居民自建房楼梯-走道组合结构火灾烟气运动

建－筑防火：设ｊ计

居民自建房楼梯一走道组合结构火灾烟气运动

耿东升

（石河子市消防支队，新疆石河子８３２０００）

摘要：采用大涡模拟技术对居民自建房楼梯一走道组合

１楼梯一走道组合结构模型构造

该模型长约１１．５ ｍ，宽２ ｍ，高８ １ＴＩ，每层高约２．７

ＩＴＩ。采用均匀网格划分，网格尺寸为０．０５ ｒｎ×０．０５ ｍ×

０．０５ １ＴＩ。未设置可燃物，将一个距离地面０．２ Ｉｎ、尺寸为

０．２５ ＩＴＩ×０．２５ １ＴＩ的火源设定在走廊尽头附近的位置处。

点火源多为纸张、烟头等，设定热释放速率为固定值３Ｏ

ｋＷ。楼梯袋形走廊组合结构只通过左侧的一扇小门与

外界进行质量、能量交换，门高２ ｍ，宽１ ｍ，除此之外不

结构中的火灾烟气运动规律进行数值模拟。通过对烟气及速

度矢量场的分析发现，火灾烟气在建筑内的流动可以分为５个

不同的阶段。通过对ＦＤＳ源程序进行改进，提取烟气粒子的

位置随时间变化的信息，得到烟气粒子的拉格朗日运动轨迹，

展示烟气的几种典型运动形式。烟气在进入走道后最初的环

形运动多是贴近壁面的，而后环形轨道路径越来越远离壁面靠

近中心部位，环形轨迹的路径也越来越小。

关键词：居民自建房；楼梯一走道组合结构；火灾烟气；

数值模拟；拉格朗日

考虑其他通风口对结构内部烟气的影响。

２组合结构内烟气运动场图分析

对于流体的流动如烟气运动的描述，最常见的是采

用欧拉方法。利用欧拉方法可以固定一个空间点或者空

中图分类号：Ｘ９１３．４，ＴＫ１２１。ＴＵ２４ｌ＿７文献标志码：Ｂ

文章编号：１００９—００２９（２０１２）０６—０５８４—０４

居民自建房在我国城市郊区及农村地区广泛存在，

多为地下一层，地上１～３层。这类建筑一般长１０～１５

间区域位置，观察和监测这一空间位置或者空间区域内

的流体流动速率、方向、加速度等信息。通过ＦＤＳ对一

个三层楼梯间一走道组合结构内的烟气运动进行计算，

ｒｎ，高约９ ｒｎ，只设置一部疏散楼梯且出口设在建筑尽端，

即楼梯一走道组合结构。目前，国内对该种类型结构的

火灾研究几乎处于空白状态，大多数的研究只关注于单

并利用Ｓｍｏｋｅｖｉｅｗ软件显示计算结果（如烟气运动、速率

等），得到烟气在这种组合结构内的运动形式随时间的变

纯的楼梯间、楼梯井内的火灾烟气运动，如秦挺鑫等研究

了单跑楼梯井内的火灾运动规律。基于此，笔者对这类

化，得到火灾烟气在组合结构内的运动及填充过程及楼

梯及走道中间切面ｙ—１．０处得速率矢量图。根据烟气

运动位置的不同，楼梯一走道组合结构内烟气的运动可

以分为以下几个阶段。

常见的居民建筑火灾烟气运动情况进行研究，查明烟气

运动规律。

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～一 ～一～一～一～一～一～一～一 出．～一一～

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Ｏｖｅｒｖｉｅｗ ｏｎ ｍａｋｅｕｐ ａｉｒ ｆｏｒ ｓｍｏｋｅ

ｅｘｈａｕｓｔ ｉｎ ａｔｒｉｕｍ

ＭＩＡＯ Ｘｉｎ ，ＬＩ Ｓｉ—ｃｈｅｎｇ ，

ＸＵ Ｊｕｎ—ｂｉｎ 。ＨＯＵ Ｙｏｎｇ

（１．Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｐｅｏｐｌｇｓ Ａｒｍｅｄ Ｐｏｌｉｃｅ Ｆｏｒｃｅｓ Ａｃａｄｅｍｙ，Ｈｅｂｅｉ

