This is an HTML version of an attachment to the Official Information request 'Building Code Performance Clause C5.2'.
link to page 1 link to page 1 link to page 2 link to page 2 link to page 2 link to page 3 link to page 3 link to page 3 link to page 3 link to page 3 link to page 3 link to page 4 link to page 4 link to page 4 link to page 4 link to page 5 link to page 5 link to page 5 link to page 5 link to page 5 link to page 6 link to page 6 link to page 6 link to page 6 link to page 6


 
 
MANUAL Fire risk management 
Fire Engineering 
Introduction  
Buildings must be designed in accordance with the requirements of the Building Code (BC) 
to ensure:  
  people will be safe as they escape following a fire in a building 
  firefighters can undertake rescue and firefighting operations without being exposed to 
undue risk 
Act
  damage to neighbouring property is avoided 
 
Contents 
Fire Engineering .................................................................................................................... 1 
Introduction ........................................................................................................................ 1 
Building law in New Zealand .............................................................................................. 2 
Components of a Fire Engineering Design ......................................................................... 2 
Information 
Role of Fire Engineers ....................................................................................................... 2 
The Design Fire ................................................................................................................. 3 
Purpose of Design Fire Selection ................................................................................... 3 
Design Fire Location ...................................................................................................... 3 
Design Fire Severity ....................................................................................................... 3 
Official 
Design of Means of Escape ............................................................................................... 3 
Protection of people from illness or injury ....................................................................... 3 
the 
Smoke Generation and Movement ................................................................................. 4 
Movement of People ...................................................................................................... 4 
Design of Escape Routes ............................................................................................... 4 
under 
People Behaviour ........................................................................................................... 4 
Design for Fire Spread ....................................................................................................... 5 
Protecting Escape Routes .............................................................................................. 5 
Flame spread ................................................................................................................. 5 
Separation of Firecells .................................................................................................... 5 
Protection of other Property ............................................................................................ 5 
Released 
Design for Structural Stability ............................................................................................. 6 
Introduction .................................................................................................................... 6 
Avoidance of Collapse .................................................................................................... 6 
Steel ............................................................................................................................... 6 
Concrete ........................................................................................................................ 6 
NZFS Fire Risk Management 
Page 1 of 7 
FRM Fire Engineering October 2010 ADM 
 

link to page 6 link to page 6 link to page 6 link to page 7 link to page 7 link to page 7  
 
MANUAL Fire risk management 
Timber ............................................................................................................................ 6 
Design of Facilities for Firefighters ..................................................................................... 6 
Building Code Requirements .......................................................................................... 6 
Engineering Design ........................................................................................................ 7 
Fire Brigade Intervention Model ...................................................................................... 7 
Further Reading ............................................................................................................. 7 
 
Building law in New Zealand 
Act
New Zealand's main systems for governing building work, collectively known as building 
controls, are the Building Act 2004 (BA), the Building Regulations 1992, and the Building 
Code (BC), which is the first schedule to the Building Regulations. All building work must 
comply with the BC. 
The BA mainly applies to the physical aspects of building work. Other legislation may also 
apply to building proposals, the ongoing use of a building, consumer protection, and the 
health and safety of workplaces in buildings. 
Compliance Documents are published by the Department of Building and Housing to help 
Information 
people comply with the BC. Many Compliance Documents reference New Zealand 
Standards.
 
An alternative solution  is a building design solution that differs from those contained in the 
Compliance Documents, but is accepted by a Building Consent Authority (BCA) as meeting 
the requirements of the BC. 
Official 
The consents and inspections process ensures that building work complies with the BC. In 
other words it is safe, durable and does not endanger health, both for the current users of the 
building and to protect those who may buy and use the property in the future. 
the 
Components of a Fire Engineering Design  
To show that the performance requirements of the BC are met, the building designer would 
normally appoint a fire engineer to undertake the design work in respect of fire safety.  
under 
The engineer uses calculations, engineering design methods, and in some cases computer 
fire models to demonstrate that the proposed performance-based solution for the building 
meets the requirements of the BC.   
Role of Fire Engineers  
The NZFS employs several Fire Engineers throughout the country. Please see the chapter 
on Fire Engineers for further information. 
Released 
 
 
 
 
NZFS Fire Risk Management 
Page 2 of 7 
FRM Fire Engineering October 2010 ADM 
 




 
 
