環(huán)境風對高層建筑豎井內煙氣運動的影響研究.pdf

1、隨著生產消費水平的發(fā)展和土地資源的日益稀缺，高層和超高層建筑在世界各國得到了越來越廣泛的應用。高層建筑的出現(xiàn)和快速發(fā)展在實現(xiàn)社會經濟效益的同時，也帶來了前所未有的高危隱患。高層建筑內發(fā)生火災時，其內人員疏散緩慢，煙氣蔓延迅速，滅火困難等不利因素使得高層建筑的火災危險性遠遠超過普通建筑。其中，煙氣的迅速蔓延是威脅人員安全的最主要因素。早在上世紀60年代，國外科研工作者就已經針對高層建筑豎向通道內煙氣的蔓延運動規(guī)律開展了諸多研究，包括煙氣運

2、動機理，煙囪效應，煙氣控制措施等，然而前人的研究主要集中在無風條件下，對于環(huán)境風存在條件下高層建筑豎向通道內的煙氣運動規(guī)律研究較少。
　　 現(xiàn)實情況下，高層建筑外部往往存在環(huán)境風，其可在建筑物的周圍形成壓力分布。研究表明，這種壓力分布對建筑物內煙氣流動的影響往往超過其他自然和人工因素。高層建筑由于高度較高，其外部風壓比普通建筑更大，因此研究環(huán)境風影響下高層建筑內的煙氣運動規(guī)律具有重要意義。本文采用理論分析，數(shù)值模擬并結合模型實驗

3、研究的方法，對不同風向條件下，不同開口形式的高層建筑豎井內的煙氣運動規(guī)律進行了研究。具體工作包括：
　　 采用火災動力學模擬的方法研究了不同風向環(huán)境風對高層側向連續(xù)開口豎井內煙氣運動的影響。分析發(fā)現(xiàn)，豎井開口位于迎風面時，環(huán)境風對豎井內煙氣運動的影響明顯，在其主導下，豎井內外氣體流動符合逆煙囪效應的特征。風在豎井內形成的慣性力與火災情況下溫差產生的熱浮力對煙氣運動的作用相反，兩者存在競爭機制。存在使得高層建筑豎井自然排煙失效的迎

4、風向臨界風速。當豎井開口位于背風面和側風面時，風對煙氣運動的影響較小。
　　 引入弗洛德數(shù)(Fr)對迎風向環(huán)境風產生的慣性力與溫差產生的熱浮力之間的競爭機制進行了表征，通過CFD模擬獲得了高層側向連續(xù)開口豎井自然排煙失效的無量綱判據(jù)。結果表明，F(xiàn)r＜4.2時，熱浮力起主導作用，煙囪效應形成，豎井可進行自然排煙；Fr=4.2時，慣性力與熱浮力達到平衡，大量煙氣蓄積在豎井下部區(qū)域，新產生煙氣從豎井下部開口排出，自然排煙作用失效；Fr

5、＞4.2時，慣性力起主導作用，豎井內外氣體流動形式符合逆煙囪效應特征，煙氣從豎井底部側向開口排出，并可能由此進入建筑下部樓層，威脅其內人員安全。利用CFD模擬探究了不同火災場景下使得豎井自然排煙失效的臨界風速。理論分析的結果表明，豎井自然排煙失效的臨界風速與豎井特征尺寸參數(shù)(D1/3/H)符合1/2次冪關系。
　　 通過對1/8縮比例豎井實驗臺進行改造，開展了迎風向情況下，側向單開口豎井內煙氣運動規(guī)律的模型實驗。通過對前室和豎井