Fire safety in Building

1. FFIIRREE SSAAFFEETTYY IINN BBUUIILLDDIINNGGSS
DDrr.. AA..KK.. GGuuppttaa
SScciieennttiisstt
CCeennttrraall BBuuiillddiinngg RReesseeaarrcchh IInnssttiittuuttee
RROOOORRKKEEEE-- 224477 666677

2. What is Fire ?
FIRE is a process of combustion
characterized by the evolution of
Heat, Light, and Smoke.
SMOKE is the cloud of finely
dispersed solid matter like soot.
Gray colour is due to the presence
of water vapours.

3. WWhhaatt iiss BBuuiillddiinngg ??
AAnnyy ssttrruuccttuurree tthhaatt iinncclluuddeess ffoouunnddaattiioonn,, pplliinntthh,, wwaallllss,,
fflloooorrss,, rrooooffss,, cchhiimmnneeyyss,, pplluummbbiinngg aanndd bbuuiillddiinngg sseerrvviicceess
iinntteennddeedd ttoo eenncclloossee aannyy llaanndd oorr ssppaaccee iiss ccaalllleedd aa
BBuuiillddiinngg
BBuuiillddiinngg iiss ddyynnaammiicc ssyysstteemm
CCoonntteennttss cchhaannggee wwiitthh ttiimmee
WWhhaatt wwee pprroovviiddee ttooddaayy bbeeccoommeess oobbssoolleettee ttoommoorrrrooww..
HHeennccee,,
SSaaffeettyy rreeqquuiirreemmeennttss nneeeedd rreegguullaarr aatttteennttiioonn

4. BBuurrnniinngg ooff WWoooodd
Match Stick
Thick log

5. FFuueell VVaappoorriizzaattiioonn rraattee
TTeemmppeerraattuurree
Fuel Vaporization rate
MMiinniimmuumm rreeqquuiirreedd ffoorr
ssuussttaaiinneedd ccoommbbuussttiioonn
FFiirree PPooiinntt

6. FFIIRREE IINNIITTIIAATTIIOONN
PPrroodduuccttss ooff CCoommbbuussttiioonn
FFllaammee
FFuueell
Radiation
Fuel Vapours
AAIIRR AAIIRR

7. PPrroodduuccttss ooff CCoommbbuussttiioonn
 SMOKE
 LIGHT (INFRA-RED)
 FLAME
 HEAT
 Pressure

8. CCOOMMPPAARRTTMMEENNTT FFIIRREE
Compartment Fire – Door Closed

9. 1
Compartment Fire – Door Open

10. BBeehhaavviioouurr ooff CCoonnccrreettee iinn FFiirree
• On Heating Concrete losses its strength
• No significant loss up to 2000C
• Significant loss occurs at 6000C
Very little residual strength is left after 6000C

11. PPrreessssuurree RRiissee dduuee ttoo FFiirree
FFiirree SSiizzee == 110000 kkWW
RRoooomm VVoolluummee == 2288 mm33
PPrreessssuurree RRiissee wwiitthhiinn 1100 sseeccoonnddss == 77 kkPPaa
FFoorrccee eexxeerrtteedd oonn WWaallllss == 55..88 kkNN//mm22
SSuuffffiicciieenntt ttoo ssmmaasshh wwiinnddooww ggllaassss..

12. VViissiibbiilliittyy TThhrroouugghh SSmmookkee
VViissiibbiilliittyy iiss ddeeffiinneedd aass ffoolllloowwss::
VViissiibbiilliittyy == 1100 // ((ddbb//mm))
((ddbb//mm)) iiss tthhee ooppttiiccaall ddeennssiittyy ((OODD)) ooff tthhee ssmmookkee..
MMaaxx.. PPeerrmmiissssiibbllee vvaalluuee ooff OODD == 22 ddbb//mm
DDeessiirraabbllee vvaalluuee ooff OODD == 11 ddbb//mm
DDeennssee SSmmookkee mmaayy hhaavvee OODD eeqquuaall ttoo 110000 ddbb//mm

13. DDeesscceennddaannccee ooff tthhee
HHoott GGaass LLaayyeerr
CCllaauussee 33..44..1122..33,, PPaaggee 2244 ooff NNBBCC ssttaatteess
SSmmookkee VVeennttiinngg FFaacciilliittiieess sshhaallll bbee aaddeeqquuaattee ttoo pprreevveenntt
ddaannggeerroouuss aaccccuummuullaattiioonn ooff ssmmookkee dduurriinngg tthhee ppeerriioodd ooff
ttiimmee nneecceessssaarryy ttoo eevvaaccuuaattee tthhee aarreeaa sseerrvveedd..
AA mmiinniimmuumm ooff 1122 aaiirr cchhaannggeess ppeerr hhoouurr hhaass bbeeeenn
rreeccoommmmeennddeedd..

