求了 4.2.2从开口的辐射热损失速度QB 通过开口的辐射热损失速度,可根据斯蒂芬波尔兹曼定律求得: AwEpO(TF-To)kw) 式中Aw=>Aw,总的开口面积(m2); T—火灾分区内的气体温度(K); a—斯蒂芬-波尔兹曼常数,d=5.67W/m2K4; T。——环境温度(K) s—火灾分区内气体有效辐射率,由下式求得 (1-28) 式中XF—火焰厚度(m); k——辐射系数(m-1),对于木材为主要荷载的火灾,取k=1.1m-。 因为TF》T,为了简化计算,T可忽略不计,这时公式(1-27)可写为 (1-29) 4,2.3从开囗对流引起的热损失速度Q Qr FCp(TF- To (1-30) 式中ms-燃烧气体流出速度,由公式(1-15)求出。 假设m≈m0则有: 所以:k=m0(Aw√H),设k=0.5kg/(m2·s),则有 Qu=kAw√H·Cp(TF-T。) k·Cp(Tr-T)Aw√百 (1-31) 4.2.4分区边界导热损失速度Qw 分区墙壁与楼板的热量损失速度,取决于分区内气体的温度(TF)和内表面的温庋 (T)。为了简化计算,对于耐火建筑来说,我们假设火灾分区的边界导热性是相同的。当火 灾发展到旺盛期,火灾分区壁体的导热状况可以看作是无限大板的一维不稳定导热。用 阶差分方程的数值解法,给出Qw值的计算公式如下 (At- Aw) IT-To 1-32) 式中A:—边界表面的总面积(墙面、屋顶和地板),包括通风开口面积Aw; Tp—火灾分区的气体温度(K); T—环境温度(K); k——界面材料的导热系数(W/m·K); △x—火灾分区封闭界面分割为n层时,每一层的厚度(m)。 42.5TF(t)的计算 将QB、Q1,Qw的值代人公式(1-25),并经整理后,可求出TF如下:
T·△T=M(QH-Q3-Q- Qw)vCp+T (1-33) 式中T(t)—时间的函数; V——火灾分区的容积 CP—定压比热; TF—由数值积分进行迭代计算求得的。 由公式(1-33)计算求得的火灾气体温度TP与实验测定的Tr的值是极相符合的。 应该注意的是,当通风口的面积和高度不同时,通风参数由下式计算: Aw√ (1-34) 第2节高层建筑火灾的蔓延 1高层建筑火灾蔓延的方式 1.1火焰蔓延 初始燃烧表面的火焰,将可燃材料燃烧,并使火灾蔓延开来。火焰蔓延速度主要取决 火焰传热的速度。火焰蔓延速度可由下式求得 pV△H=Q (1-35) 式中P——可燃物的密度; V一火焰蔓延速度; △H—单位质量的可燃物从初温T。上升到相当于火焰温度T时的焓的增量; Q—火焰传热速度。 公式(1-35)称为火灾蔓延的基本方程,实质上是反映火灾蔓延的一个能量方程。 1.2热传导 火灾分区燃烧产生的热量,经导热性好的建筑构件或建筑设备传导,能够使火灾蔓延 到相邻或上下层房间。例如,薄壁隔墙、褛板、佥属管壁,都可以把火灾分区的燃烧热传 导至另一侧的表面,使地板上或靠着隔墙堆积的可燃、易燃物体燃烧,导致火场扩大。应 该指出的是,火灾通过传导的方式进行蔓延扩大,有两个比较明显的特点,其一是必须由 导热性好的媒介,如金属构件、薄壁构件或金属设备等;其二是蔓延的距离较近,一般只 舵是相邻的建筑空间。可见传导蔓延扩大的火灾,其规模是有限的 13热对流 热对流是建筑物内火灾蔓延的一种主要方式。建筑火灾发展到旺盛期后,一般说来窗 玻璃在轰燃之际已经破坏,又经过一段时间的猛烈燃烧,内走廊的木质户门被烧穿,或者 门框之上的亮窗玻璃被破坏,导致烟火涌入内走廊。一般耐火建筑可达100~1100℃左右 高温,木结构建筑更髙一些。这时,火灾分区内外的压差更大,遇到冷空气,使之温度降 低,压差减少,失去浮力,流动速度就会降下来。若在走廊里放可燃、易燃物品,或者 走廊里有可燃吊顶等,被高温烟火点燃,火灾就会在走廊里蔓延,再由走廊向其它空间 传播 除了在水平方向对流蔓延外,火灾在竖向管井也是由热对流方式蔓延的 J∩