Ｌａｎｇｆａｎｇ ０６５０００，Ｃｈｉｎａ；２．Ｙａｎ ａｎ Ｆｉｒｅ Ｄｅｔａｃｈｍｅｎｔ，Ｓｈａａｎｘｉ

作者简介：苗 新（１９８６一），男，中国人民武装警

察部队学院硕士研究生，主要从事建筑火灾预防与控

制的研究，河北省廊坊市安次区武警学院研究生二队，

０６５０００。

Ｙａｎ＇ａｎ ７２７４００，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｍａｋｅｕｐ ａｉｒ ｆｏｒ

ｓｍｏｋｅ ｅｘｈａｕｓｔ ｉｎ ａｔｒｉｕｍ ｂｏｔｈ ｉｎ Ｃｈｉｎａ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｃｏｕｎｔｒｉｅｓ ｗａｓ

收稿日期：２０１２—０２—１１

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图１３ 典型循序渐上式粒子轨道投影图

通过以上分析发现，采用拉格朗日方法得到的烟气

粒子运动轨迹与模拟的速率场是一致的，说明了该方法

的有效性。

４ 结 论

通过用欧拉场的方法，展示了烟气在这种组合结构

内的整个运动过程。通过观察发现，在烟气沿顶棚的水

平运动阶段，烟气在走道内的分层界面明显，且烟气层高

度一般较高，不会对下面疏散人员造成大的影响；而一旦

烟气达到走道尽头，在走道尽头墙壁和顶棚的阻挡下产

生回流，烟气层高度瞬间下降至很低，会对下面的疏散人

员造成极大的影响，延缓人员逃生。因此，减弱甚至避免

火灾烟气在走道尽头的回流（如制定规范要求在这种结

构建筑的每层走道两侧的山墙上必须设置相应可开启外

窗的窗户等），或在火灾烟气在走道尽头产生回流之前进

行安全疏散，可以很大程度上减少对火场人员的伤害。

通过对大量烟气示踪粒子的运动轨迹的展示还得到

了几类有代表性的烟气粒子运动轨道：９字形粒子轨道、

８字形粒子轨道、循序渐上式粒子轨道。根据烟气的运

动轨道可以很清晰地看到烟气在空间上的运动形式。如

在地下一层走道内，因为烟气在右侧走道尽头受热浮力

的作用向上运动并沿顶棚水平向左运动，决定了烟气在

该走道内的环形运动是逆时针的；而地上一层和二层内

走道内的烟气是通过走道左侧的楼梯间蔓延进来的，决

定了烟气在该层走道内的环形运动是顺时针的。以上基

于拉格朗日方法的烟气运动现象与欧拉场对烟气的显示

结果是一致的，说明了拉格朗日方法也可以很好地显示

流场的流动状况。同时发现，烟气在进入走道后最初的

环形运动多是贴近壁面的，而后环形轨道路径越来越远

离壁面靠近中心部位，环形轨迹的路径也越来越小。

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技术，２００４，２３（１）：２Ｏ一２２．

Ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｆｉｒｅ ｓｍｏｋｅ ｍｏｖｅｍｅｎｔ

～～～一～～～一一～一一一

ｉｎ ｔｈｅ ｓｔａｉｒｓ—ａｉｓｌｅ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ

ｏｆ ｒｅｓｉｄｅｎｔ ｈｏｕｓｅ

ＧＥＮＧ Ｄｏｎｇ—ｓｈｅｎｇ

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作者简介：耿东升（１９７７一），男，新疆石河子人，石

河子市消防支队防火处工程师，硕士，主要从事建设消

防设计审核工作，新疆石河子市西一路３５０号，８３２０００。

收稿日期：２０１２—０２—０７

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