14. FFIIRREE SSAAFFEETTYY CCOOMMPPRRIISSEESS
OOFF::
11.. LLiiffee SSaaffeettyy
22.. FFiirree PPrrootteeccttiioonn

15. FFIIRREE SSAAFFEETTYY
LLIIFFEE SSAAFFEETTYY FIRE
PPRROOTTEECCTTIIOONN
Design
of
Egress Routs
Pressurization
of
Protected Spaces
Active
Measures
Passive
Measures
1. Sprinkler
2. Detectors
3. Hydrants
4. Extinguishers
1. Compartmentation
2. Fire Retardant
3. Fire Resistance

16. FIRE SAFETY
ENGINEERING
LIFE SAFETY
DESIGN OF
EGRESS
ROUTES
PRESSURISATION
OF PROTECTED
SPACES
FIRE SAFETY
FIRE
PREVENTION
FIRE
PROTECTION
PASSIVE
GOOD
HOUSE
KEEPING
MATERIALS ACTIVE
FIRE
RESISTANT
STRUCTURE
MINIMISE
ACCUMULATION
OF
COMBUSTIBLES
COMPART-MENTATION
FIRE
RETARDANT
MATERIALS
FIRE
VENTING
FIRE
EXTINGUISH
-MENT
FIRE
DETECTOR
MANUAL AUTOMATIC MANUAL AUTOMATIC
EXTIN-GUISHERS
HYDRANT
SYSTEM
AUTOMATIC
SPRINKLER
SYSTEM
FLOODING
SYSTEMS

17. STOICHIOMETRIC BBUURRNNIINNGG OOFF MMEETTHHAANNEE
CH4 + 2O2 ® CO2+2H2O
16 64 44 36
Reactants Products of combustion
Fuel 1 Kg CO2 : 2.75 Kg
Air 16 Kg ((Approx) ) H2O : 2.25 Kg
N2 :12.0 Kg (Approx)
SSiinnccee tthhee rreeaaccttiioonn iiss nnoott ccoommpplleettee,, ttrraacceess ooff CCOO,, HHCCLL,, HHCCNN
eettcc aarree aallssoo ffoouunndd iinn tthhee pprroodduuccttss ooff ccoommbbuussttiioonn

18. LLIIFFEE SSAAFFEETTYY --11
SSMMOOKKEE::
SSmmookkee iiss ddeeffiinneedd aass tthhee aaiirrbboorrnnee ssoolliidd aanndd lliiqquuiidd ppaarrttiiccuullaatteess..
TTooxxiiccaanntt ggaasseess aarree ddiivviiddeedd iinnttoo ttwwoo::
AASSPPHHYYXXIIAANNTTSS// NNAARRCCOOTTIICCSS::
CCaappaabbllee ooff ccaauussiinngg ddeepprreessssiioonn iinn tthhee cceennttrraall nneerrvvoouuss ssyysstteemm
wwiitthh lloossss ooff ccoonnsscciioouussnneessss aanndd uullttiimmaattee ddeeaatthh.. CCOO aanndd HHCCNN
aarree aaccuuttee ttooxxiiccaannttss..
IIRRRRIITTAANNTTSS::
CCaauusseess iirrrriittaattiioonn ttoo sseennssoorryy aanndd ppuullmmoonnaarryy ssyysstteemm.. SSeennssoorryy
iirrrriittaattiioonn iinncclluuddeess eeyyeess aanndd rreessppiirraattiioonn ttrraacctt aanndd ppuullmmoonnaarryy
iinncclluuddeess lluunnggss..

19. LLIIFFEE SSAAFFEETTYY --22
CCaarrbboonn MMoonnooxxiiddee::
Toxicity of CO is due to its affinity for hemoglobin to form COHb
resulting in decreased supply of oxygen to body tissues. The critical
limits of exposure is determined as follows:
Concentration x time = 35,000 ppm-min.
10 minutes exposure to 3,500 ppm is hazardous
Safe upto 100 ppm exposure

20. LLIIFFEE SSAAFFEETTYY --33
HHYYDDRROOGGEENN CCYYAANNIIDDEE::
Hydrogen cyanide is 20 times more toxic than carbon
monoxide. It does not react with hemoglobin but
inhibits the use of oxygen by cells. The concentration-time
rule is
Concentration x time = 1500 ppm-min
50 ppm may be tolerated upto 30 min

21. LLIIFFEE SSAAFFEETTYY --44
HHYYDDRROOGGEENN CCHHLLOORRIIDDEE::
• HCL is a sensory as well as pulmonary irritant
• 75 ppm is extremely irritating to eyes and upper respiratory
tract
OOXXYYGGEENN::
 17% impairs motor co-ordination
 11% causes headache
 9% Shortness of breathe, nausea
 3.2% death within 45s

22. LLIIFFEE SSAAFFEETTYY --55
HHEEAATT EEFFFFEECCTT::
Threshold to human tenability to heat fluxes: 1.2 - 2.5 kW/m2
SSkkiinn TTiimmee ((ss))
TTeemmppeerraattuurree ((CC))
7711 6600 SSeeccoonndd ddeeggrreeee bbuurrnnss
8822 3300 SSeeccoonndd ddeeggrreeee bbuurrnnss
110000 1155 SSeeccoonndd ddeeggrreeee bbuurrnnss ppuullssee rraattee
jjuummppss ttoo 112200 bbeeaattss//mmiinn
114488 -- SSeeccoonndd ddeeggrreeee bbuurrnnss ppuullssee rraattee
ssooaarrss ttoo 117766 bbeeaattss//mmiinn
116600 -- EExxttrreemmee ppaaiinn

23. BBuuiillddiinngg EEvvaaccuuaattiioonn
BASIS:
ASET : Available Safe Egress Time
To be determined through available model
RSET : Required Safe Egress Time
RSET .LE. ASET
T-HELP : Time for Human Escape and Life Potential
RSET .NG. T-HELP

24. T-HELP: Time for Human Escape aanndd LLiiffee PPootteennttiiaall
T-HELP = tinc- tdet
“Inc“ refers to the time of incapacitation, and
“det” Refers to the time of detection

