风作用下高层建筑外墙火焰蔓延模拟研究

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高层建筑是国内外广泛使用的建筑形式之一,其中L型高层建筑和凹型高层建筑是两种常见的外立面形式。高层建筑发生火灾时,窗口溢出火易引燃外墙材料,形成融合火焰,考虑风速和风向的影响,火势蔓延异常迅速,为人们的生命财产安全带来严重损失。因此研究L型高层建筑和凹型高层建筑在风作用下的多窗口羽流火焰融合高度及其变化规律尤为关键。本文使用火灾仿真软件Pyro Sim针对高层建筑火灾模拟进行数值模拟分析,并结合Origin和fds2ascii等数据处理软件,分别分析L型高层建筑和凹型高层建筑外立面的窗口温度分布情况,并引入危险温度540℃确定羽流火焰融合高度。考虑不同风向和基准风速条件,得到自然风对高层建筑多窗口连续燃烧的火焰融合高度与其变化的影响。经计算,对于L型高层建筑外立面多窗口纵向连续燃烧,在达到危险温度540℃时,无风条件下,火焰融合高度增加了14.08%~30.05%;迎风、背风、侧风向外、侧风向内、纵向风向上条件下,火焰融合高度分别增加了16.85%~24.48%、20.33%~39.19%、15.34%~24.48%、18.40%~24.48%、15.54%~22.42%。迎风、背风、侧风向外、侧风向内条件下,随着基准风速的增加,火焰融合高度下降了4.42%~42.48%;纵向向上风向条件下,随着基准风速的增加,火焰融合高度提升了2.53%~10.49%。对于凹型高层建筑外立面多窗口纵向连续燃烧,在达到危险温度540℃时,无风条件下,火焰融合高度增加了18.52%~22.73%;迎风未融合;侧风、背风、纵向风向上条件下,火焰融合高度分别增加了14.04%~26.14%、18.78%~26.79%、18.66%~25.23%。迎风、背风、侧风条件下,随着基准风速的增加,火焰融合高度下降了2.35%~22.88%;纵向向上风向条件下,随着基准风速的增加,火焰融合高度提升了0%~7.60%。通过结果分析,L型高层建筑外立面多窗口连续燃烧,在基准风速7.9m/s迎风条件下火焰未发生融合;凹型高层建筑外立面多窗口连续燃烧,迎风条件下火焰均未发生融合。对于L型高层建筑和凹型高层建筑,在水平风向条件下,随着基准风速的增加,火焰融合高度逐渐降低;而纵向向上的风向条件下,火焰融合高度逐渐提升。L型高层建筑在纵向向上风向,基准风速为7.9m/s条件下,火焰融合高度最高,当竖向连续燃烧窗口数目达到7窗口时,火焰融合高度稳定在19.90m,外部蔓延防火阻隔区设置为20.00m。凹型高层建筑在纵向向上风向,基准风速为7.9m/s条件下,火焰融合高度最高,当竖向连续燃烧窗口数目达到9窗口时,火焰融合高度稳定在25.90m,外部蔓延防火阻隔区设置为26.00m。
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