高层单元式住宅火灾模拟研究

高层单元式住宅火灾模拟研究

1管道井安全设计单元层宿舍，建筑面积28层，建筑面积31.928.34hm，地下两层，车库和仓库，建筑面积11212.64平方米，完全拉伸结构，耐火等级。建筑每层每单元为独立防火分区,面积<400m2,户门采用成品保温隔声的甲级防火门,耐火极限为1.2h。防火门为平开单面弹簧并设液压式自闭器。所有管道井均采用每层楼板处待管道安装完毕后浇筑混凝土的方法封堵,完全达到以住户为单元防火分隔的目的。所有内装修材料均按GB50222-1995《建筑内部装修设计防火规范》执行。《高规》规定每单元有一座通向屋顶的疏散楼梯,十八层以上设连通相邻单元楼梯间的走廊。而开发商以“十八层以上设连通相邻单元楼梯间的走廊”降低了住宅的安全性和私密性为由,希望修改原设计中的楼梯间连通走廊,而通过住宅的飘窗使住户两两相连,作为第二安全出口。具体见图1所示。2防火墙安全目标和内容2.1防火安全目标本项目确定的总目标为:发生火灾时,能为建筑内人员提供安全保障,确保所有人员能够安全疏散到室外或相邻单元。2.2火灾到达危险状态的模拟(1)分析住宅楼内的火灾危险源特性以及可能的火灾场景。(2)对火灾到达危险状态的可能性及相应的到达危险状态的时间分别进行分析、模拟。(3)判断人员全部疏散完毕时间是否小于火灾到达危险状态的时间,分析人员能否安全疏散。2.3安全出口设计本方案设计通过相邻单元之间的飘窗形成第二安全出口,与《高规》第6.1.1.2条规定不符。其内容如下:“十八层及十八层以下每个单元设有一座通向屋顶的疏散楼梯,单元之间的楼梯通过屋顶连通,单元与单元之间设有防火墙,户门为甲级防火门,窗间墙宽度、窗槛墙高度大于1.2m且为不燃烧体墙的单元式住宅。超过十八层,每个单元设有一座通向屋顶的疏散楼梯,十八层以上部分每层相邻单元楼梯通过阳台或凹廊连通(屋顶可以不连通),十八层及十八层以下部分单元与单元之间设有防火墙,且户门为甲级防火门,窗间墙宽度、窗槛墙高度大于1.2m且为不燃烧体墙的单元式住宅。”按照上述规定,从十九层开始应该用连廊将相邻单元的楼梯间连通。但是出于安全性、私密性、抗震安全以及造价等方面的综合考虑,开发商希望修改从十九层起每层楼梯间用连廊相连的方案,而利用飘(凸)窗将住户单元之间连通,作为万一发生火灾时的第二安全出口。本项目研究就是要通过性能化的设计方法,说明通过飘窗连通作为第二安全出口的方案的人员疏散安全性不低于《高规》第6.1.1.2条的规定。3模拟应用住宅火灾3.1火灾场景和火灾配置(1)火灾的概率较高根据住宅楼的建筑平面图,选择了1个卧室和厨房作为起火点。起火位置和火灾场景设置见图2和表1。理由是:①卧室中的可燃装修、床具、衣物等可燃物集中,增加了发生火灾的概率;各种小型家用电器的使用也增加了发生火灾的可能性,卧室是住宅建筑火灾的主要起火位置之一。②住宅厨房是使用明火的空间,因烹调不慎或遗忘而引发火灾的概率较高。我们着重研究上述空间发生火灾时的人员疏散情况。(2)热释放速率rhs设计火灾是建筑防火性能化设计中至关重要的一步,设计火灾的合理与否将直接影响到其它分析结果,甚至有可能从根本上改变整个性能化防火分析的结论和所需要采取的措施。设计火灾即是假定的火灾曲线,以典型火灾参数随时间的变化关系来描述火灾的发展过程,通常用热释放速率Q(RHR)随时间的变化关系来表示。火灾的热释放速率表示单位时间内火灾释放的能量,除了可以通过实验测定之外,还可以通过模型计算(t2模型)、经验估算以及参考相关规范文献的数据。大部分是采用t2模型计算方法来确定火灾热释放速率。根据英国给出的不同建筑物应设计采用的火灾成长率资料,如表2所示,住宅楼应选用中速火,假定火灾按t2非稳态火源发展。最大热释放率选取见表3。对于火灾场景1,模拟卧室的火灾发展。火势将在模拟时间内按照t2的趋势增加,参照上海市地方标准DGJ08-88-2000《民用建筑防排烟技术规程》的规定,热释放速率选取4MW的中速火作为本场景火灾规模的设计值。对于火灾场景2,火灾发生于厨房。主要的可燃物为烹调油锅操作中冒火及个别橱柜等木制品,可燃物数量较少。火势将在模拟时间内按照t2的趋势增加,热释放速率选取3MW的中速火作为本场景火灾规模的设计值。3.2火灾处理的模拟(1)火灾动力学模拟分析本项目采用FDS软件进行模拟分析。FDS是美国国家标准与技术研究院(NIST)下设的建筑火灾研究实验室开发的一种火灾动力学模拟软件。它是一种计算火灾与烟气在建筑物内蔓延的场模拟软件,通过数值方法来分析燃烧过程中烟气和热传导的过程,具有较好的模拟精度,并且可以给出火灾过程的细节。以下是根据设定的两个火灾场景分别进行的模拟计算,观察距十九层地面1.7m处的温度以及能见度的分布情况。图3、图4为火灾场景1的具体模拟状况。图5、图6为火灾场景2的模拟状况。(2)两个火灾场景在模拟时间内未达到危险状态通过模拟得出各场景中火灾到达危险状态的时间,如表4所示。综上分析,可得出以下结论:①温度判据表示两个火灾场景在模拟时间内均未达到危险状态;②能见度判据列出了到达危险状态的时间点,可用于分析人员疏散的安全状态。4防火设计模拟研究的结论高层住宅楼由于自身的特殊性,一旦发生火灾将会损失惨重。目前我国的大、中城市普遍配置的登高消防车,火灾发生时从大楼外面施救,只能达到50m的高度,50m以上的就只能靠自救了。因此,为了保证居民免受火灾侵扰,必须高度重视高层住宅楼的防火设计,以保证人员疏散安全,降低财产损失。本文从性能化的防火设计理念出发,进行了火灾模拟研究,为住宅楼的消防安全提供了设计参考依据。运用FDS软件,进行模拟研究的结果发现,靠近户门