25. TT--HHEELLPP CCRRIITTEERRIIAA
CCRRIITTEERRIIOONN--11
Upper layer reaches to head level or its temperature reaches to
100 deg C.
-- wwhhiicchheevveerr ccoommeess ffiirrsstt
CCRRIITTEERRIIOONN--22
Upper layer reaches to floor level or its temperature reaches to
160 deg C.
-- wwhhiicchheevveerr ccoommeess ffiirrsstt

26. FFiirree
PPrrootteeccttiioonn

27. RROOOOMM TTEEMMPPEERRAATTUURREE
DDeetteerrmmiinnaattiioonn ooff RRoooomm TTeemmppeerraattuurree iiss iimmppoorrttaanntt ffoorr::
 Onset of Hazardous condition
 Onset of flash Over
 Structure Collapse

28. CCLLAASSSSIIFFIICCAATTIIOONN OOFF FFIIRREE
CCLLAASSSS AA FFIIRREESS::
FFiirree iinnvvoollvviinngg cceelllluulloossiicc mmaatteerriiaall ssuucchh aass ccoottttoonn,, wwoooodd && ppaappeerr
CCLLAASSSS BB FFIIRREESS::
FFiirree iinnvvoollvviinngg ffllaammmmaabbllee lliiqquuiidd
CCLLAASSSS CC FFIIRREESS::
FFiirree iinnvvoollvviinngg eelleeccttrriiccaall eeqquuiippmmeenntt
CCLLAASSSS DD FFIIRREESS::
FFiirree iinnvvoollvviinngg mmeettaallss –– NNaa,, KK,, LLii aanndd ZZrr

29. LLiigghhtt hhaazzaarrdd OOccccuuppaanncciieess
LLiigghhtt HHaazzaarrdd –– OOccccuuppaanncciieess oorr PPoorrttiioonnss ooff ootthheerr OOccccuuppaanncciieess
wwhheerree qquuaannttiittyy aanndd// oorr ccoommbbuussttiibbiilliittyy iiss llooww aanndd ffiirree wwiitthh
rreellaattiivveellyy llooww rraatteess ooff hheeaatt rreelleeaassee aarree eexxppeecctteedd,,
LLiigghhtt HHaazzaarrdd ––OOccccuuppaanncciieess IInncclluuddee::::
CChhuurrcchheess MMuusseeuummss
CClluubbss NNuurrssiinngg oorr CCoonnvvaalleesscceenntt HHoommee
EEdduuccaattiioonnaall OOffffiiccee,, IInncclluuddiinngg DDaattaa PPrroocceessssiinngg
HHoossppiittaallss RReessiiddeennttiiaall
IInnssttiittuuttiioonnaall RReessttaauurraanntt sseeaattiinngg aarreeaass
LLiibbrraarriieess,, eexxcceepptt llaarrggee TThheeaatteerrss aanndd AAuuddiittoorriiuummss
SSttaacckk rroooommss eexxcclluuddiinngg ssttaaggee aanndd pprroosscceenniiuummss

30. OOrrddiinnaarryy HHaazzaarrdd OOccccuuppaanncciieess ((GGrroouupp 1))
OOrrddiinnaarryy HHaazzaarrdd ((GGrroouupp 1)) –– OOccccuuppaanncciieess oorr PPoorrttiioonnss ooff ootthheerr
OOccccuuppaanncciieess wwhheerree ccoommbbuussttiibbiilliittyy iiss llooww,, qquuaannttiittyy ooff ccoommbbuussttiibblleess
iiss mmooddeerraattee,, ssttoocckk ppiilleess ooff ccoommbbuussttiibblleess ddoo nnoott eexxcceeeedd 88 fftt,, aanndd
ffiirree wwiitthh mmooddeerraattee rraattee ooff hheeaatt rreelleeaassee aarree eexxppeecctteedd,,
Ordinary Hazard OOccccuuppaanncciieess ((GGrroouupp 11)) IInncclluuddee::
AAuuttoommoobbiillee PPaarrkkiinngg EElleeccttrroonniicc ppllaannttss
GGaarraaggeess GGllaassss aanndd GGllaassss PPrroodduuccttss
BBaakkeerriieess MMaannuuffaaccttuurriinngg
BBeevveerraaggee MMaannuuffaaccttuurriinngg LLaauunnddrriieess
CCaannnneerriieess
DDaaiirryy PPrroodduuccttss MMffgg.. && PPrroocceessssiinngg

31. OOrrddiinnaarryy HHaazzaarrdd OOccccuuppaanncciieess ((GGrroouupp 22))
OOrrddiinnaarryy HHaazzaarrdd ((GGrroouupp 22)) –– OOccccuuppaanncciieess oorr PPoorrttiioonnss ooff
ootthheerr OOccccuuppaanncciieess wwhheerree qquuaannttiittyy aanndd ccoommbbuussttiibbiilliittyy ooff
ccoonntteennttss iiss mmooddeerraattee,, ssttoocckk ppiilleess ddoo nnoott eexxcceeeedd 1122 fftt,,
aanndd ffiirree wwiitthh mmooddeerraattee rraattee ooff hheeaatt rreelleeaassee aarree
eexxppeecctteedd
OOrrddiinnaarryy HHaazzaarrdd OOccccuuppaanncciieess ((GGrroouupp 22)) IInncclluuddee::
CCeerreeaall MMiillllss MMeerrccaannttiillee
CChheemmiiccaall PPllaanntt-- OOrrddiinnaarryy MMaacchhiinnee SShhooppss
CCoolldd SSttoorraaggee WWhheerreehhoouusseess MMeettaall WWoorrkkiinngg
CCoonnffeeccttiioonnaarryy PPrroodduuccttss PPrriinnttiinngg aanndd PPuubblliisshhiinngg
DDiissttiilllleerriieess TTeexxttiillee MMffgg.
LLeeaatthheerr GGooooddss MMffgg. TToobbaaccccoo PPrroodduuccttss MMffgg.
LLiibbrraarriieess--LLaarrggee SSttaacckk-- WWoooodd PPrroodduucctt AAsssseemmbbllyy
RRoooomm AArreeaa

