劉 影，劉一為，周天宇

(安徽工業(yè)大學(xué) 建筑工程學(xué)院，安徽 馬鞍山 243032)

0 前 言

火災(zāi)給人類社會造成過巨大的生命財(cái)產(chǎn)損失，已成為一個(gè)災(zāi)難性的問題。由火災(zāi)造成的各類損失，也在成倍增加[1-2]，特別是多層多室建筑發(fā)生火災(zāi)時(shí)所產(chǎn)生的“煙囪效應(yīng)”造成的后果最為嚴(yán)重[3]。與其他類型火災(zāi)相比，建筑火災(zāi)隱患多，危險(xiǎn)大，救援困難[4-6]，因此，掌握產(chǎn)生的高溫?zé)煔獾穆忧闆r，研究多層多室建筑火災(zāi)特性是十分重要的。

研究表明，火災(zāi)模擬技術(shù)能為建筑火災(zāi)過程提供科學(xué)指導(dǎo)?；诖?，本文以小型辦公樓建筑火災(zāi)相關(guān)特性為研究對象。借助FDS軟件，模擬多層多室建筑火災(zāi)過程，研究火災(zāi)時(shí)著火房間、各樓層走廊的煙氣層高度的分布規(guī)律，重點(diǎn)分析高溫?zé)煔庠诮ㄖ?nèi)部的蔓延規(guī)律及影響，尤其對著火房間及各樓層走廊的煙氣層高度進(jìn)行對比分析，得出不同火災(zāi)場景的火災(zāi)危險(xiǎn)臨界時(shí)間。

1 火災(zāi)場景設(shè)計(jì)與模型建立

1.1 火災(zāi)場景設(shè)計(jì)

本文以多層多室小型辦公樓為模擬對象進(jìn)行一系列的火災(zāi)特性研究。選擇的建筑總面積為2 050 m2，層數(shù)為5層，建筑總高度為16 m，每一層的凈高為3.0 m，共有65個(gè)辦公房間，每個(gè)房間可容納4人辦公。每層各房間通過走廊連接，走廊寬1.8 m。該辦公樓的墻壁和地板材料均為混凝土，阻燃性材料，辦公房間內(nèi)的沙發(fā)為易燃性材料，無機(jī)械排煙設(shè)施，全部為自然排煙。著火房間長為6 m，寬為3.8 m，總面積為22.8 m2，火源的面積大小為0.24 m2。本次模擬在建筑物內(nèi)共設(shè)置3個(gè)火源位置，分別為：一層正對樓梯間的辦公室、二層正對樓梯間的辦公室和辦公樓頂層中間位置的辦公室，其中，火源1主要研究在無機(jī)械排煙設(shè)施的情況下，火災(zāi)煙氣在著火房間、各樓層走廊的發(fā)展蔓延情況；火源2主要研究自然排煙狀態(tài)下，火災(zāi)煙氣在二層著火房間、二層及二層以上各層走廊的蔓延狀態(tài)及對人員疏散的影響；火源3主要研究自然排煙的情況下頂層著火房間對頂層人員疏散所產(chǎn)生的影響。

1.2 模型建立

本次模擬建立的模型尺寸為長×寬×高=29.7 m×13.8 m×16 m的長方體，設(shè)置最小網(wǎng)格模型尺寸是0.5 m×0.5 m×0.5 m，網(wǎng)格總數(shù)為53 760個(gè)。通過相關(guān)公式計(jì)算設(shè)定了火災(zāi)荷載密度qf為230 MJ/m2，火災(zāi)增長因子al為0.046 9 kW/s2，火災(zāi)最大熱釋放速率設(shè)定為1 500 kW。設(shè)置相應(yīng)探測點(diǎn)收集火災(zāi)模擬結(jié)果，針對具體情況，設(shè)置了煙氣層高度的探測點(diǎn)48個(gè)。

