高層建筑火災(zāi)

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高層建筑火災(zāi)數(shù)值仿真

高層建筑火災(zāi)數(shù)值仿真1火災(zāi)曼延數(shù)值分析的實(shí)現(xiàn)FDS中的固體物質(zhì)可以由多層材料組成，每一層材料都可包含多種物質(zhì)成分。每種固體物質(zhì)可以舉行多個(gè)回響，這幾個(gè)回響可能發(fā)生在不同的溫度下，消耗不同量的熱量。熱解回響需要確定每個(gè)回響的產(chǎn)物，F(xiàn)DS中熱解產(chǎn)物可以是固體殘留物、水蒸汽、燃料氣體等。回響物可通過(guò)參數(shù)：

NU_RESIDUE（固體殘留物），NU_WATER（水蒸氣），和NU_FUEL（燃料）來(lái)設(shè)定。熱解模型務(wù)必指定回響溫度和回響。在溫度Ts下，第i類(lèi)材料的第j個(gè)熱解回響的回響速度由式（1）給定：ρs,i是特定層中的第i類(lèi)材料的密度，ρs0是層的初始密度。若某層材料僅由一種材料組成，且回響不產(chǎn)生固體剩余物，那么ρs,iρs0為1。ns,ij是回響因子，默認(rèn)值是1。

Ai,j是一指數(shù)因子，單位是s-1；

Ei,j是活化能，單位是kJ/kmol。對(duì)于大多數(shù)材料，很難確定Ai,j和Ei,j。此時(shí)，可以通過(guò)指定參數(shù)referencerate(s-1)和referencetemperature(℃)來(lái)舉行計(jì)算。FDS會(huì)利用這兩個(gè)參數(shù)來(lái)完成計(jì)算。referencerate的默認(rèn)值是0.1s-1。數(shù)值分析時(shí)，一般取referencerate為默認(rèn)值，只指定referencetemperature。

2火災(zāi)曼延數(shù)值分析及曼延規(guī)律研究2.1模擬場(chǎng)景設(shè)置經(jīng)分析，共設(shè)置3個(gè)火源位置，火源位置A位于建筑東側(cè)中部位置，火源位置B位于建筑南側(cè)中部位置，火源位置C位于建筑東南側(cè)，如圖1。根據(jù)需要共設(shè)位置4個(gè)計(jì)算場(chǎng)景，場(chǎng)景設(shè)置，見(jiàn)表1。2.2模擬參數(shù)設(shè)置2.2.1建模建模過(guò)程中對(duì)實(shí)際模型舉行了局部簡(jiǎn)化，將外墻材料統(tǒng)一簡(jiǎn)化為擠塑聚苯板，另外由于實(shí)際建筑體量巨大(長(zhǎng)45m，寬30m，高90m)，舉行火焰曼延需要網(wǎng)格尺寸微小，舉行整體模擬，計(jì)算系統(tǒng)難以承受，因此在考慮計(jì)算經(jīng)濟(jì)性的處境下，對(duì)實(shí)際建筑舉行了1/3比例的縮尺建模，網(wǎng)格尺寸最小0.04m，最大0.08m。2.2.2輸入?yún)?shù)設(shè)置環(huán)境初始溫度24℃，初始風(fēng)速0m/s；

湍流模型采用大渦模擬模型，燃燒模型采用混合分?jǐn)?shù)模型，熱解模型采用固體材料熱分解模型；

初始火源為1MW恒定火源，引燃外墻材料后，自行熄滅，外墻材料統(tǒng)一為模塑聚苯板，熱解溫度320℃，內(nèi)墻為混凝土。2.2.3測(cè)點(diǎn)布置在模型各墻面上分上、中、下位置各布置3個(gè)熱電偶測(cè)點(diǎn)，位置分別距離地面5m、15m和25m，其中THCPB位于墻角，其余熱電偶位于各面墻的中部位置。各熱電偶概括位置和編號(hào)，如圖2。2.2.4模擬結(jié)果圖3為火災(zāi)場(chǎng)景B的火焰曼延過(guò)程圖，由于未考慮室外風(fēng)的影響，火災(zāi)在建筑外立面根本成對(duì)稱(chēng)形式向上部和兩側(cè)曼延，向上曼延速度遠(yuǎn)高于向兩側(cè)曼延速度，從著火側(cè)立面向相鄰立面的曼延首先發(fā)生在建筑上部，除著火側(cè)外，其他立面呈現(xiàn)火焰自上而下曼延的現(xiàn)象，該場(chǎng)景火焰曼延依次為南側(cè)、東側(cè)、西側(cè)、北側(cè)。圖4為測(cè)點(diǎn)THCPC和測(cè)點(diǎn)THCPD的溫度曲線(xiàn)，可以看到最高溫度可以達(dá)成1000℃以上。其他場(chǎng)景模擬結(jié)果，見(jiàn)表2。3結(jié)論和建議通過(guò)模擬分析，可得如下結(jié)論：（1）利用FDS軟件的熱解模型和燃燒模型可以較好地實(shí)現(xiàn)火災(zāi)的曼延仿真，但對(duì)超大體量建筑采用并行算法舉行分析時(shí)，在網(wǎng)格尺寸較小的情況下，數(shù)值計(jì)算的穩(wěn)定性較差，極易展現(xiàn)數(shù)值發(fā)散的處境；

（2）在單點(diǎn)點(diǎn)火的處境下，火災(zāi)首先從著火點(diǎn)沿著火面外墻向上及向兩側(cè)曼延，火焰垂直曼延速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于水平曼延速度，火災(zāi)從單側(cè)向相鄰側(cè)曼延一般首先會(huì)展現(xiàn)在建筑頂部區(qū)域，然后相鄰側(cè)火災(zāi)會(huì)呈現(xiàn)自上而下的曼延過(guò)程，最終會(huì)進(jìn)展為整個(gè)建筑外外觀(guān)全部參與燃燒的情形；

（3）有風(fēng)情況下，火災(zāi)的曼延速度會(huì)明顯加快，尤其是火焰在下風(fēng)向的水平曼延速度會(huì)明顯加快，但風(fēng)力會(huì)阻攔火焰向上風(fēng)向曼延。

通過(guò)研究分析，對(duì)高層建筑的外立面防火提出如下建議：（1）建議相關(guān)模范盡快完善對(duì)鋁塑板幕墻的防火要求。如可以對(duì)不同高度的高層建筑，規(guī)定可采用的鋁塑板材料的防火性能；

（2）建議相關(guān)模范盡快完善對(duì)外墻外保溫材料的防火要求。如規(guī)定防火隔離帶的做法，防火隔離帶不應(yīng)只考慮水平隔離，還應(yīng)考慮垂直隔離帶。從數(shù)值分析看，對(duì)于