32. OOrrddiinnaarryy HHaazzaarrdd OOccccuuppaanncciieess ((GGrroouupp 33))
OOrrddiinnaarryy HHaazzaarrdd ((GGrroouupp 33)) –– OOccccuuppaanncciieess oorr PPoorrttiioonnss ooff ootthheerr
OOccccuuppaanncciieess wwhheerree qquuaannttiittyy aanndd// oorr ccoommbbuussttiibbiilliittyy ooff ccoonntteennttss
iiss hhiigghh,, aanndd ffiirreess ooff hhiigghh rraattee ooff hheeaatt rreelleeaassee aarree eexxppeecctteedd,,
OOrrddiinnaarryy HHaazzaarrdd ((GGrroouupp 33)) ––OOccccuuppaanncciieess IInncclluuddee::::
EExxhhiibbiittiioonn HHaallllss RReeppaaiirr GGaarraaggeess
FFeeeedd MMiillllss TTiirree MMaannuuffaaccttuurriinngg
PPaappeerr aanndd PPuullpp MMiillllss WWaarreehhoouusseess (( hhaavviinngg mmooddeerraattee
PPaappeerr aanndd PPrroocceessss PPllaannttss ccoommbbuussttiibbiilliittyy ooff ccoonntteenntt ssuucchh
aass ppaappeerr,, hhoouusseehhoolldd ffuurrnniittuurree,,
ppaaiinntt,, ggeenneerraall ssttoorraaggee,, wwhhiisskkeeyy,, eettcc..))
WWoooodd MMaacchhiinniinngg

33. EExxttrraa HHaazzaarrdd OOccccuuppaanncciieess
EExxttrraa HHaazzaarrdd--OOccccuuppaanncciieess oorr PPoorrttiioonnss ooff ootthheerr ooccccuuppaanncciieess
wwhheerree qquuaannttiittyy aanndd ccoommbbuussttiibbiilliittyy ooff ccoonntteennttss iiss vveerryy hhiigghh,,
ffllaammmmaabbllee lliiqquuiiddss,, dduusstt,, LLiinntt,, oorr ootthheerr mmaatteerriiaallss aarree pprreesseenntt
iinnttrroodduucciinngg tthhee pprroobbaabbiilliittyy ooff rraappiiddllyy ddeevveellooppiinngg ffiirreess wwiitthh
hhiigghh rraatteess ooff hheeaatt rreelleeaassee..
Extra Hazard Occupancies IInncclluuddee::::
AAiirrccrraafftt HHaannggaarrss EExxpplloossiivvee aanndd PPyyrrootteecchhnniiccss
CChheemmiiccaall WWoorrkkss WWooooddwwoorrkkiinngg wwiitthh ffllaammmmaabbllee
((EExxttrraa HHaazzaarrdd)) FFiinniisshhiinngg
CCoottttoonn PPiicckkeerrss aanndd
OOppeenniinngg OOppeerraattiioonnss

34. FFllaasshh PPooiinntt
LLoowweesstt tteemmppeerraattuurree aatt wwhhiicchh lliiqquuiidd pprroodduucceess
eennoouugghh vvaappoouurr ttoo ffoorrmm aa ffllaammmmaabbllee mmiixxttuurree
HHiigghhllyy FFllaammmmaabbllee : 0000 –– 332200CC
FFllaammmmaabbllee : 3322 –– 660000CC
CCoommbbuussttiibbllee : AAbboovvee 660000CC

35. FFIIRREE SSAAFFEETTYY SSTTRRAATTEEGGYY
 SSaaffee bbuuiillddiinngg,, eeqquuiippmmeenntt aanndd pprroocceesssseess
 EElliimmiinnaattiioonn ooff ccaauusseess ooff ffiirree
 TTrraaiinniinngg aanndd eedduuccaattiioonn ffoorr ggoooodd hhoouusseekkeeeeppiinngg aanndd
eemmeerrggeennccyy aaccttiioonn
 PPrroovviissiioonn ooff pprrootteeccttiioonn // ffiigghhttiinngg eeqquuiippmmeenntt
 MMaaiinntteennaannccee ooff pprrootteeccttiivvee eeqquuiippmmeenntt iinn rreeaaddiinneessss

36. OOvveerr 112255 eeqquuiippmmeenntt
IInnbbuuiilltt
PPoorrttaabbllee MMaannuuaall
((FFiixxeedd))
FFiixxeedd
((AAuuttoommaattiicc))
UUsseedd bbyy
FFiirreemmeenn
EExxttiinngguuiisshheerrss HHyyddrraanntt
SSyysstteemm
SSpprriinnkklleerrss
DDeetteeccttoorrss
FFllooooddiinngg
SSyysstteemm
FFiirree TTeennddeerr
SSnnoorrkkeell
PPrrootteeccttiivvee
EEqquuiippmmeenntt

