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双层幕墙火灾特性 计算流体力学分析

来源:互联网  作者:*  日期:2005-9-7
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    双层幕墙由于其玲珑剔透的美感、节能环保的特性以及高档的建筑品味,正被越来越多的国内外建筑所采用。双幕墙是一项新颖的技术,其内幕墙为双层中空玻璃,外幕墙为单层玻璃,内外幕墙之间的夹层往往贯穿数个楼层,其上、下两端和大气相通形成自下而上的自然通风,同时,为方便内层幕墙的清洁和维修
    综上所述,内外幕墙间距小时,在外幕墙破裂前内外幕墙夹层内温度较高,因此外幕墙会很快破碎;内外幕墙间距较大时,夹层内温度较低,经过较长时间外幕墙会破裂。

    五、窗槛墙和挑檐的作用
    在高层玻璃幕墙建筑中,采用一定高度的槛墙和具有一定耐火极限的水平挑檐是防止火焰和烟气在层与层之间蔓延的通常采用办法。《高层民用建筑设计防火规范》中要求采用玻璃幕墙的高层建筑应设置窗槛墙或不低于0.8m的不燃烧体裙墙。但是近年来,一些实验和数值模拟表明,挑檐的作用优于窗槛墙。本文的目的是对提高窗槛墙的高度和火灾场学进行计算流体力学模拟,并将模拟结果分别和当前双幕墙设计的模拟结果进行比较,确定其防火效果是否得到改善。

    将窗槛墙提高到1.2米的场景模拟结果表明,虽然窗槛墙高度提高了,但内外幕墙之间的间距及夹层的形状未改变,内幕墙破裂后热气流在内外幕墙上升的流动情况两种窗槛墙高度的场景相似。随着火灾的发展,起火室内温度不断升高,当内幕墙达到破裂临界温度时破裂脱落,火和烟气冲出,通过内幕墙之间的夹层上升顶部排出。上升热气流贴近外幕墙流动,内幕墙破裂后约8秒外幕墙破裂。将两个参考点的温度进行比对,其差别不大,可见提高窗槛的效果并不明显。

    设置挑檐的场景模拟结果可以看出,由于设置了和维修走道同宽的挑檐,起火层喷出的火焰和烟气需通过挑檐前端和外幕墙形成的狭窄通道向上蔓延,形成更加贴近外幕墙的扁平热气流层。起火层的上一楼层窗槛墙上缘在外幕墙破裂之前承受的最高温度为221℃。温度比没有挑檐时降低了约100℃。挑檐起到了将火焰和烟气推离内幕墙的效果。

    六、总结与讨论
    一些火灾案例或火灾录像表明,当建筑中发生大面积火灾蔓延或全面轰燃,从破裂的窗户或幕墙洞口喷出的火焰可达数个楼层高,一般的防止火焰从建筑外部垂直蔓延的措施已失效,而且此时内外幕墙已全部破裂脱落,这种情况不在本文的考虑之中。本文的模拟计算,均是针对幕墙附近起火,发生局部火势扩大或轰燃的情况,进行模拟探讨双幕墙的防火措施。现将模拟分析结果总结如下:

    1.双幕墙建筑火灾特性表明,随着火灾的发展和热释放速率的增高,火焰的高度和起火室温度也不断增高,内幕墙爆裂脱落后,火焰和烟气涌入内外幕墙之间的夹层,高温气流呈贴近外幕墙内侧流动的趋势,最终上升到顶层排出。这一过程中,火灾有向其它楼层蔓延的可能。外幕墙破裂后,火焰和烟气在高温气体产生的热压作用下喷出外墙,此时只有少量烟气进入内外幕墙之间的夹层,对起火层以上各层内幕墙的影响将大为减少,内幕墙附近的气流温度明显下降。

    2.内、外幕墙之间的间距越大,火焰和烟气对起火层以上各层的影响越小。

    3.增加窗槛墙的高度不能起到更好的防火效果。

    4.设置和维修走道同宽的挑檐虽然会影响正常情况下夹层内的自然通风效果和建筑立面的美观,但在一定程度上起到将火焰和热气流推离内幕墙的作用。 
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