2 模擬結(jié)果與討論

煙氣層高度的探測是建筑物發(fā)生火災(zāi)時(shí)人員進(jìn)行相關(guān)急救活動的重要參數(shù)。本次模擬設(shè)定的人眼特征高度為1.7 m，通過相關(guān)公式計(jì)算得出，高溫?zé)煔鈱訉θ梭w構(gòu)成危險(xiǎn)的臨界高度為2.0 m。模擬結(jié)果顯示，著火房間內(nèi)的煙氣蔓延情況如圖1所示，其中，(a)是火災(zāi)發(fā)生后，高溫?zé)煔獬錆M整個(gè)著火房間；(b)是高溫?zé)煔獬錆M著火房間后，迅速向建筑的一層走廊擴(kuò)散的過程。

(a)高溫?zé)煔獬錆M整個(gè) 著火房間

由圖1可以看出，首層房間著火時(shí)，火災(zāi)產(chǎn)生大量煙氣，由于房間空間較小，煙氣無法立即排出，會在很短時(shí)間內(nèi)在房間頂端附近聚集，煙氣層的厚度隨著火災(zāi)的發(fā)展越來越厚，當(dāng)煙氣層高度下降至房間門高度時(shí)，煙氣擴(kuò)散至一層走廊，沿走廊的左右兩個(gè)方向擴(kuò)散，同時(shí)高溫?zé)煔庀蛑龑χ鸱块g的樓梯間蔓延，隨后因?yàn)椤盁焽栊?yīng)”使得煙氣迅速擴(kuò)散至其他樓層。

2.1 各樓層房間煙氣層高度分析

將一層著火房間和其他各樓層中處于最不利位置房間的煙氣層高度對比分析發(fā)現(xiàn)(見圖2)：一層著火房間和二層房間煙氣層高度趨于穩(wěn)定，相對其他各層來說較快，其中一層著火房間的煙氣層高度趨于穩(wěn)定的速度最快，三層最慢。一層著火房間里的煙氣層高度在65 s時(shí)趨于穩(wěn)定，且最終煙氣層高度趨于0.5 m左右。相比一層的著火房間，其他房間趨于最終煙氣層的高度和時(shí)間也具有一定的參考價(jià)值。

(a)1、2層房間煙氣高度對比

2.2 各樓層走廊煙氣層高度分析

各樓層走廊煙氣層分布如圖3所示。

(a)1、2層走廊煙氣高度對比

由各樓層具體煙氣層高度總結(jié)得出各樓層走廊煙氣層高度趨于穩(wěn)定的時(shí)間(見圖3)，結(jié)合本文此前所設(shè)定的高溫?zé)煔鈱訉θ藰?gòu)成危險(xiǎn)的臨界高度為2.0 m可知，火災(zāi)發(fā)生后，各樓層走廊煙氣層高度趨于穩(wěn)定值均低于臨界高度，火場疏散環(huán)境惡劣，由于每層的凈層高為3 m，煙氣的擴(kuò)散速度很快，每層煙氣層高度趨于穩(wěn)定值所需時(shí)間也很短。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，一層房間著火時(shí)，一層走廊煙氣層高度降至2 m最快需要接近165 s的時(shí)間，隨著樓層的增加，各樓層走廊的煙氣層高度降至煙氣層高度危險(xiǎn)臨界值2 m所需的時(shí)間就越長。

3 結(jié) 論

1)在一層房間著火的情況下，煙氣層高度對人員疏散的火災(zāi)危險(xiǎn)臨界時(shí)間均有著極大的影響。

2)一層房間著火的情況下，著火房間的人員必須在40 s之內(nèi)撤離，而其他人員必須在165 s內(nèi)撤離建筑物。在165 s時(shí)，一層走廊的煙氣層高度下降至2 m，當(dāng)疏散路徑上的煙氣層高度低于安全疏散高度值時(shí)就會影響到人員疏散整個(gè)過程。

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