37. AAuuttoommaattii`cc SSpprriinnkklleerr SSyysstteemm

38. Water Application Rate
of Sprinklers
Hazard Minimum Discharge Area ooff DDuurraattiioonn
CCllaassss PPrreessssuurree DDeennssiittyy OOppeerraattiioonn ((mmiinn))
((bbaarrss)) ((mmmm//mmiinn)) ((mm22))
EELLHH 22..2200 22..2255 8844 3300
OOHH11 11..0000 55..0000 7722 6600
OOHH22 11..4400 55..0000 114444 6600
OOHH33 11..7700--22..0000 55..0000 221166--336600 6600
EEHHHH -- 77..5500--1122..5500 226600 9900
((PPrroocceessss))
EEHHHH -- 77..5500--1177..5500 226600 9900
((SSttoorraaggee))

39. Water Discharge Rate
of Sprinklers
QQ = KK ((PP)) 11//22
WWhheerree,,
QQ == WWaatteerr DDiisscchhaarrggee RRaattee ((llppmm))
PP == WWaatteerr PPrreessssuurree,, bbaarrss
KK == OOrriiffiiccee ccooeeffffiicciieenntt
== 5577 ffoorr 1100 mmmm SSpprriinnkklleerrss
== 8800 ffoorr 1155 mmmm SSpprriinnkklleerrss
== 111155 ffoorr 2200 mmmm SSpprriinnkklleerrss

40. Water Discharge Rate
of Sprinklers
PPrreessssuurree SSpprriinnkklleerr SSiizzee
((bbaarrss)) 1100 mmmm 1155 mmmm 2200 mmmm
00..669900 4477 6666 9955
11..003355 5588 8811 111166
11..338800 6677 9933 113355
11..772255 7755 110055 115500
22..441155 8888 112244 117788
33..445500 110055 114488 221122
55..117755 112299 118822 226611
66..990000 114499 221100 330022

41. Maximum Coverage per
Sprinkler
Hazard Coverage Spacing BBeettwweeeenn SSpprriinnkklleerrss
CCllaassss ((mm22)) ((mm))
EELLHH 2211 44..55
OOHH11
OOHH22 1122 33..55
OOHH33
EEHHHH
((PPrroocceessss)) 0099 33..00
((SSttoorraaggee))

42. CCoommmmoonn PPeerrcceeppttiioonn
WWhhaatt iiss ccoommmmoonnllyy pprreessccrriibbeedd
00 NNoonnee
0000 EExxttiinngguuiisshheerrss
000000 DDrryy//WWeett HHyyddrraannttss
00000000 SSpprriinnkklleerrss// DDeetteeccttoorrss
WWhhaatt iiss IIggnnoorreedd
SSaaffee && aaddeeqquuaattee ssiizzee aanndd NNuummbbeerrss ooff EEssccaappee RRoouutteess

43. TTWWOO AAPPPPRROOAACCHHEESS TTOO FFIIRREE SSAAFFEETTYY
SSttrraatteeggyy
11.. PPrreessccrriippttiioonn bbaasseedd ffiirree ssaaffeettyy
22.. PPeerrffoorrmmaannccee bbaasseedd ffiirree ssaaffeettyy

44. PERFORMANCE BBAASSEEDD FFIIRREE SSAAFFEETTYY
DDEESSIIGGNN
SSTTAARRTT
FFIIRREE SSAAFFEETTYY PPLLAANN OOFF AA
BBUUIILLDDIINNGG
FFIIRREE MMOODDEELL
PPrreeddiiccttiioonn ooff iimmppaaccttss uunnddeerr ddeessiiggnn ffiirree ccoonnddiittiioonnss
SSAAIISSFFYY
CCRRIITTEERRIIAA ??
SSTTOOPP
YYEESS
NNOO
DDeessiiggnn FFiirree CCoonnddiittiioonnss
SSttaannddaarrdd SSaaffeettyy CCrriitteerriiaa

45. WWhhaatt iiss aa MMooddeell??
Physically of mentally contrived emulation of
‘reality’ suggested by what understanding we
have of the phenomenon

46. MODEL POTENTIAL
A Model must have capacity or ‘potential to
be valuable
A model is valuable depends upon the case and
how the model is employed
A model which has the potential to be valuable
may not be valuable in a given case because it
may be inappropriate for that case.

47. FFIIRREE MMOODDEELLLLIINNGG
dynamics
fire Understanding of MM OO DD EE LL
Numerical Mathematics
Analysis of Results and Validation

48. FFOORR EEXXAAMMPPLLEE::
800
600
400
200
200 400 600 800 100
0
120
Time(S) 0
Temperature (C)
FFiirree MMooddeell:: LLiimmiittaattiioonnss--11
Validation: means proven correct, but term validation is misleading in
itself, because validation is carried out with a limited set of experiments only.
Shows that there is a need for repetition of experimental tests.

