件。
1、概述
在一個(gè)空間內(nèi)，當(dāng)易燃物得到足夠的能量時(shí)，就發(fā)生著火，例如燃著的香煙或者電氣短路引燃材料或者材料自身產(chǎn)生這種能量（自燃）。燃燒過程的決定因素如下（見圖1）：
——能量源的特性；
——暴露材料的類型和幾何特性；
——熱暴露時(shí)間。
火在起燃后會(huì)產(chǎn)生熱量，部分用于維持進(jìn)一步燃燒，部分通過輻射和對(duì)流傳遞給周圍其他材料和產(chǎn)品，這些材料和產(chǎn)品受熱也可能會(huì)燃燒，導(dǎo)致火災(zāi)擴(kuò)散（見圖2）。建筑物內(nèi)的易燃材料通常是以氣態(tài)引燃的。
空間內(nèi)一旦發(fā)生著火，火焰的發(fā)展和蔓延取決于（見圖1）：
——燃料或者燃燒物的位置、體積以及放置情況，燃燒材料在空間內(nèi)的分布、連續(xù)性、多孔性以及燃燒特性；
——空間內(nèi)的空氣動(dòng)力條件；
——空間的形狀和尺寸；
——空間內(nèi)的熱力學(xué)特性。
如果安裝了消防設(shè)備，火焰生長過程會(huì)受到消防設(shè)備的設(shè)計(jì)和工作能力（如噴水系統(tǒng)）的影響。
火災(zāi)的發(fā)展通常包括熱力學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)及化學(xué)過程等復(fù)雜的相互反應(yīng)。通常，輻射、對(duì)流和火焰蔓延是主要的物理因素。
在火焰生長的階段，在建筑物的頂部會(huì)形成一層熱氣流。在某些特定條件下，這層熱氣流可能會(huì)引起火勢(shì)的進(jìn)一步發(fā)展，同時(shí)導(dǎo)致全部火災(zāi)載荷中的大部分陷入火災(zāi)：轟燃產(chǎn)生。
預(yù)測轟燃現(xiàn)象可以參考其他標(biāo)準(zhǔn)。其中一種將轟燃定義為：火焰從建筑物內(nèi)的空曠處開始發(fā)生的時(shí)刻，這時(shí)上層氣流中的溫度通常在500℃~600℃；還有一種標(biāo)準(zhǔn)就是指臨界狀態(tài)，即在建筑物內(nèi)或者空間內(nèi)地面水平面上產(chǎn)生的輻射為20kW/m2。也有其他標(biāo)準(zhǔn)，它們都跟不同的物理?xiàng)l件相關(guān)
根據(jù)百個(gè)以上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及對(duì)于能量和質(zhì)量平衡的研究結(jié)果，得出的以下等式，可用于計(jì)算在規(guī)定的房間或者不大于幾個(gè)立方米的空間內(nèi)（墻壁和屋頂不可燃）能夠避免產(chǎn)生轟燃現(xiàn)象所允許的最大熱量釋放速率【見式（1）】：
hc,perm√=19300（akAt A√h）1/2???? 。。。。。。。。。。。（1）
式中：
hc,perm——最大的熱量釋放速率，單位為瓦（W）；
ak——房間或者空間結(jié)構(gòu)的有效熱傳導(dǎo)系數(shù)，單位為瓦每平方米每開爾文【W/（m2*K）】；
At——房間或者空間內(nèi)，包括開放區(qū)域的所有內(nèi)表面積，單位為平方米（m2）；
A——開放區(qū)域的總面積，單位為平方米（m2）；
h——開孔的高度，，單位為米（m）。
轟燃標(biāo)志著火災(zāi)增長階段（轟燃前）向火災(zāi)充分發(fā)展階段（轟燃后）的轉(zhuǎn)變。
轟燃前的火災(zāi)對(duì)消防產(chǎn)品的運(yùn)行和功能具有決定的意義。而這些產(chǎn)品對(duì)于保證人員逃生和人員救援有至關(guān)重要的作用。探測器、警報(bào)器、相關(guān)電纜、警示燈等應(yīng)在該階段響應(yīng)。
