建筑論文不同火災(zāi)場景下大空間建筑的壁面溫度變化分析-論文網(wǎng)

1、建筑論文|不同火災(zāi)場景下大空間建筑的壁面溫度變化分析-論文網(wǎng)    摘 要：大空間建筑近年來在我國得到了迅速的發(fā)展，其防火設(shè)計研究工作也日趨受到人們重視。本文利用流體動力學(xué)計算軟件FLUENT 對大空間建筑中的不同火災(zāi)場景進(jìn)行了數(shù)值模擬，著重分析了單個火源位于底面不同位置處以及兩個火源同時存在時模型壁面溫度場的分布。此外，由于防煙分區(qū)和排煙系統(tǒng)等的設(shè)置對大空間建筑火災(zāi)下的溫度分布有較大影響，本文最后還對在考慮防排煙裝置情況下的結(jié)構(gòu)溫度場變化規(guī)律進(jìn)行了計算與對比。希望能夠?qū)Υ罂臻g建筑防火性能化設(shè)計方法的發(fā)展與完善提供一定的參考性建議。寫手聯(lián)盟 專業(yè)代寫代發(fā)

2、表職稱論文、專業(yè)論文，推薦刊物均為同時具有CN和ISSN雙刊號正規(guī)期刊，以優(yōu)惠的價格，優(yōu)良的服務(wù)，為您打造最優(yōu)質(zhì)的原創(chuàng)論文代寫和職稱論文發(fā)表服務(wù)! 可提供論文加急發(fā)表。：大空間建筑；溫度場；火災(zāi)場景；防煙裝置b1 引言/b大空間建筑是近年來我國大量興建的建筑形式，它能夠提供宏偉的建筑造型，巨大開敞的內(nèi)部空間，已越來越受到建筑師和建設(shè)業(yè)主的青睞。這類建筑所采用的結(jié)構(gòu)形式多樣，如空間網(wǎng)殼、預(yù)應(yīng)力索網(wǎng)、索穹頂?shù)冉Y(jié)構(gòu)體系。為了滿足人們對于建筑造型和使用功能上的特殊要求，也不斷有形式新穎的結(jié)構(gòu)體系涌現(xiàn)出來。然而，我國現(xiàn)行的防火規(guī)范往往無法適應(yīng)這類結(jié)構(gòu)快速發(fā)展的需要，從國內(nèi)外相關(guān)研究和工程實踐來看，性能化

3、設(shè)計方法將是此類型建筑防火設(shè)計的首選方法 1-2。目前在開闊大空間、中庭等建筑的防火設(shè)計中，一般可將可燃物集中在一定區(qū)域內(nèi)，通過建立火源模型，對火災(zāi)發(fā)展過程進(jìn)行數(shù)值模擬與分析，并根據(jù)溫度分布情況確定需要進(jìn)行防火保護(hù)的部位，對于溫度較低的部位，則不用采取保護(hù)措施。使用這種方法進(jìn)行消防設(shè)計，不但可以更有針對性地進(jìn)行防火保護(hù)，將火災(zāi)控制在一定規(guī)模，也可以大幅度地節(jié)省消防投資，避免不必要的經(jīng)濟(jì)浪費，達(dá)到火災(zāi)防治經(jīng)濟(jì)性和有效性的統(tǒng)一，從而近年來在世界各國得到了廣泛的應(yīng)用。由于結(jié)構(gòu)壁面的溫度分布對其火災(zāi)下整體力學(xué)性能影響很大，因而，本文將通過數(shù)值計算模擬的方法對各種火災(zāi)場景下大空間建筑壁面的溫度場分布特點

4、進(jìn)行較為細(xì)致的研究和對比分析。b2 計算模型和分析參數(shù)/b火源模型的建立火災(zāi)燃燒一般經(jīng)歷燃燒初期、完全發(fā)展和衰退三個典型階段，具體發(fā)展變化過程相當(dāng)復(fù)雜，考慮到現(xiàn)有計算條件的限制，多采用時間平方火進(jìn)行簡化模擬，即認(rèn)為火災(zāi)熱釋放速率與時間的平方成正比關(guān)系增長。根據(jù)NFPA92B3和歐洲規(guī)范EC14等規(guī)范規(guī)定，可將火源模型簡化為圓錐形（圖1），其底面直徑D 和高度L 可由式（1）計算得到：項目資助：本課題得到高等學(xué)校博士學(xué)科點專項科研基金資助課題（項目編號：20091102120034）的資助?？臻g幾何模型與計算參數(shù)本文使用流體動力學(xué)計算軟件FLUENT 建立三維模型并對火災(zāi)下非穩(wěn)態(tài)傳熱過程進(jìn)行數(shù)值