1.4热辐射 热辐射是相邻建筑之间火灾蔓延的主要方式之一。建筑防火中的防火间距,主要是考 趑防止火焰辐射引起相邻建筑着火而设置的间隔距离。要搞清楚火焰辎射对火灾曼延的机 理,首先必须搞清楚两个问题,即,点燃可燃材料所需的辐射强度是多少?建筑物发生火 灾时能够产生多大的辐射强度?简要介绍如下 在建筑物中,经常釆用木材或类似木材的可燃的构件、装修或家具等,因此,木材在 建筑中是主要的火灾荷载。世界各国都特别注意对木材火灾的研究。工业发达国家把 12.6kW/m2做为木材点燃的临界辐射强度。在这一辐射强度下烘烤20min,无论在室内还 是在室外,火场飞散的小火星就可引燃木材。而引起木材自燃的临界辐射强度是33.5kW/ 表1-2是各种辐射强度下木材的反应 各种辐射强度下木材的反应表12 建筑火灾产生的辐射强度由公式(1-29) 輻射强度kW/m2) 反应情况 求出 Qn= AwEFOTE 33.5 可使室外木材自燃 照射1s后即出现焦糊 设发烟量为(m3),烟层面积为A 12.6 木材点燃,照射2后即出现焦糊(m2),则xF,烟层厚度可近似由下式计算 长时间照射而无焦糊的极限强庋 X:=4 (1-36) 在建筑火灾的热辐射计算中,一般假定建筑表面为灰体。如图1 9,设建筑火灾的火焰辐射面积为A1相邻受辐射的建筑面积为A2 4 dA 并取火焰辐射的微元面积为dA,受辐射微元面积为dA,则从dA 辐射到dA2的总热量Q2(CV)为: Q12=e1E2d(T-T2) coscosydA, dA: (1-37) 式中g—-dA.的法线与两微元面连线r的夹角; g—dA2的法线与r的夹角; 图1-9两个面之间 T1、T-—分别为两表面的绝对温度 的辐射传热 若令F12,为A1对A2的角系数,F2为A2对A1的角系数,则 A F, 2=A2F 由公式(1-38)求出角系数之后,公式(1-37)就可写为 Q2=EE;o(T+-Td)F1 A,=E,E2C(T-1252A2 (1-39) 角系数F1z、F21纯系几何参数,只取决于火灾建筑辐射源的形状、面积以及火源建筑和被辐 射建筑之间的相对位置。为了简化角系数的计算,可以假设辐射源是长方形的,被辐射建 筑是平行于辐射源的。 2高层建筑火灾的蔓延途径 高层建筑内某一房间发生火灾,当发展到轰燃之后,火势烈,就会突破该房间的限 制。当向其它空间蔓延吋,其途径有:未设适当的防火分区,使火灾在未受任何限制的条 件下蔓廷扩大;防火隔壙和房间隔墙未砌到顶板底皮,导致火灾在吊顶空间内部蔓延;由
可燃的户门及可燃隔墙向其它空间蔓延;电梯竖向蔓延;非防火、防烟楼梯间及其它竖井 禾作有效防火分隔而形成竖向蔓延;现代外窗形成的竖向蔓延;通风管道等及其周围縫隙 造成火灾蔓延,等等 2.1火灾在水平方向的蔓延 2.1.1未设防火分区 对于主体为耐火结构的建筑来说,造成水平蔓延的主要原因之一是,建筑物内未设水 平防火分区,没有防火墙及相应的防火门等形成控制火灾的区域空间。例如,某医院大楼, 每层建筑面积2700m,未设防火墙分隔,也无其它的防火措施,三楼着火,将该楼层全部 烧毁,由于楼板是钢筋混凝土板,火灾才未向其它层蔓延。又如,东京新日本饭店,于198 年2月8日因一旅客在9层客房内吸烟引起火灾,由于未设防火分隔,大火烧毁了第9层 第10层,面积达4360m2,死亡32人,受伤34人,失踪3多人。再如,美国内华达州拉 斯维加斯市的米高梅旅馆发生火灾,由于未采取严格的防火分隔措芭,甚至对460m2的大 赌场也没有釆取任何防火分隔措施和挡烟措施,大火烧毁了大赌场及许多公共用房,造成 84人死亡,679人受伤的严重后果 2.1.2润口分隔不完善 对于耐火建筑来说,火灾横向蔓延的另一途径是洞口处的分隔处理不完善。如,户门 为可燃的木质门,火灾时被烧穿;铝合金防火卷帘无水幕保护,导致卷帘被熔化;管道穿 孔处未用不燃材料密封等等。 在穿越防火分区的洞口上,一般都装设防火卷帘或钢质防火门,而且多数采用自动关 闭装置。然而,发生火灾时能够自动关闭的比较少。这是因为,卷帘箱一般设在顶棚内部 在自动关闭之前,卷帘箱的开口、导轨以及卷帘下部等因受热发生变形,无法靠自重落下, 而且,在卷帘的下面推放物品,火灾时不仅卷帘放不下,还会导致火灾蔓延。此外,火灾 往往是在无人的情况下发生,即使设计了手动关闭装置,也会因无人操作,丽不能发挥作 用。对于钢质防火门来说,在建筑物正常使用情况下,门是开着的,有的甚至用木模子楔 着,一旦发生火灾,不能及时关闭也会造成火灾蔓延 此外,防火卷帘和防火门受热后变形很大,一般凸向加热一侧。