49. FFiirree MMooddeell:: LLiimmiittaattiioonnss--22
CCoommppaarriissoonn wwiitthh eexxppeerriimmeennttss uunnddeerr iiddeennttiiccaall iinnppuuttss
Ranking of Predicted
Temperature TTEESSTT
Foam Slab HHoouussee DDeepptttt.. SSttoorree
Highest FIRST FAST ASET
Middle - ASET FAST
Lowest FAST FIRST FIRST
Conclusion: We can not assume consistency of prediction of one
model in relation to another model

50. DDEEVVEELLOOPPEEDD MMOODDEELLSS
CALFIRE CALculate Fire in Room and Enclosures
FIREMAP Fire Induced Risk Evaluation and Mapping
SAFE-R Safe and Accessible Fire Escape - Routes
SEEM Stack Emission Engineering Model

51. BBUUIILLDDIINNGG EEVVAACCUUAATTIIOONN--11
Emergent Evacuation - Why ?
 Fire
 Earthquake
 Toxic Gas Release
 Bomb Threat
 Civil Defence Preparedness, etc
SSiimmppllee eexxuubbeerraannccee ooff aa mmeemmbbeerr ooff tthhee ccrroowwdd mmaayy ccaauussee ssttaammppeeddee
rreessuullttiinngg iinn ccrruusshhiinngg aanndd ttrraammpplliinngg..
IInnaaddeeqquuaattee nnuummbbeerr aanndd ssiizzee ooff eessccaappee rroouutteess ccaauussee bbaacckkttrraacckkiinngg aanndd
ccrreeaatteess bboottttlleenneecckkss..

52. BBuuiillddiinngg EEvvaaccuuaattiioonn
WWhhaatt iiss NNeeeeddeedd ??
• AAddeeqquuaattee NNuummbbeerr ooff EEssccaappee RRoouutteess
• AAddeeqquuaattee WWiiddtthh ooff tthhee EEssccaappee RRoouuttee
•RReedduucceedd CCoommpplleexxiittyy ooff tthhee MMoovveemmeenntt
•EEssccaappee RRoouutteess aarree PPrrooppeerrllyy PPrrootteecctteedd
IInnaaddeeqquuaattee ssiizzee aanndd nnuummbbeerr ooff eessccaappee rroouutteess ccrreeaattee
bboottttlleenneecckkss tthhaatt mmaayy ccaauussee ssttaammppeeddee,, ccrraasshhiinngg,, aanndd
ttrraammpplliinngg..

53. SSAAFFEE--RR mmeetthhooddoollooggyy
I. Identification of paths for each source node,
II. Calculation of traversal time of each path,
III. Determination of dynamic capacity of each path,
IV. Arranging paths in ascending order in terms of traversal
time,
V. Calculation of number of evacuees per unit time step,
VI. Presentation of result in tabular form,

54. BBUUIILLDDIINNGG EEVVAACCUUAATTIIOONN--33
SAFE-R MODEL
Has been developed to plan the evacuation process
 Identification of Paths for each Source Node
 Calculate Traversal Time of each Path
 Calculate Dynamic Capacity of each Path
 Number of evacuees per unit time
 Helps to reject the use of longer Paths
 Helps to reduce bottlenecking and waiting time

55. BBUUIILLDDIINNGG EEVVAACCUUAATTIIOONN--55
SAFE – R Input
 Dynamic Capacity of the Arc
- Doorways : 1.0 P/m/s
- Level Passage : 1.2 P/m/s
- Stairways : 0.8 P/m/s
 Walking Speed : 0.5 – 1.0 m/s
 Initial Content : 12.5 m2/P
 Node Capacity : 0.5 m2/P

56. BBUUIILLDDIINNGG EEVVAACCUUAATTIIOONN--44
SAFE-R NETWORK
Building plan is represented in the form of a network of
Nodes and Arcs.
Node represents spaces such as Hall, Room, Corridor
Arc represents the connection between two Nodes
Example:
Room Node Exit
Nodes : Source node (Room)
Exit node (Open)
Arc : Door between Room & Open

57. 70
WP1.3
LA1.3 HA1.3 LA2.3
ROOM 302 ROOM 303
70
WP2.3 WP3.3
SW1.3
SW1.2 Contd. SW2.2
72
ROOM 301
3 LEVEL
3rd ROOM 201
ROOM 202
2nd LEVEL
ROOM 101
WP1.1
GROUND LEVEL
BBuuiillddiinngg LLaayyoouutt
SW2.3
WP1.2
LA1.2 HA1.2 LA2.2
WP2.2
SW2.2
SW1.2
HA2.1
LO1.1
HA1.1
Contd.
HA3.1
DS2.1
DS1.1

58. 6
19
20
27,0,0
22,16,1 23,0,0
14
Source Node Dummy Node
10
21,5,4
19,5,4
13,5,4
21
Exit Node
SAFE-R Network of the example building
a,b,c
Node Number
No. of Occupants
a is the arc number
b is the dynamic capacity
c is the traversal time period
0
70 0
70 0
72
18
16 4 5 17
13 15
11 2 3 12
1
7 9
8
21
Exit Node
1,3,3
2,6,4
6,8,1
10,5,5,
25,3,3 26,3,3
17,3,3 18,3,3
24,3,4
20,3,4
16,3,4
11,2,9
14,14,1 15,0,0
8,6,4 9,6,4
4,6,3 5,3,3
7,14,4
3,3,1
Source Node
Dummy Node
Dummy Node
Source Node