5、模擬。模型空間為規(guī)則的長方體形，幾何尺寸為長度90m，寬度36m，高度12m，采用四結(jié)點四面體單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分。計算設(shè)定空間初始溫度為20（293.15K）且均勻分布，壁面設(shè)定為絕熱固壁，內(nèi)部空氣密度采用包含自然對流作用的Boussinesq 模型，并在計算中考慮浮力的影響。對流傳熱部分計算則采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型，輻射傳熱選用P1 輻射模型，考慮了火源和空間壁面間的輻射作用以及煙氣對輻射熱的吸收作用。求解方法使用分離式一階計算求解方法。此外，對于大空間建筑來說，防煙分區(qū)及對高溫?zé)煔獾挠薪M織排除是必不可少的。火勢的蔓延在很大程度上依賴于火災(zāi)產(chǎn)生的高溫?zé)煔獾穆?，空間溫度

6、場也會因此發(fā)生較大的變化。本文最后還根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范在考慮空間排煙裝置的情況下進(jìn)行了相關(guān)數(shù)值模擬計算。b3 單個火源位置變化時的溫度場分布/b3.1 計算模型建立不考慮排煙設(shè)施的作用，首先對不同功率的單個火源位于模型底面不同位置處（圖2）壁面的溫度隨時間和高度的變化情況進(jìn)行計算和分析。其中，火源最大熱釋放率分別為5MW和20MW。根據(jù)我國相關(guān)規(guī)范5則對應(yīng)于設(shè)有噴淋的商場，無噴淋的超市、倉庫等建筑用途，是大空間建筑火災(zāi)較常見的情形?；鹪茨Ｐ偷牟贾萌绫? 所示：3.2 計算結(jié)果分析從以下計算結(jié)果（圖3圖5）可以看出，當(dāng)火源距離壁面較遠(yuǎn)時（模型1、4），且當(dāng)火災(zāi)進(jìn)行了一定時間后，由于煙氣層高度的不斷下降

7、，壁面溫度沿高度方向分布較為均勻，變化不大。而當(dāng)火源距離壁面很近時（模型2、5），壁面溫度沿高度方向分布的梯度就非常明顯，壁面頂部溫度較底部溫度差別較大。屋面的溫度分布情況則是以火源在其上的投影位置為中心在熱空氣擴(kuò)散流動作用下逐漸降低，當(dāng)火源距壁面較近時，由于壁面反射作用更為強烈，屋面與壁面交界處的溫度將達(dá)到最高值。(a) 5MW (b) 20MW圖3 面1 高度方向上溫度變化圖圖 4 20MW時屋面1800s 時溫度分布圖(a) 面 1 (b) 面2 (c) 面3圖 5 模型各壁面12m 高度處溫度隨時間變化圖對于壁面高度較高的同一點處溫度隨時間的分布，在各種火源功率作用下，火源距壁面較近相

8、對于距壁面較遠(yuǎn)時，只是火災(zāi)發(fā)生早期（600s-900s）升溫速率較快，之后各種火源位置情況下的升溫速率基本相同，在上圖中近似表現(xiàn)為相互平行的直線上升。b4 同時存在兩個火源時的溫度場分布/b4.1 計算模型建立同樣不考慮排煙設(shè)施作用，以下再對兩個火源同時存在情況下（圖6）模型壁面溫度分布情況進(jìn)行計算。各火源模型位置分布如表3 所示：從計算結(jié)果可以看出，在兩個火源同時存在的情況下，盡管模型7 至模型10 中兩個火源的最大熱釋放率相加均為20MW，但即使當(dāng)火災(zāi)發(fā)生較長時間后（1800s），各模型中面1 上的溫度場分布還是有相當(dāng)大的差別，整個壁面上沿Y 方向的溫度分布也不均勻。由此可見，不宜將各個火