轟燃后的火災(zāi)對(duì)于火災(zāi)負(fù)載結(jié)構(gòu)的火災(zāi)表現(xiàn)非常重要，火災(zāi)通過隔離物或者通風(fēng)系統(tǒng)從一個(gè)房間蔓延到另一個(gè)房間（如圖1），從建筑物的一層蔓延到另一層，從一個(gè)建筑物蔓延到另一個(gè)建筑物。相對(duì)于空間來說很小的火災(zāi)，很可能在大范圍內(nèi)，足夠破壞在轟燃前階段不恰當(dāng)保護(hù)的結(jié)構(gòu)單元。整個(gè)火災(zāi)過程——轟燃前和轟燃后，與消防員有重要關(guān)系。最后，對(duì)轟燃后火災(zāi)的認(rèn)識(shí)，是火災(zāi)后評(píng)估清拆隊(duì)安全、分析殘留狀態(tài)以及建筑物修復(fù)或再使用可能性的首要條件。
2、轟燃前火災(zāi)特性
對(duì)轟燃前火災(zāi)基本特性的描述如下；
——暴露材料和產(chǎn)品的燃燒特性與以下參數(shù)產(chǎn)生作用：
??? 提供的熱量；
暴露時(shí)間；
火焰或陰燃出現(xiàn)的時(shí)間；
地點(diǎn)的幾何形狀；
熱力學(xué)數(shù)據(jù)。
——時(shí)間變量：
熱釋放速率（RHR）；
火焰蔓延速率；
氣體溫度；
煙及其光學(xué)特性；
燃燒產(chǎn)物的組成，特別是腐蝕性的有毒的氣體。
主要用于建筑材料和產(chǎn)品的小尺寸的著火反應(yīng)試驗(yàn)正在制定過程中，見ISO TC 92的相關(guān)研究：
建筑材料、零部件以及結(jié)構(gòu)的著火試驗(yàn)，以上都是針對(duì)轟燃前火災(zāi)的特性。通過設(shè)置不同的暴露水平，這些試驗(yàn)可以給出材料和產(chǎn)品在不同火災(zāi)形勢(shì)下的定量反應(yīng)。
火災(zāi)反應(yīng)試驗(yàn)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)如下：
——GB/T 14523 2007;
——ISO 5658.2:1996;
——ISO 56603:2003;
——ISO/TR 5924:1989;
——ISO 19702:2006。
關(guān)于起燃性、熱釋放速率和火焰蔓延的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，已在實(shí)際中應(yīng)用。作為對(duì)小尺寸試驗(yàn)的補(bǔ)充，ISO 9705:1993用于表面產(chǎn)品的簡單全尺寸空間墻角試驗(yàn)。煙，尤其是當(dāng)中的有毒的燃燒產(chǎn)物，對(duì)研究小尺寸試驗(yàn)有重要的意義。
圖3～圖6給出了實(shí)際暴露水平與三種不同火災(zāi)在轟燃前的基本特性之間的關(guān)系。
圖3和圖4描述了通風(fēng)條件良好的空間內(nèi)火災(zāi)的情況。圖3給出了燃燒速率隨時(shí)間的變化，表示為失重率，對(duì)于以木作為燃料的小尺寸空間著火，主要有氧氣、一氧化碳和二氧化碳。
燃燒過程中的各種氣體濃度根據(jù)Raman譜圖方法確定，該方法能夠在同一時(shí)間內(nèi)測量著火空間內(nèi)的所有氣體的濃度。
圖4給出的是一個(gè)全尺寸通風(fēng)的房間內(nèi)的著火情況，墻壁是由可燃材料做成的，由墻角的燃?xì)鉅t引燃，用于模擬著火的廢紙簍。給出的變量主要有：熱釋放速率（RHR）、 天花板下溫度、地板上的熱流量以及產(chǎn)生的煙， 單位為obscura（模糊度）乘以立方米（１obscura意為每增加1db/m的光吸收，可見光距離縮短10m）?；鹧嬖?/span>4.1rain之后產(chǎn)生轟燃現(xiàn)象， 熱釋放速率為1.25Mw，天花板下的氣體溫度正好在600℃以下，地板上的熱通量為30kw/m2。