59. Path for Source Node: 1
Path-1 : 1® 7 ®8 ®21
Path-2 : 1® 7® 10® 9® 21
Path-3 : 1® 7 ®21
Path-4 : 1® 9® 21
Path-5 : 1®10® 7® 8® 21
Path-6 : 1® 10® 7® 21
Path-7 : 1® 10® 9® 21
Path for Source Node: 2
Path-9 : 2® 14®13®11®7®8®21
Path-9 : 2® 14®13®11®7®10®9®21
Path-10 : 2® 14®13®11®7®21
Path-11 : 2® 14®15®12®9®21
Path-12 : 2® 14®15®12®10®7®8®21
Path-13 : 2® 14®15®12®10®7® 21
Path-14 : 2® 14®15®12®10®9® 21
Path for Source Node: 4
Path-15 : 4® 19®18®16®13®11®7®8®21
Path-16 : 4® 19®18®16®13®11®7®10®9®21
Path-17 : 4® 19®18®16®13®11®7®21
Path-18 : 4® 19®20®17®15®12®9®21
Path-19 : 4® 19®20®17®15®12®10®7®8®21
Path-20 : 4® 19®20®17®15®12®10®7® 21
Path-21 : 4® 19®20®17®15®12®10® 9® 21
Paths identified by SAFE-R model

60. Path
Number
Source
Node
Traversal
Time
Dynamic
Capacity
Initial
Capacity
1 1 10 3 72
2 1 12 3 72
3 1 4 6 72
4 1 4 3 72
5 1 15 3 72
6 1 9 6 72
7 1 9 3 72
8 2 20 3 70
9 2 22 3 70
10 2 14 3 70
11 2 14 2 70
12 2 28 2 70
13 2 22 2 70
14 2 22 2 70
15 4 28 3 70
16 4 30 3 70
17 4 22 3 70
18 4 22 2 70
19 4 36 2 70
20 4 30 2 70
21 4 30 2 70

61. Most utilized paths for each source node
Source
Node
Initial
Content
Path Utilized % of people
flowing
1
72
Path – 3 1® 7® 21 65%
Path – 4 1® 9® 21 29%
Path – 6 1® 10® 7® 21 06%
2
70
Path –10 2® 14® 13® 11® 7® 21 51%
Path –11 2® 14 ®15® 12® 9® 21 33%
Path – 8 2® 14® 13® 11® 7® 8® 21 07%
Path –13 2® 14® 15® 12® 10® 7® 21 09%
3
70
Path –15 4® 19® 18® 16® 13® 11® 7® 8® 21 50%
Path –17 4® 19® 18® 16® 13® 11® 7® 21 29%
Path –18 4® 19® 20® 17® 15® 12® 9® 21 10%
Path –20 4® 19® 20® 17® 15® 12® 10® 7®
11%
21

62. 250
200
150
100
50
0
SAFE-R EVACNET+
0 25 50 75 100 125 150 175 200
Time,s
No. of people inside the building
Number of people left inside the building aatt aannyy iinnssttaanntt ooff ttiimmee

64. September 11, 2001

65. Safety Features
 Wind load of 320 kmpH hurricane
 Worst Seismic load in Aleutian Tectonic Plate
 Sprinkler System
 Fire alarm system
 Escape routes
 Two Hours fire resistance

66. Fuel Load : 90,000 lit.
Fuel Density : 0.8 kg/lit.
Fuel Mass : 72,000 kg
Heat of Comb : 44 MJ/kg
Fire Load : 3.168 x 106 MJ
Fire Duration : 1 hr
Heat release rate : 880 MW
Equivalent to 2 NAPS or 2 Super TPPs.
Fire Load

67. Room Temperature – 1
Floor Area : 4,032 m2
Building Volume : 1.66 x 106 m3
Air Density : 1.0 kg/m3
Air Mass : 1.66 x 106 kg
Specific Heat : 1.2 kJ/kg-K
T = 3168 x 106/1.66 x 106 x 1.2
T = 15900 C
Assumption : Building is insulated

68. Room Temperature – 2
Plane Strike : 300 m from base
Height involved : 112 m
Air mass : 4032 x 112
: 0.45 x 106 kg
Energy lost to ambient : 60 – 80%
T = 23460 C with 60% losses.
= 17600 C with 70% losses.
Reported temperature : 17270 C
Melting Point of Steel : 15700 C

69. Fire Resistance - 1
Steel Columns covered with insulating material provided
guarantee to stand for a minimum of 2 hrs during normal fire
conditions, i.e.,
Fire Resistance = 2 hrs.
Fire Resistance is determined in a Standard Furnace, whose
temperature is raised in accordance with
DT = 345 log 10 (8t + 1)
t is time in min.

70. Theoretical Fire Resistance – 1
. 25mm thick, hollow steel column
25mm . Insulation Board
li
Insulation Steel
Tf
di
Ts
Heat balance provides
( )
s s s i
A T T
dT
= l -
s i i f s
V C d
dt
r
T =
1727 C
T ?
s
O
f
=

71. 2000
1800
1600
1400
Theoretical Fire Resistance – 2
Column temperature under real time fire
1570
C
Temperature, 1200
1000
800
600
400
200
0
0
400
800
Time, S Standard time – temperature curve
Column temperature under standard fire
30 min 50 min
1200
1600
2000
2400
2800
3200
3600
4000
4400
4800
5200
5600
6000
6400
6800
7200

72. Equivalence of Fire Severity - 1
1200
1000
800
Standard time – temperature curve
Temperature, C  Fire Severity is defined as area under the curve.
600
400
200
0
0
400
800
1200
1600
2000
2400
2800
3200
3600
4000
4400
4800
5200
5600
6000
6400
6800
7200
Time, S
 Fire Severity should remain Constant.
 Fire Severity in the present area is equal to
97429.250 C-min

73. Equivalence of Fire Severity - 2
Under the influence of elevated temperature,
fire resistance reduces.
1727 x t = 97429.25
t = 57 min
Very close to the time of Collapse
Temperature, oC
Time, min
1727
?

