超瘦高中庭形状系数临界值研究

超高层建筑的发展推动着中庭结构的变革,超瘦高中庭应运而生。本文分析了现今中庭空间的几何特点,以烟气羽流上升过程中由轴对称羽流发展为四周受限羽流特征为判定依据,以理想羽流模型为基础,通过羽流半径的计算,确定超瘦高中庭的临界形状系数ξ=0.11;通过FDS仿真模拟建立中庭模型,对比不同形状系数的模拟与计算结果,分析了超瘦高中庭火灾烟气蔓延的速度、温度与扩散形式,确定超瘦高中庭形状系数范围是ξ0.11,使超瘦高中庭作为一种独立的建筑形式被研究成为可能。     

瘦高中庭羽流上升及排烟口布置的研究

为研究瘦高中庭建筑火灾独特的烟气流动特点及机械排烟对烟气的影响,采用全尺寸热烟实验及FDS数值模拟的方法,采集并整理了在无排烟系统影响下羽流的上升高度、羽流中心线温度数据,并与经典羽流模型及相关公式进行对比分析,研究了瘦高中庭内火灾烟气羽流的上升特点及排烟口布置方式对瘦高中庭机械排烟效果的影响。结果表明,Mc Caffrey模型适用于描述瘦高中庭羽流中心线温度,修正后的Zukoski模型适用于描述羽流上升时间与高度的关系;当排烟口总面积相等时,分设4个排烟口的排烟方式优于1~2个排烟口。     

中庭体型系数对火灾烟气控制的影响

基于体型系数理论提出中庭体型系数的概念,利用数值模拟的方法对相同体积不同中庭体型系数的建筑进行模拟。通过对比三种体型系数的中庭烟气层高度和平均温升的差异得到:瘦高型和扁平型中庭火灾前期自然排烟效果好;立体型中庭火灾前期机械排烟效果好;在火灾后期三者采用自然排烟方式时其排烟效果均好于机械排烟,防排烟设计时可以优先考虑自然排烟方式。     

中庭烟气自然填充分析与研究

介绍稳态火数学模型及Zukoski提出的烟气层高度计算公式。对中庭火灾的烟气自然填充现象进行理论分析,参考实验得到的结果,利用FDS软件根据实际实验尺寸搭建火灾模型,模拟火灾烟气自然填充过程,得出烟气温度分布、质量浓度分布以及烟气层高度变化,并与根据数学模型计算得到的结果进行对比。结果表明:FDS可以较好地模拟中庭火灾,模拟得到的结果与实验结果、模型计算结果的吻合度较高;数学模型计算结果较为保守。     

由火灾角度探讨超瘦高中庭的界定

对世界范围内中庭的分类方法进行汇总,对14栋超高层建筑内的中庭进行特征调研,基于得到的几何特征分布,尝试从火灾烟气发展规律角度探讨如何界定超瘦高中庭。以最不利条件下(即中庭地面中心火源)发生烟气羽流触壁为判别超瘦高中庭的条件,得到超瘦高中庭的判定依据以及呈现明显受约束流动特征的条件。对超瘦高中庭的明确界定,有助于区别于其他类型中庭以及进一步针有对性的开展该类中庭内火灾烟气蔓延、火灾探测、烟气控制等相关研究。     

中庭烟气填充高度模拟研究

利用FDS模拟中庭内的烟气填充过程,分析环境温度、顶棚温度、火源功率、中庭体量对烟气填充高度的影响。通过分析温度数据和烟气层高度数据,得到烟气层高度与各因素之间相互影响的定性关系,并通过曲线拟合得到烟气层高度与各因素之间的定量关系。结果表明,烟气层填充高度基本不受起始环境温度的影响,烟气层高度峰值与顶棚温度、火源功率、中庭体量之间存在线性关系。     