防火卷帘在火焰的作 用下,其背火面的温度很高,如果无水幕俣护,其背火面将会产生强烈的热辐射。在背火 面雄放的可燃物或卷帘与可燃构件、可燃装修接触时,就会导致火灾蔓延 2.1.3吊顶内部空间蔓延火灾 目前有些框架结构的高层建筑,竣工时是个大的通间,而出售或出租给用户,由用户 自行分隔、装修。有不少装设吊顶的高层建筑,房间与房闫、房间与走廊之间的分隔墙只 做到吊顶底皮,吊顶之上部仍为连通空间。一旦起火极易在吊顶内部蔓延,且难以及时发 现,导致灾情扩大;就是没有设吊顶,隔墙如不砌到结构底部,留有孔洞或连通空间,也 会成为火灾蔓延和烟气扩散的途径。 2,1.4火灾通过可燃的隔墙、吊顶、地毯等蔓延 可燃构件与装饰物在火灾时直接成为火灾荷载,由于它们的燃烧而导致火灾扩大的例 子很多。如,巴西圣保罗市安得拉斯大楼,由于隔墙采用木板和其它叮燃板材,吊顶、地 毯、办公窾具和陈设等均为可燃材料。1972年2月4日发生了火灾,可燃材料成为燃烧、蔓 延的主要途径,造成死亡16人,受伤326人,经济损失达200万美元
22火灾通过竖井蔓延 在现代建筑物内,有大量的电梯、楼梯、服务、设备、垃圾等竖井,这些竖井往往贯 穿整个建筑,若未作周密完善的防火设计,一且发生火灾,就可以蔓延到建筑的任意一层 此外,建筑中一些不引人注意的孔洞,有时会造成整座大楼的恶性火灾。尤其是在现 代建筑中,吊顶与楼板之间,幕墙与分隔构件之间的空歟,保温夹层,通风管道等都有可 能因施工质量等留下孔洞,而且有的孔润水平方向与竖直方向互相穿通,用户往往不知道 这些孔洞隐患的存在,更不会采取什么防火措施,所以,火灾时会导致生命财产的损失 2.2.1通过楼梯间蔓延火灾 高层建筑的楼梯间,若在设计阶段末按防火、防烟要求设计,则在火灾时犹如烟肉一 般,烟火很快会由此向上蔓延。如,巴西里约热内卢市卡萨大楼,31层,设有两座开敞楼 梯和1座封闭楼梯。1974年1月15日,大楼第一层着火,大火通过开敞楼梯间一直蔓延到 18层,造成第3至5层、第16至17层室内装修基本烧毁,经济损失很大。 有些高层建筑只设有封闭楼梯间,而起封闭作用的未用防火门,发牛火灾后,不能 有效地阻止烟火进人楼梯间,以致形成火灾蔓延通道,甚至造成重大的火灾事故。如美国 纽约市韦斯特克办公楼,共42层,只设了普通的封闭楼梯间。980年6月23F发生火灾, 大火烧毁第17层至第25层的装修、家具等,137人受伤,经济损失达1500万美元。又如 些班牙的罗邶阿岁肯旅馆,地上11层,地下3层,设置封闭楼梯和开敞电梯。1979年9月 12日发生火灾,由于仅设普通的封闭楼梯间,又采用了木门,不能自行关闭,因此,烟火 通过未关闭的楼梯间和开敞的电梯厅,从底层迅速蔓延到了顶层,造成85人死亡,经济损 失慘重 2.2.2火灾通过电梯井蔓延 电梯间未设防烟前室及防火门分隔,将会形成一座座竖向烟囱。如前述美国米高梅旅 馆,1980年11月 戴丽”餐厅失火,由于大楼的电梯井、楼梯问没有设置防烟前室 各种竖向管井和缝隙没有釆取分隔措施,使烟火通过电梯井等竖向管井迅速向上蔓延,在 很短时间内,浓烟笼罩了整个大楼,并窜出大楼高达150m 在现代商业大厦及交通枢纽、航笠港等人流集敬量大的建筑物内,一般以自动扶梯代 替了电。自动扶梯所形成的竖向遙通空间,也是火灾蔓延的新型途径,设计时必须予以 高度重视。 2.2.3火灾通过其它竖井蔓延 髙层建筑中的通风竖井,也是火灾蔓延的主要通道之一。如,前述美国韦斯特克办公大 楼,火灾中烈火烧穿了通风竖井的检査门(普通门),烟火经通风竖井和其它管道的检查门蔓 延到22层,前后又向下窜到第17层,使第17层~第22层陷入烈火浓烟中,损失慘重 管道井、电缆井、垃圾井也是高层建筑火灾蔓延的主要途径。如,香港大生工业楼火 灾,火势通过未设防火揹施的管道井、电缆井、垃圾廾等扩大蔓延。 此外,垃圾道是容易着火的部位,又是火灾中火势蔓延的主要通道。防火意识淡薄沓 习惯将未熄灭的烟头扔进垃圾邦,引燃可燃垃圾,导致火灾在垃圾弁內隐燃、扩大、蔓延 如某高层办公大楼,垃圾道设在楼梯平台处,曾多次起火蔓延 2.3火灾通过空调系统管道蔓延 高层建筑空调系统,未按规定部位设囱火阂、采用不燃烧的风管、釆用不燃或难燃烧