74. CALFIRE Example
PPrroobblleemm
DDoommeessttiicc ppaann ffiirree
WWiillll KKiittcchheenn ffaann ccooppee wwiitthh vvoolluummee ooff
SSmmookkee::

75. VENT/ FAN SIZE
Information on the proper size of VENT or for deciding
suitable specification of an extractor FAN is required
to check the descent of the hot gas layer below a
certain level.

76. CALFIRE Example
VViissuuaalliizzee PPrroobblleemm
FFlloooorr == 33mm xx 44mm
HHeeiigghhtt == 22..44mm
CClleeaarr HHeeiigghhtt == 22..00mm
FFiirree HHeeiigghhtt == 11..00mm

77. CALFIRE Example
HHeeaatt RReelleeaassee RRaattee
PPooooll FFiirree ,, ddiiaa 00..22mm
FFuueell LLiiqquuiidd HHyyddrrooccaarrbboonn
HHRRRR == 1133kkWW

78. CALFIRE Example
LLaayyeerr TTeemmppeerraattuurree
RRoooomm SSiizzee 33xx44xx22..44
DDoooorr OOppeenn 11..00xx22..00
TTeemmppeerraattuurree 5555..55 00CC

79. CALFIRE Example
NNoorrmmaall VVeennttiillaattiioonn
33 rroooomm vvoolluummeess// hhoouurr
VVoolluummee rraattee 00..002244 MM33//ss
MMaassss rraattee 00..002288 kkgg//ss
((nnoorrmmaall tteemmpp))
MMaassss rraattee hhoott ssmmookkee 00..002255 kkgg//ss

80. CALFIRE Example
PPlluummee CCaallccuullaattiioonnss
RRoooomm HHeeiigghhtt 22..4400 mm
FFiirree HHeeiigghhtt 11..0000 mm
LLaayyeerr ddeepptthh 00..4400 mm
MMaassss FFllooww 00..1155 kkgg//ss

81. CALFIRE Example
CCoonncclluussiioonn
NNeeeedd ttoo iinnccrreeaassee eexxttrraaccttiioonn rraattee bbyy
ffaaccttoorr ooff 66 ttoo mmaaiinnttaaiinn llaayyeerr 22..00mm
aabboovvee fflloooorr..

82. Thank You

83. Conclusions
 Initially, the individual floor perimeter columns collapsed due to
combination of factors such as high temperature and aircraft debris.
 The fire continued for about an hour, steel columns melted, fire
resistance reduced to one fourth.
 Large amount of heat transferred to lower portion through radiation
and conduction, thus weakening the structure below.
 The columns started buckling after loosing strength and over
loading.
 Once the floor collapsed, each new falling floor added to the
downward force. Subsequently, the upper portion fell and hit the
intact structure below.
 High speed express elevators helped in removing people @ 1.375
persons per second per elevator, i.e. 4,950 persons per hour per
elevator.
 Had the impact zone been lower, the structure may have fallen like a
tree.

84. AAuuttoommaattii`cc SSpprriinnkklleerr SSyysstteemm

85. Water Application Rate
of Sprinklers
Hazard Minimum Discharge Area ooff DDuurraattiioonn
CCllaassss PPrreessssuurree DDeennssiittyy OOppeerraattiioonn ((mmiinn))
((bbaarrss)) ((mmmm//mmiinn)) ((mm22))
EELLHH 22..2200 22..2255 8844 3300
OOHH11 11..0000 55..0000 7722 6600
OOHH22 11..4400 55..0000 114444 6600
OOHH33 11..7700--22..0000 55..0000 221166--336600 6600
EEHHHH -- 77..5500--1122..5500 226600 9900
((PPrroocceessss))
EEHHHH -- 77..5500--1177..5500 226600 9900
((SSttoorraaggee))

86. Water Discharge Rate
of Sprinklers
PPrreessssuurree SSpprriinnkklleerr SSiizzee
((bbaarrss)) 110 mmmm 1155 mmmm 220 mmmm
00..669900 4477 6666 9955
11..003355 5588 8811 111166
11..338800 6677 9933 113355
11..772255 7755 110055 115500
22..441155 8888 112244 117788
33..445500 110055 114488 221122
55..117755 112299 118822 226611
66..990000 114499 221100 330022

87. Water Discharge Rate
of Sprinklers
QQ == KK ((PP)) 11//22
WWhheerree,,
QQ == WWaatteerr DDiisscchhaarrggee RRaattee ((llppmm))
PP == WWaatteerr PPrreessssuurree,, bbaarrss
KK == OOrriiffiiccee ccooeeffffiicciieenntt
== 5577 ffoorr 1100 mmmm SSpprriinnkklleerrss
== 8800 ffoorr 1155 mmmm SSpprriinnkklleerrss
== 111155 ffoorr 2200 mmmm SSpprriinnkklleerrss

88. Maximum Coverage per
Sprinkler
Hazard Coverage Spacing BBeettwweeeenn SSpprriinnkklleerrss
CCllaassss ((mm22)) ((mm))
EELLHH 2211 44..55
OOHH11
OOHH22 1122 33..55
OOHH33
EEHHHH
((PPrroocceessss)) 0099 33..00
((SSttoorraaggee))