MANUAL Fire risk management 
The Design Fire  
Purpose of Design Fire Selection  
To carry out an assessment of the fire safety aspects of a building design, a fire engineer will 
generally have to perform some calculations based on the likely fire scenarios that could 
arise in the building and assess their potential impacts. These fire scenarios are known as 
design fires. A design fire may be required as an input to a computer model, or may be used 
to assess the risk of structural collapse, or may be required to determine fire resistance 
ratings of building features.  
Design Fire Location  
Act
The fire engineer should test his/her design against a range of different fire locations, unless 
the design is sufficiently simple for there to be a single obvious ‘worst case’. The locations 
selected for design purposes will, in general, be dictated by the likelihood of a fire arising in a 
particular location. This will depend in turn on what there is to burn and the potential for 
ignition.  
Design Fire Severity  
Depending on the type of calculation being carried out, the design fire may be a slow, 
growing or a fast or ultra fast fire. It may also be a fully developed or flashover fire. Ideally the 
Information 
fire engineer would test his/her design against a range of different fire locations and 
severities. Severity is usually expressed in terms of the heat release rate (kW or MW) of the 
fire.   
There are well established techniques for determining the fire severity of fully developed or 
flashover fires. The heat release rate in a room that is required to bring about flashover, and 
Official 
the expected steady heat release rate following flashover, can be estimated relatively simply.  
For many purposes the fire is assumed to be growing. There is a range of experimental 
the 
evidence to draw upon when estimating how fast fires will grow, but the rate of growth is 
highly dependent on what is assumed to be burning. In some designs this may be 
reasonably well known; in others, much less so, particularly when it is recognised that the fire 
engineering design has to be valid for the life of the building.  
under 
Design of Means of Escape  
Protection of people from illness or injury  
The objective of the BC in respect of means of escape, Clause C2.1 (a), is that people are to 
be safeguarded from illness or injury as they escape from a fire. There are a number of ways 
in which people could be injured by a fire:  
  effects of heat  
Released 
  effects of toxic gases contained in smoke  
  effects of irritant components of smoke  
 
These effects increase the longer a person is exposed to the fire. Therefore anything that 
delays escape can increase the potential for injury for those escaping. Delay can be caused 
by people:  
NZFS Fire Risk Management 
Page 3 of 7 
FRM Fire Engineering October 2010 ADM 
 





 
 
MANUAL Fire risk management 
  having difficulty in locating escape routes  
  encountering congestion in escape routes  
  suffering loss of visibility in a smoky environment   
  undertaking actions not directed towards escape  
 
Therefore, any assessment of the potential for injury must take into account the time for 
which people are likely to be exposed, as well as what they are likely to be exposed to.  
Smoke Generation and Movement  
Once the design fires have been established, there are a number of possible calculations  Act
that might need to be carried out. Given that most people in fire die from the toxic effects of 
smoke, the fire engineer will often carry out smoke movement or smoke filling calculations. 
The calculation methods available range from relatively simple hand calculations and 
equations, to computer models that can take days to run.  
Engineers have to exercise great care when selecting and using computer models as even 
the most sophisticated are prone to errors if wrongly applied. Many fire models have only 
been validated against experiments in domestic room-sized compartments and may not give 
valid results for large or complex spaces.  
The toxic products likely to be in smoke and the effects of these products on people are 
Information 
reasonably well understood. This has led to the concept of tenability limits – values of 
exposure to toxic products, heat or lack of oxygen that are thought to be the maximum that 
can be tolerated by people before being overcome by the effects of the fire.  
Fire engineers may use estimates of toxic product production and tenability limits to 
demonstrate that exposure to smoke in particular circumstances is not likely to cause illness 
Official 
or injury to building occupants.  
Movement of People  
the 
In assessing any design, it will be essential to know that people can escape before being 
overcome by the effects of fire. The time it takes people to escape depends on two separate 
sets of factors – design of escape routes and people behaviour.  
Design of Escape Routes  
under 
The distance that people will have to travel before they are in a safe place will determine how 
long it takes them to get there. This is important in buildings such as airports and railway 
stations where travel distances can be long.  
More importantly, in situations where there are many people trying to escape at once, the 
width of doors, corridors and stairways has a major influence on the crowding that occurs in 
escape routes. Flows of people though means of escape has been extensively studied and  
much is known about how long it will take people to get out of sports stadiums or tall 
Released 
buildings, for example, using the available exits.  
People Behaviour  
In designing means of escape, it is easy to fall into the trap of assuming that people will all 
move to escape as soon as they become aware of the fire. In practice, there is a range of 
NZFS Fire Risk Management 
Page 4 of 7 
FRM Fire Engineering October 2010 ADM 
 

 
 
