针对下沉式商业建筑群烟气的模拟研究.pdf
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1、四川建筑第43卷第4期建筑论坛与建筑设计针对下沉式商业建筑群烟气的模拟研究李百毅,史杨华,张彪,胡锦东,林鹏,宋晓勇4(1.西南交通大学,四川成都6 10 0 0 0;2.四川省建设工程消防和勘察设计技术中心,四川成都6 10 0 0 0;3.四川省材科院消防科技有限公司,四川成都6 10 0 0 0;4.四川消防总队,四川成都6 10 0 0 0)【摘要】通过对当前下沉式商业建筑存在的消防安全问题分析,结合数值模拟结果的验证,研究下况式商业建筑较地下商业建筑的区别和优势,针对相应的消防安全问题,提出管理措施和整改意见。【关键词】数值模拟;下沉式商业;FDS;消防安全【中图分类号】TU998.
2、120引言随着城市经济的迅速发展,城市建筑的规划和建设也逐步发展起来,在地上建筑不断兴起的同时,地下建筑和下沉式建筑也逐渐被开发建设起来,并通过在垂直方向上运用不同高度的设计手法对建筑进行分割,以便取得大空间在层次上的变化,下沉式商业建筑可以很好的将地上空间和地下空间联系在一起。下沉式商业建筑和地下建筑最大的区别在于它与自然环境是相接触的,可利用自然通风和采光,也可以通过设置大型坡道加强与地面交通的联系,借助有利的空间设计发展不同类型的户外活动,该设计手法在很大程度上提升了地下建筑的商业价值、通风和采光以及商业舒适度,并且较地下商业建筑增强了方位感,有利于人员的疏散和引导,减少火灾危险性和扑救
3、难度,也有效的解决了完全地下商业所面临的消防设计问题 1-41下沉式商业建筑群面临的消防问题某商业建筑的商业功能分区设计为下沉式建筑群组(靠挡土墙一侧形成坡地建筑),室外下沉式地面与周边市政道路高差约13m,室外下沉地面之上由多栋2 3层建筑单体组成,建筑单体之间按不小于9m的防火间距控制,形成了9m多宽的消防车道(消防车转弯半径不小于12 m),消防车道的设置不仅满足了下沉地面之上建筑的消防救援条件又创造了利于人员疏散的室外开散空间。由于下沉式建筑存在多个安全层概念,因此单体内人员疏散同时存在多种疏散路径,便于分散疏散人流。该项目消防设计中最重要的特点是将消防车道设置在下沉地面,形成本项目的
4、建筑室外地坪,下沉地面以上的2层商业建筑按地上建筑防火分区进行设计。目前国内的规范针对此类情况没有规定,因此,需要借鉴境外标准的相关条例。2下沉式商业建筑群特殊消防设计2.1特殊消防设计的原因设计方案受规划条件限制:建筑选址临近某条大道,要求临近18 0 m范围内,地面不得修建建筑物;建筑物出地面高度不得超过1m;地下商业建筑面积大小有要求;【文献标志码】A绿地率不小于7 5%。受上述规划条件限制,因地下商业体量较大,如果按传统的地下室设计,地下商业建筑无自然采光通风条件,需全部采用机械排烟措施,火灾危险性较大,对消防救援及人员疏散不利。2.2防火分区以其中某一建筑单体为例总层数为2 层,从上
5、到下分别为L1和L2层。设置封闭楼梯间及室外疏散广场。该建筑内部还设有火灾自动报警系统与自动喷淋灭火系统,消防设计所划分的每个防火分区的面积均未达到50 0 0 m。L 1和L2层均被划分成8 个防火分区。2.3防排烟系统2.3.1 防烟系统(1)L2层至L1层自然通风的楼梯间、前室、消防前室、合用前室需满足要求:在楼梯间的外侧墙壁上设置能够打开的外窗或者其他开口的总面积大于等于2 m,以及在楼梯间的最高部位上设置一个面积大于等于1m能够打开的外窗或者开口;单独的前室或者消防电梯前室能够打开的外窗或者其他的开口的有效面积必须在2 m以上,共用的前室以及合用前室则要求有效面积在3m以上。(2)防