圖3和圖4中的示例代表了通風(fēng)良好的空間內(nèi)的轟燃前的著火情況。但是，在不通風(fēng)或者密閉的空間內(nèi)的情形更為常見。典型的不通風(fēng)的著火通常是由陰燃擴(kuò)大產(chǎn)生的，陰燃也可能發(fā)展為火焰而擴(kuò)展。圖5和圖6給出了不通風(fēng)的空間內(nèi)的著火特性。圖5適用于除了 天花板與地板處的縫隙以外都封閉的空間的火焰。圖5給出了在空間內(nèi)發(fā)生臨界事件煙氣產(chǎn)生和轟燃發(fā)生時(shí)的計(jì)算時(shí)間。煙氣產(chǎn)生的定義為：煙層降低至地板以上1.5m高度時(shí)的時(shí)間。假定空間安全評(píng)估不合理，救火比較危險(xiǎn)和困難。圖5給出了規(guī)定的灑水裝置、煙熱探測器開始運(yùn)作的計(jì)算時(shí)間。
考慮到轟燃時(shí)間， 圖5還給出了不通風(fēng)空間內(nèi)著火和在天花板處通風(fēng)以釋放著火過程中產(chǎn)生的熱量和煙的空間內(nèi)的著火情況的對(duì)比。圖5表明不通風(fēng)條件縮短了轟燃的時(shí)間， 轟燃發(fā)生的時(shí)間會(huì)隨著火焰發(fā)展倍增時(shí)間的降低而縮短。
為了補(bǔ)充說明圖5中表示的不通風(fēng)的火焰的特性，圖6給出了不通風(fēng)條件下的陰燃的一氧化碳濃度隨時(shí)間的變化情況：在2.4m高，地板面積為s的房間內(nèi)由于椅子陰燃產(chǎn)生的CO濃度隨時(shí)間的變化，數(shù)值取自于房間中間高度?；鹧媸怯删嚯x地板一定高度的椅子引起的，且根據(jù)地板面積有所不同。這些數(shù)據(jù)是在試驗(yàn)和理論模型的基礎(chǔ)上外推產(chǎn)生的，并且和在房間高度中點(diǎn)上放置的假定的傳感器相關(guān)。圖中給出了并在曲線上標(biāo)注了時(shí)間ｔ0（表示層界面降低到該點(diǎn)的時(shí)間）和時(shí)間ｔ*（超過臨界劑量的時(shí)間）。
可以通過以下項(xiàng)目的概率來考慮轟燃前火災(zāi)形勢(shì)：
——引燃源的存在；
——產(chǎn)品的存在；
——產(chǎn)品著火特性；
——環(huán)境因素；
——人的存在；
——報(bào)警和滅火裝置的存在和運(yùn)行；
——逃生的可能性。
特別重要的是，因?yàn)檫@些產(chǎn)品具有高的熱含量（軟墊家具、塑料制大件家具、床墊）或者是較大的表面積（墻壁和天花裝飾，較大的簾子等），產(chǎn)品自身能夠?qū)⒎块g內(nèi)一部分火災(zāi)轉(zhuǎn)變?yōu)檗Z燃。
從實(shí)用和長期角度來講，預(yù)測火災(zāi)危害的小尺寸著火反應(yīng)試驗(yàn)結(jié)果評(píng)估，應(yīng)基于基本性能試驗(yàn)和數(shù)學(xué)模型方法。圖7給出了一種評(píng)價(jià)試驗(yàn)材料對(duì)于火災(zāi)安全的貢獻(xiàn)的方法綱要。
如果沒有小尺寸的數(shù)學(xué)模型可用，試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)與全尺寸試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)直接相關(guān)。如果有小尺寸試驗(yàn)的有效數(shù)學(xué)模型，控制空間火焰發(fā)展的重要的材料特性可以量化，該數(shù)值可作為全尺寸模型轟燃前火災(zāi)數(shù)學(xué)模型的輸入數(shù)據(jù)。使用這種經(jīng)過與全尺寸試驗(yàn)支持和驗(yàn)證的數(shù)學(xué)模型，能夠預(yù)測在不同環(huán)境條件下的空間內(nèi)著火程度和地點(diǎn)隨時(shí)問的變化情況。相關(guān)的安全措施可從其他部門當(dāng)前使用的一些對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的效率、對(duì)于擾動(dòng)的敏感性以及可靠性的評(píng)估方法中尋求。
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