9、源功率疊加后根據(jù)已有單個火源位于底面中心的計算結(jié)果來直接得到壁面溫度場分布，這樣所得的值將偏保守。屋面的升溫情況仍是以各個火源在其上的投影位置為中心在熱空氣向外擴(kuò)散的作用下而逐漸降低，圖8 所示在火災(zāi)開始1800s 屋面溫度情況也驗證了這一點。同樣地，也不宜采用將火源功率直接疊加簡化計算的方法?；馂?zāi)煙氣的產(chǎn)生、特性、蔓延和控制等主要依賴于可燃物性質(zhì)、燃燒狀況以及建筑結(jié)構(gòu)等。由于近年來，煙氣窒息和中毒已成為火災(zāi)中致死的主要原因，且由于高溫?zé)煔獾难杆倭鲃雍吐?，很容易引起火勢的迅速蔓延和擴(kuò)大6。因此，大部分的大空間建筑都會設(shè)置防排煙裝置且在火災(zāi)發(fā)生時自動啟動，在考慮排煙條件下的模型將更加符合實際的

10、需要7。以下的計算模型設(shè)定火源最大熱釋放率仍為5MW 和20MW，火源位于底面中心，煙氣控制系統(tǒng)設(shè)計采用的公式和參數(shù)，引用自民用建筑防排煙技術(shù)規(guī)程8所提供的煙氣控制計算公式和參數(shù)，這些公式被廣泛應(yīng)用于煙氣控制系統(tǒng)的工程設(shè)計中，有很強的認(rèn)可性。模型空間分為兩個同等大小的防煙分區(qū)，擋煙垂幕高度為0.6m。送風(fēng)口和排煙口的設(shè)置如圖9 所示，其形狀均為方形，5MW 模型中截面尺寸1.32×1.5m2，20MW 模型中截面尺寸1.5×2.0m2。模型其它參數(shù)如表4 所示。其中煙縷質(zhì)量流量與排煙量均參照民用建筑防排煙技術(shù)規(guī)程8中軸對稱型煙縷等相關(guān)計算公式得到。（1）

11、大空間建筑近年來在我國得到了迅速的發(fā)展，然而現(xiàn)行防火規(guī)范往往無法滿足其需要。防火性能化設(shè)計方法是目前解決此類結(jié)構(gòu)防火設(shè)計問題的最佳選擇，而準(zhǔn)確高效地計算出各種火災(zāi)場景下的結(jié)構(gòu)溫度場分布是進(jìn)一步發(fā)展和完善此設(shè)計方法的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。（2）當(dāng)火源距離空間壁面較近時，溫度沿高度方向梯度很大，不能沿高度方向近似為等溫處理。而當(dāng)火源距離壁面較遠(yuǎn)時，則可沿高度方向作為等溫分布來進(jìn)行簡化。（3）在兩個火源同時存在的情況下，不宜簡單地將各火源功率直接相加后利用單個火源計算結(jié)果作為實際溫度場的分布，各火源的相對功率和相對位置均對溫度場分布有較大影響。（4）煙氣流動是影響火災(zāi)發(fā)展和溫度變化的重要因素，大空間建筑大多會設(shè)

12、置防排煙系統(tǒng)。在按照現(xiàn)行規(guī)范安裝了排煙裝置的情況下，結(jié)構(gòu)壁面溫度將會較無排煙裝置時大為降低。更多智能建筑論文就在中國專業(yè)論文代寫網(wǎng)！參考文獻(xiàn)1 石永久, 白音, 王元清. 大空間鋼結(jié)構(gòu)防火性能化設(shè)計與關(guān)鍵技術(shù)研究A. 崔京浩, 第十五屆全國結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議論文集C, 第十五屆全國結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議, 焦作, 2006, 北京: 工程力學(xué)雜志社, 2006:119-126.2 SHI Yong-jiu, BAI Yin, WANG Yuan-qing. Analysis on Global Mechanics Properties of Large-space SteelStructures un

13、der Fire ConditionsA. Proceedings of the Tenth International Symposium on StructuralEngineering for Young ExpertsC. Beijing: Science Press, 2008: 1966-1969.3 NFPA 92B, Guide for Smoke Management System in Mall, Atria, and Large AreaS. 2000.4 , Eurocode 1, Actions on Structures, Part 1-2: General Actions-Actions on structures exposed to fireS.CEN,2003.5