MANUAL Fire risk management 
behaviours that people might engage in depending on how sure they are that there is a fire, 
what they are doing at the time and where they are physically located in the building.  
In office environments, with a fire detection and alarm system and staff familiar with the 
evacuation procedures, it might be reasonable to assume that people will move quickly to 
escape. In shops, people may attempt to complete transactions before leaving, or wait for 
staff to confirm that the alarm is genuine. In situations where the information available is 
unclear, people may choose to investigate further. Even when they are sure there is a fire, 
people may choose to fight it, or indeed to watch it if they feel that there is minimal personal 
threat. In domestic environments, people may decide to find family members before 
evacuating or collect personal valuables.  
Act
The times taken for people to decide to start evacuating may well exceed the time it would 
normally take them to evacuate. It is important, therefore, that the possible variations in 
human behaviour are taken into account when undertaking building design work.  
Design for Fire Spread  
Protecting Escape Routes  
The first objective of the BC in respect of fire spread, Clause C3.1(a), is to safeguard people 
from injury or illness whilst evacuating a building during fire. The third objective, Clause 
Information 
C3.1(c), concerns the protection of other property from the effects of fire.   
Flame spread  
The performance requirements of the BC require that fire spread on interior surfaces shall be 
controlled. In respect of surface finishes, a fire engineer would not normally depart from the 
prescriptive requirements in the approved documents.  
Official 
Separation of Firecells  
the 
By definition, fire separations must be provided between firecells. Fire separations are 
required by the BC to have a fire resistance rating. Fire resistance is defined in such a way 
that it must be determined in the standard test for fire resistance, or in accordance with a 
specific calculation method, verified by experimental data from standard fire resistance tests. 
In other words, alternative solutions for fire resistance that do not relate to the test are not 
under 
allowed under the BC.  
It may be required to design firecells to resist burnout of the contents of the firecell (S-rating). 
Alternatively, a firecell may only be required not to fail within a given time (F-rating).  
Protection of other Property  
Where a property adjoins another property or sleeping accommodation, fire separations are 
required by the performance requirements. See note above concerning fire separations.  
Released 
Where properties are separated by distance (as opposed to being separated by a fire 
separation), the potential for fire spread is by radiation from the burning building to the 
adjacent one. There are fire engineering calculations that can be carried out to demonstrate 
that the separation is sufficient to avoid fire spread.  
NZFS Fire Risk Management 
Page 5 of 7 
FRM Fire Engineering October 2010 ADM 
 



 
 
MANUAL Fire risk management 
Design for Structural Stability  
Introduction  
Many construction materials change their properties when they become hot. Depending on 
what the material is being used for, the change in the material may cause the building 
structure to weaken, and even give rise to structural collapse. The first objective of the BC, in 
respect of structural stability, Clause C4.1(a), is to safeguard people from injury due to loss 
of structural stability in a fire.  
Avoidance of Collapse  
Act
The performance requirements of the BC require that structural elements have fire resistance 
to avoid structural collapse in a fire. Fire resistance must be determined in the standard test 
for fire resistance, or in accordance with a specific calculation method verified by 
experimental data from standard fire resistance tests. In other words, alternative solutions for 
fire resistance that do not relate to the test are not allowed under the BC.  
Steel  
Steel loses its strength as its temperature increases. Most structural design in steel would 
have built in factors of safety. All materials weaken with increasing temperature and steel is 
no exception. Strength loss for steel is generally accepted to begin at about 300ºC and 
Information 
increases rapidly after 400ºC. By 550ºC steel retains about 60% of its room temperature 
yield strength.  It is known that fires can reach temperatures of over 1000°C, and  fire 
protection of steel is often a necessary feature of building design.  
Concrete  
Official 
When heated, concrete tends to flake off – a process known as spalling. If the spalled 
concrete exposes the steel reinforcing rods within the concrete, the structure can lose its 
strength much quicker. The phenomenon of spalling can in some cases be quite explosive in 
the 
nature. Usually concrete structural elements are designed by prescriptive rules that avoid the 
reinforcement being compromised.  
Timber  
When heated timber undergoes charring that progresses from the exposed surface. The char 
under 
has no structural strength, but it can insulate the underlying timber. There are techniques that 
may be used to calculate the fire resistance rating of timber structural elements. Calculations 
may be used to show that large timber structural elements may be sufficient to provide the 
necessary fire resistance rating.  
Design of Facilities for Firefighters  
Building Code Requirements  
Released 
Several parts of the BC mention provision of facilities for Firefighters:  
  Clause C2.1(b) on means of escape provisions states that they must also facilitate 
fire rescue operations  
  Clause C3.1(b) on fire spread provides that there must be protection to Fire Service 
personnel during firefighting operations  
NZFS Fire Risk Management 
Page 6 of 7 
FRM Fire Engineering October 2010 ADM 
 





 
 
MANUAL Fire risk management 
  Clause C4.2(b) on structural stability states that buildings shall be constructed to 
allow Fire Service personnel adequate time to undertake rescue and firefighting 
operations.  
Engineering Design  
Fire Engineers must consider the needs of firefighters when designing buildings for fire 
safety. The prescriptive requirements set out in the Approved Documents are generally 
followed in respect of Fire Service access and protection of staircases and other paths that 
will be used for firefighting and rescue purposes. Any variations to these requirements would 
generally be referred to the district Area Manager at the building design stage.  
Act
Fire Brigade Intervention Model  
Please refer to the Fire Brigade Intervention Model chapter for further information.  
 
Further Reading  
  Fire engineering Design Guide, Spearpoint, Michael, 3rd edition, Christchurch, N.Z. , 
New Zealand Centre for Advanced Engineering, 2008   
 
Information 
  SFPE Handbook of Fire Protection Engineering, DiNenno, Philip J,  4th edition, 
Quincy, MA, NFPA: Society of Fire Protection Engineers, 2008   
 
  Department of Building and Housing (DBH) website http://www.dbh.govt.nz/ 
Official 
the 
under 
Released 
NZFS Fire Risk Management 
Page 7 of 7 
FRM Fire Engineering October 2010 ADM