瘦高型中庭开口方式对火灾中性面影响研究

建筑中庭发生火灾时,中性面位置将显著影响烟气流动,本文从烟气流动时的质量守恒定律出发,推导了上、下双开口中庭中性面位置理论公式。为了验证理论公式对该类型中庭建筑的适用性,利用Fluent软件计算分析了40种不同工况下中庭模型内部流场及压力变化,研究发现,当中庭具有顶部水平开口时,理论公式可以较准确地计算中性面高度,但中庭上部开口位于侧墙上时,理论公式所计算出的中性面高度和模拟计算结果差距较大;同时发现上下开口面积相同时,开口位置越高则中庭中性面高度越低。最后提出理论公式实际应用时的4个约束条件。     

寒冷地区超瘦高中庭温度垂直分布研究

研究了模拟寒冷地区自然通风模式下不同形状系数瘦高中庭温度的垂直分布。研究发现当瘦高中庭形状系数小于0.16时(定义形状系数小于0.16的中庭为超瘦高中庭),中庭顶部的温度随着形状系数的减小而降低。通过建立物理模型,探讨了不同形状系数的瘦高中庭温度垂直分布,超瘦高中庭垂直温度分布规律,以及相应的影响因素,对此类建筑的防火设计提供参考。     

超高中庭烟气自然充填的数值模拟分析

基于Tanaka的普通中庭全尺寸热烟实验结果,采用FDS软件进行了中庭数值模拟边界条件的验证研究。基于验证后的中庭数值模型,扩展为3个超高中庭,研究了横截面面积相同、高度不同的超高中庭的烟羽流充填现象。结果表明:采用数值模拟方法预测中庭烟层高度可行;数值模拟结果与实验结果之间存在一定误差,但烟层下降的趋势一致;超高中庭横截面面积相同、高度不同时,触顶前烟羽流自由上升过程的形态一致,中庭的烟气充填方式与中庭高度有关,较低的中庭烟气主要为沉降式充填方式(先触顶、后沉降),较高的中庭烟气主要为竖直蔓延式充填方式(先触壁、再填充、最后触顶)。     

建筑中庭及周围房间火灾烟气运动规律研究

运用FDS软件对中庭及周围房间发生火灾后烟气填充过程进行模拟,研究起火位置对烟气运动规律的影响。研究结果表明,中庭火源功率大,烟气温度最高。起火点位置越高,顶棚烟气层温度越大;受烟气控制系统及中庭蓄烟作用的影响,烟气层停留在起火层,不会影响下层人员疏散。分析结果对中庭及周围房间消防性能化设计提供参考。     

高宽比对中庭自然排烟效果影响的模拟研究

采用FDS软件模拟了不同高宽比情况下中庭自然排烟时烟气蔓延和填充过程,并将模拟结果从能见度、温度、烟气层高度等方面进行了定量分析.研究表明,随着中庭高宽比的增加,虽然中庭内烟气温度逐渐降低,但自然排烟效果也随之降低,为保证中庭内的人员安全,应该适当增大自然排烟量,或者使用机械排烟系统.     

基于中庭烟气控制的排烟率计算方法

在"扁平"型和"竖长"型中庭烟气蔓延特点分析的基础上,比较了换气次数法和NFPA 92B数学模型计算中庭排烟率的优缺点,提出了采用CFD软件验证性模拟确定中庭排烟率的更为合理科学的做法,并结合工程案例再现了"扁平"型和"竖长"型中庭烟气控制的特点.指出"竖长"型中庭火灾初期烟气"层化"现象对火灾早期探测影响重大,对机械排烟控制效果影响较小.     

封闭式中庭火灾排烟实验与模拟分析

以某62m高封闭式中庭为对象,建立了火灾排烟盐水模型实验台,用盐水和清水密度差导致的水流运动模拟实际建筑中热烟气与冷空气之间密度差导致的热羽流的运动。利用FDS软件对实际火灾时烟气的运动情况进行了模拟。模拟结果和实验结果的比较表明,盐水实验虽然忽略了探测器达到探测阈值的时间延迟及竖壁冷对流的影响,但对热分层高度和达到稳定时间的预测偏差很小。在1 MW火灾规模下,利用盐水实验方法对该封闭中庭火灾烟气运动规律和排烟系统设置进行评价分析是可行的。     

