環(huán)境風(fēng)對高層建筑豎井內(nèi)煙氣運動的影響研究.pdf

1、隨著生產(chǎn)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(yīng)用。高層建筑的出現(xiàn)和快速發(fā)展在實現(xiàn)社會經(jīng)濟(jì)效益的同時，也帶來了前所未有的高危隱患。高層建筑內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時，其內(nèi)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(zāi)危險性遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(jì)60年代，國外科研工作者就已經(jīng)針對高層建筑豎向通道內(nèi)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(jī)理，煙囪效應(yīng)，煙氣控制措施等，然而前人的研究主要集中在無風(fēng)條件下，對于環(huán)境風(fēng)存在條件下高層建筑豎向通道內(nèi)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(fēng)，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(nèi)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(fēng)壓比普通建筑更大，因此研究環(huán)境風(fēng)影響下高層建筑內(nèi)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(jié)合模型實驗

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

4、風(fēng)向臨界風(fēng)速。當(dāng)豎井開口位于背風(fēng)面和側(cè)風(fēng)面時，風(fēng)對煙氣運動的影響較小。
　　 引入弗洛德數(shù)(Fr)對迎風(fēng)向環(huán)境風(fēng)產(chǎn)生的慣性力與溫差產(chǎn)生的熱浮力之間的競爭機(jī)制進(jìn)行了表征，通過CFD模擬獲得了高層側(cè)向連續(xù)開口豎井自然排煙失效的無量綱判據(jù)。結(jié)果表明，F(xiàn)r＜4.2時，熱浮力起主導(dǎo)作用，煙囪效應(yīng)形成，豎井可進(jìn)行自然排煙；Fr=4.2時，慣性力與熱浮力達(dá)到平衡，大量煙氣蓄積在豎井下部區(qū)域，新產(chǎn)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(dǎo)作用，豎井內(nèi)外氣體流動形式符合逆煙囪效應(yīng)特征，煙氣從豎井底部側(cè)向開口排出，并可能由此進(jìn)入建筑下部樓層，威脅其內(nèi)人員安全。利用CFD模擬探究了不同火災(zāi)場景下使得豎井自然排煙失效的臨界風(fēng)速。理論分析的結(jié)果表明，豎井自然排煙失效的臨界風(fēng)速與豎井特征尺寸參數(shù)(D1/3/H)符合1/2次冪關(guān)系。
　　 通過對1/8縮比例豎井實驗臺進(jìn)行改造，開展了迎風(fēng)向情況下，側(cè)向單開口豎井內(nèi)煙氣運動規(guī)律的模型實驗。通過對前室和豎井