火灾下建筑结构抗火性能和人员疏散研究

火灾下建筑结构抗火性能和人员疏散问题是建筑火灾科学的两个重要研究内容,尽管二者最为关注的目标都与时间有关,即结构耐火时间和疏散时间,但实际对这两个问题的研究基本上是独立进行的。首先对结构抗火性能和人员疏散的研究现状和存在的问题进行了梳理总结,从疏散范围和疏散时间两方面讨论了结构抗火性能和人员疏散之间需要满足的关系。基于此,提出了一种适合于性能化结构抗火设计新的极限状态——安全疏散极限状态,将结构抗火性能研究和人员安全疏散结合起来,进而利用时间变量建立极限状态方程,为性能化结构抗火设计提供了一种新的思路。最后,对未来需要解决的若干关键问题进行展望。     

钢结构建筑的消防安全性能化设计——系统方法探析

根据钢结构建筑构件耐火性能的特点，应用建筑防火安全性能化设计系统方法对钢结构建筑发生火灾时热、烟对建筑结构和建筑内人员的影响进行了分析研究，确定了火灾下人员与建筑结构的安全准则。运用FDS4．0对一建筑实例建模，通过模型与建筑实际火灾相似性的计算机数值模拟研究，得出了火灾情况下建筑内的热、烟蔓延情况，同时采用ANSYS8．0分析技术对火灾下钢结构的结构反应进行了研究。以性能化设计系统方法对钢结构建筑发生火灾进行了耐火分析研究，在此基础上给出了定量的分析方法，为钢结构建筑的火灾安全工程设计和应用提供了一种新的技术。     

隧道火灾性能化安全疏散设计方法研究

阐述了隧道防火设计的重要性,保证人员的安全疏散是隧道性能化安全设计的首要目标。确定了火灾时人员安全疏散的判定条件,分析了人员逃生时所需疏散时间的组成,通过火灾时人员所需安全疏散时间与可用安全疏散时间的比较分析,介绍了隧道火灾疏散设计的一般思路。结合某隧道的实例对这种性能化设计思路进行了说明,确定了某隧道疏散口间距和逃生滑梯通行能力的初步设计方案。     

高层住宅建筑火灾应急疏散模拟与策略研究

为探索高层住宅建筑火灾疏散安全性及提升其疏散效率的策略,将某一栋26层装配式住宅为研究对象,采用Revit建立其物理实体模型,结合火灾模拟软件(Pyrosim)和疏散仿真软件(Pathfinder)对高层住宅建筑火灾疏散进行数值模拟,研究不同工况下火灾烟气蔓延特性对安全疏散的影响,并探讨电梯协同楼梯疏散策略的可行性与科学性。结果表明：考虑火灾烟气蔓延影响下,晚上高层住宅内人员将在8 min完成疏散,超过了安全疏散允许时间6 min;电梯协同楼梯疏散时,电梯的最佳停靠层为23层,使用电梯人员比例最佳为80%,疏散总时间约为6 min,相较于仅使用楼梯疏散时,疏散效率提升了约15%,表明电梯协同疏散效果提升显著,可为高层住宅应急疏散提供理论参考。     

大空间建筑火灾中钢梁的温升

大空间建筑火灾中,钢构件与火焰距离较近时需要考虑火焰直接热辐射对钢构件温升的影响。为了探究数值模拟中最合适的火焰辐射模型,运用ANSYS分别建立点火焰、圆锥体火焰和圆柱体火焰辐射模型,模拟考虑火焰热辐射的钢梁在大空间建筑火灾中的温升。并结合点火焰辐射理论及空气与钢构件的热对流和热辐射理论,获得钢构件大空间建筑火灾中的温升公式。运用MATLAB软件对该理论公式进行迭代运算,得到钢梁随时间变化的温度值。对比数值模拟结果与理论结果,发现用ANSYS模拟钢梁在大空间建筑火灾下的温升时,圆柱体火焰热辐射模型下的钢梁温升值与理论结果最接近。     

基于FDS模拟分析的建筑大空间火灾下钢构件的升温确定方法研究

利用火灾动力学模拟软件FDS,模拟了大空间火灾作用下裸露钢梁及钢柱的升温情况。介绍了绝缘表面温度法的基本原理。通过对FDS模拟得到的钢构件不同位置处的绝缘表面温度与周围气体温度的比较,显示了大空间火灾中火焰辐射对钢构件不同部位升温计算的影响,并据此对大空间火灾作用下钢构件升温计算中入射热的计算问题给出了建议。     

基于虚拟现实的建筑火灾模拟系统

提出了将虚拟现实技术应用于建筑火灾模拟的方法,在交互式虚拟环境中实现了基于火灾数值模拟的火灾场景模拟。根据火灾场模拟软件FDS的计算结果,控制虚拟火灾场景中火焰和烟雾的蔓延,使得虚拟场景中火灾的发展接近实际火灾的情况。模拟系统中通过纹理贴图和粒子系统等技术实现了逼真的火灾场景可视化。还介绍了实现灭火作战模拟和训员疏散模拟的技术细节。在以上方法的基础上研制了建筑火灾模拟原型系统,该系统可应用于电子消防预案制作、灭火作战演练、人员疏散演练、建筑性能化防火设计与评估,以及灾害条件下人的疏散行为研究等各个方面。     

性能化火灾安全评估应用个案研究

性能化火灾安全评估屉当前火灾科学及其应用研究的热点之一。该方法利用火灾动力学、热化学、安全评估原理学等确定性工程方法，针对各类建筑的结构特点和实际状况，对建筑物的火灾危险进行定性的预测和评估。以某高层建筑的维修工程为例，评估了其维修期间的火灾安全水平。通过对其维修前（满足规范要求）和维修期间（不满足规范要求）两种情况下人员疏散过程的比较，并辅以烟气运动规律的预测，得出了该建筑在施工期间的安全水平。     