中庭的形状系数与烟羽方程

分析了我国中庭空间几何形状的实地终统计调查结果，提出了形状系数的概念，并根据形状系数大小对中庭进行了分类。针对国内较普遍的瘦高型中庭(形状系数小于0．4)，按1／8比例建造了中庭火灾相似模型实验台，开展了烟气填充与机械排烟实验研究，得到了适用于这类中庭的稳态火灾烟气填充方程与反映受限烟羽特点的烟羽质量流量方程。     

某办公楼中庭排烟量计算研究

针对某办公楼中庭特点,分别采用换气次数法及羽流法对该办公楼中庭部分需要的排烟量进行确定,考虑安全系数1.5,采用换气次数法计算出中庭排烟量为250000m3/h,采用羽流法计算出中庭排烟量为150000m3/h。通过对发生在一层地面的火灾进行数值模拟,分析了两种不同排烟量工况下的烟气控制效果。结果显示,排烟量为250000m3/h时烟气层最终稳定维持在6m,排烟量为150000m3/h时烟气层最终稳定维持在3m,换气次数法计算出的250000m3/h排烟量工况的排烟效果较好。因此,实际中庭建筑工程排烟量的确定应该结合中庭实际情况进行综合分析,并通过模拟实际建筑物场景加以定性研究,以得出最佳设计方案。     

中庭建筑邻室及开口尺寸对烟气运动规律影响研究

利用FDS模拟了中庭建筑不同邻室及开口尺寸条件下的烟气运动。讨论了模拟主要现象及各工况下中庭和邻室烟气温度随时间分布特点,得到烟气运动与邻室尺寸及开口尺寸的关系,并对两种因素对烟气运动影响程度进行了分析。研究结果表明,开口尺寸一定时,相同体积的邻室对中庭内烟气运动影响可忽略;由邻室溢出到中庭的烟气量随邻室体积增加不断减小,随开口尺寸减小不断减小;相对于邻室尺寸,开口尺寸对邻室内烟气运动影响更为明显。     

中庭机械排烟量计算方法探析

阐述了中庭防排烟系统机械排烟量的性能化计算方法,即以区域模型为理论基础,结合中庭建筑特征设定火灾热释放率后进行火灾烟气层高度和排烟速率等计算,并给出了计算实例。     

回廊式超高中庭三级排烟效果模拟研究

针对高度大于100 m的回廊式超高中庭,建立物理模型,利用FDS模拟三级排烟策略下超高中庭的烟气填充规律。通过对温度、烟密度、能见度等参数综合分析,得到三级排烟设置方式对回廊区域的烟气控制效果。结果发现,超高中庭的火灾烟气填充具有类竖井特征。机械排烟系统会加剧中庭烟气扰动,促进中庭内各部分烟气均匀。中庭区域采用自然排烟有利于回廊的烟气控制,当中庭采用机械排烟时,排烟量一定程度增大并不会强化回廊的烟气控制,此时回廊区域排烟量对局部烟气控制起到重要作用。     

仓库类场所自然排烟口面积设计探讨

依据《建筑防烟排烟系统技术规范》(送审稿),分别采用规范推荐的公式法和风速法计算仓库的自然排烟口面积,并对排烟口面积进行了比较分析。通过CFAST软件模拟自然排烟效果,根据烟气层高度和温度,综合分析评价不同计算方法的合理性。结果表明:采用公式法计算得到的自然排烟口面积小于风速法,但模拟结果显示其烟气层高度比采用风速法计算时要高,烟气层温度仅高于后者10~40℃。     

某超高中庭机械排烟消防设计优化分析

分析传统高层建筑中庭排烟系统设计中存在的问题。以某高层建筑为例,介绍其超高中庭的防烟分区和中庭烟气控制策略,对其烟气流动情况进行模拟分析,计算该项目中庭在各设定火灾场景下可提供的安全疏散时间,论证其排烟系统有效性,提出相应的优化策略和具体措施。