6、烟排烟的楼梯间以及它的前室的消防设计如果不能够满足自然排烟条件,消防电梯前室或者合用前室、避难走道以及前室必须增设机械加压送风系统,加压送风量必须根据规范上的有关条款加以计算核实,而机械加压送风量也应当根据规定满足压力梯度规定值。2.3.2排烟系统(1)排烟系统设计:建筑内部长度在2 0 m以上的疏散内走道需要设置相应的排烟设施;地下或半地下室建筑物(室)、设有固定窗、防火窗的房间、地上建筑内的无窗空间,当总面积不低于2 0 0 或一个房间的建筑面积不低于50 m,以及室内可燃物较多并有人员经常停留时,这种类型的空间定稿日期 2 0 2 2 -0 6 -0 1作者简介李百毅(197 7 一),
7、男,博士,教授,从事建筑技术研究工作。31建筑论坛与建筑设计也需要设置排烟设施;中庭。(2)建筑面积不超过10 0 m且净高小于6 m的房间,使用自然排烟的方法。(3)面积超过10 0 m且房间净高小于6 m的房间,被划分的每个防烟分区的排烟量按6 0 m/(h m)计算,且要求排烟量在150 0 0 m/h以上。(4)建筑中庭的机械排烟量,需要根据其周围空间防烟分区中最大的排烟量的2 倍进行测算核实,并且排烟量要在107 000 m3/h 以上。(5)建筑内长度超过2 0 m的内走道需要根据规范的相关要求设置防烟分区,每个防烟分区排烟量按6 0 m/(h m)计算,并且排烟量要在130 0
8、0 m/h以上。(6)建筑内部净高度未达到6 m的空间,如果遇到一个排烟系统需要负担多个防烟分区的排烟工作时,整个排烟系统的总排烟量就必须根据相邻2 个防烟分区的排烟量之和的最大值来计算获得,而且风机最终的排烟量应按计算得到的排烟量的1.2 倍来确定。(7)本项目除地下1、2 层室内建筑面积不足50 0 m的空间或着建筑内走道以外,其余布置有排烟系统的空间均需考虑布置合理的补风系统。排烟补风系统也可以直接从室外补人空气,且补风量要超过排烟量的50%。若建筑没有可开启外窗,从而无法自然补风时,需要设置补风系统。(8)自然补风口风速不大于3m/s。(9)挡烟垂壁选用不燃材料制作,材料的各种特性应满
9、足CB533-2012挡烟垂壁的有关要求,挡烟垂壁的高度应按照相应规范要求设置 5-7 。3数值模拟实验3.1火灾模拟软件FDS的介绍由于CFD技术的高速发展,利用CFD技术来解决和处理建筑物中的三维流动,解决这些流动所产生的问题也已变成了可能性。FDS(Fi r e D y n a m i c s Si m u l a t o r)是美国国家标准与技术研究院(NIST)和芬兰的VTT技术研发中心合作开发的一款融合了可视化工具Smoke一view的场仿真应用软件,现在已经形成了一个十分实用和流行的仿真火灾现场的开发工具 8 。3.2FDS模型的建立3.2.1网格选取方法FDS模型的网格选取对于
10、模型的计算时间和精度有很大影响,网格的尺寸越小,计算出的结果精度就越高。但是网格过小的话,计算得出结果的时间就会很长,所以在保证计算精度的同时,又能节约时间,需要保证特征长度与网格的尺寸的比值在416 之间,其中D*为特征长度,8 为网格尺寸,特征长度的计算公式见式(1)。D*=(poCoTo/g式中:p。表示空气的密度,Co表示空气的比热容,T。表示环境温度,Q表示模拟工况的热释放速率 9。3.2.2火灾场景设计的原则火灾场景的选择一般采用最不利原则,根据火灾的危害32四川建筑第43卷第4期程度和可能发生火灾的风险程度来选取火灾场景。设计原则一般分为:突出火源特点、客观反映实际火灾、同时也要
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