高层建筑火灾浓烟蔓延规则及控制措施之研究

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1、高层建筑火灾浓烟蔓延规则及控制措施之研究第一章绪论1.1课题的研究背景高层建筑灾难自从美国的9.11事件以后开始为世人所关注，成为世界性范围讨论的安全议题，尤其是高层建筑火灾安全的问题，特别引起人们的重视。高层建筑火灾是指高层建筑内的某一空间起火燃烧，进而发展到某些区域甚至整座建筑物的火灾。楼层多、功能多、管道竖井多、内部装饰材料多、电气设备多以及人员多是高层建筑所独有的特点，然而也正是由于有了这些特点，高层建筑在发生火灾时的扑救工作和人员疏散难度较普通建筑大，极其容易造成重大人员伤亡事故和经济损失。高层建筑火灾区别于普

2、通民用建筑火灾的特点[3-8]主要有以下几点：(1)蔓延迅速由于受热压和风压的影响，高层建筑中的空气流动速度很快，这是造成火势蔓延的重要因素。另外，几乎所有的高层建筑内都设有竖向通道，如疏散楼梯间、电梯室、管道井、电缆井以及排风管道等，一旦室内发生火灾时，这些竖向通道内会产生很强的烟肉效应，这会导致火灾烟火很容易地从高层建筑的底层蔓延到上方的其他位置。(2)人员疏散困难由于高层建筑内部通常功能齐全、楼层多又高且垂直疏散距离长，加之建筑内的人员来往繁杂，唯一的疏散设施却只有楼梯这类的竖向通道，因此，难以在较短时间内将人员全

3、部撤离危险区，并且火灾发生时疏散人员的恐慌情绪会导致摔倒、踪踏、跳楼等惨剧的发生。有实验数据统计表明：50层的一座高层建筑内，全部人员利用楼梯疏散完毕用时将近2小时多，与之形成对比的是火灾烟气在高层建筑竖向的流动速度是该人员疏散速度的100倍。而且人员在疏散时与烟火蔓延的方向是相反的，火灾烟气中的高温以及烟气中所含的有毒有害气体等，都会进一步增加人员疏散的危险性和艰巨程度。(3)扑救难度大高层建筑结构特点决定了其疏散困难，另一方面，当今世界的消防措施不发达也增加了高层建筑火灾营救的难度。消防队员徒步登楼灭火的忍耐极限是1

4、0层楼左右，再高的楼层持续作战下会因体力消耗过大而丧失战斗力。一般消防云梯有6种不同的最大高度，分别是19米、26米，32米，39米，44米和53米,一般采用的是39?44米，大约13层，我们从去年的上海11.15高层大火中得到启示，国内大部分的高压水枪和消防云梯控制火灾的高度很有限，消防云梯难以达到20层以上，仅有的一台90米的云梯车要居高临下伍制火势也很困难，警用直升机也参与了此次救援，但因现场浓烟和火势太大，飞机根本无法靠近大楼。另外，消防电梯的设置和使用又由于经济性、维护等方面的因素变得非常有限。图1.1和图1.

5、2分别是11.15上海静安区高层住宅大火和2.3沈阳皇朝万鑫酒店大火的现场。2010年11月15円14时，上海余姚路胶州路一栋高层教师公寓一处脚手架起火引起火灾起火，经过消防官兵的奋力扑救，火势最终得以控制，事故造成58人遇难，70多人住院接受治疗；2011年2月2円除夕夜晚间12点左右，东北第一高的首家白金五星级酒店沈阳皇朝万盡酒店突然发生火灾，凌晨1点多时大火已经将南面152米高的B座完全燃烧，数百名群众在现场围观，200多辆消防车和警车集结在周边待命。但是由于现场的云梯车高压水枪只能喷射到10层左右，10层以上的火

6、势无法控制只能坐以待涛，凌晨2点30分，B座公寓楼基本已经完全烧光，只剩下主体框架，火势逐渐蔓延到A座和C座的写字楼，本次火灾所造成的原因是由于燃放礼花所引起外墙保温层起火，火灾造成巨大的经济损失和人员伤亡。1.2国内外研究现状1.2.1国外研究现状国外学者对高层建筑火灾烟气运动的研究幵展较早，研究方法主要采用理论模拟方法和实验方法。高层建筑竖向通道内存在两种机制控制热气体的运动过程[9]，一种是由内外温差所导致的压差而形成的从下而上或者自上而下的气体流动，前者称为烟肉效应，后者称为逆烟丨糾效应；另一种机制是与瑞利-泰勒

7、混合(Rayleigh-Taslormixing)存关的热气体与空气的混合过程，称为瑞流混合机制。Marshall[ii]通过所建立的一个缩小5倍尺寸的五层竖井实验台和空气卷吸模型，研究了竖井中的下部空气卷吸特征和烟气流动过程，总结了自由羽流和两侧卷吸羽流模型的特点，基于模型实验观测得到的竖井内烟气流动形式，确定改进竖井中烟气羽流卷吸空气的卷吸系数a。Marshall[i2]3进行了热气体流动形式的研究，其研究结果较为全面地解释了楼梯井内的烟气运动及其卷吸空气过程，适用于实验条件下首层和顶部均幵口的楼梯井。Harmath

8、yti3]阐述了一种新的烟肉效应简化模型，该模型忽略了空气运动所产生的压力损失，在此方法下无需考虑中性面位置就能得出各种情况下的竖井内部压力分布。Zukoski[9]在关于瑞流混合机制的研究中引入了瞬态当地瑞流混合率的概念，即在扩散方程中将上升的烟气密度近似为空气密度，从而推导出瑞流扩散率的关系式，并用盐水和水进行了