火灾模型对钢交错桁架结构性能化抗火设计的适用性分析

对目前性能化防火设计中常用的4种火灾作用模型进行了分析和总结,并运用这4种模型对钢结构交错桁架在火灾时的热环境进行了模拟,分析不同火灾作用模型下该体系的结构响应,研究不同火灾作用模型对交错桁架结构性能化抗火设计的适用性。研究表明:火源功率、火灾载及火灾持续时间等因素对钢结构交错桁架的抗火分析具有重要影响。国际标准升温曲线和参数化室内升温曲线不考虑火源功率、建筑通风口等因素,缺乏针对性,分析结果偏于保守;区域模型所得温度偏低,不宜用于交错桁架结构的性能化抗火设计;场模型考虑了火源功率及环境温度分布的不均匀性,和实际火灾较接近,计算结果相对较为准确,可用于结构的性能化防火设计。     

特长公路隧道内的横通道间距和车行间距研究

隧道火灾,尤其是长大公路、铁路隧道火灾,往往是灾难性的。因此,基于性能化防火设计原理,对雪峰山特长公路隧道的横通道间距和车行间距进行了研究。对中等规模20 MW的火灾,按照规范建议的3 m/s的风速进行通风的情况下,先用CFD软件模拟计算火灾危险时间Tfire,然后由疏散模型中的经验公式计算人员疏散时间Tevac,比较分析不同横通道间距下人员疏散的安全性;同时为了避免隧道内车辆间的引燃,利用辐射换热原理,对车辆间的火灾蔓延性进行了分析。模拟结果为:最佳横通道间距约为290 m,最小引燃间距为6 m。考虑到建设成本的问题,建议雪峰山隧道的横通道间距改为300 m;同时,考虑到后继车辆的刹车及不同的行车速度等因素,建议特长隧道内车距最好要大于110 m;     

大空间火灾中火焰辐射对钢构件升温的影响

为了研究大空间建筑火灾中,火焰辐射对钢构件升温的影响,得到考虑火焰辐射时钢构件升温的简化计算方法,应用热平衡方程,就火焰辐射对钢构件升温的影响,通过变化各个参数,进行了6000多个不同算例的计算.在对算例结果进行参数分析的基础上,将钢构件的升温看作受烟气层影响和火焰辐射影响两部分,忽略次要因素,合并归纳主要参数,拟合出简化计算公式,提出了大空间建筑火灾中火焰辐射对钢构件升温影响的简化计算方法,并给出了可不考虑火焰辐射影响的建筑高度临界值.通过算例计算,与原迭代计算方法相比,该简化方法计算简便快速,且精度也较高,能满足设计要求.     

大空间钢网架结构的性能化抗火分析

大空间钢网架结构常作为人员密集场所建筑的屋盖,火灾下一旦发生坍塌,将可能造成重大人员伤亡和财产损失,因此对其抗火性能有必要深入研究。本文运用FDS(Fire Dynamics Simulator)火灾模拟软件对某工业厂房进行火灾模拟,得到火灾发生发展的时间—温度曲线。在此基础上,运用ANSYS有限元软件对火灾下网架结构的不同位置进行了热—力耦合的位移和内力分析。结果表明,采用计算机模拟得到的升温曲线,要比一概采用ISO834标准求得的升温曲线更符合实际情况;火灾发生在中间位置更为不利,必须采取防火保护措施;火灾下结构会发生内力重分配,但距离火源越远处的杆件内力和位移变化越小。本文结论可供该类型结构的抗火设计和灭火救援参考。     

铝合金空间结构抗火性能研究进展

铝合金材料在高温下的力学性能较差,考虑到铝合金结构常用于重要大型空间结构,其抗火性能与人员生命财产安全密切相关,对国内外近年来关于铝合金空间结构抗火性能的研究进行了系统综述与分析。首先,总结了有关铝合金结构高温性能的研究,包括材料的高温性能、构件和节点的高温性能和空间结构的整体抗火性能等。随后,指出了大空间火灾与一般室内火灾的不同,并对比了各种大空间火灾温度场确定方法的优缺点;总结了有关钢结构构件在火灾下温升的确定方法,并强调了火焰辐射在大空间火灾下的重要影响;阐述了有关大空间结构整体抗火性能的研究;介绍了性能化抗火设计思想及其优越性。最后,总结了有待解决的关键问题和需进一步开展的工作。     

杭州过江隧道火灾时人员安全疏散研究

以杭州过江隧道为研究对象,分析了隧道火灾时人员安全疏散准则及影响因素,介绍了隧道内人员安全疏散研究的一种思路和方法。设定包含最不利情况的火灾场景,然后对各种火灾场景下的烟气蔓延及人员疏散进行模拟,得到了各种火灾场景下隧道内的可用安全疏散时间ASET曲线和必需安全疏散时间RSET曲线;比较分析这两条曲线,得到了疏散救援通道的设置参数,给隧道消防设计提供了依据。     

超高层建筑组合巨柱抗火性能研究北大核心CSCD

针对一栋超高层建筑,对其中的组合巨柱的抗火性能进行研究并提出了优化的结构防火保护设计措施。采用等效长度的方法确定了巨柱的简化分析模型。基于ISO834标准受火过程,通过比较现有的几种组合柱防火保护计算规范及推荐方法,初步拟定防火保护措施。采用有限元分析软件LS-DYNA,进行了巨柱的截面温度分布分析和三维有限元结构高温性能分析,结果表明,巨柱在拟定的防火保护措施下,具有不小于4.9h的耐火时间,完全能满足规范要求。为了研究结构的实际火灾响应,还建立了包括升温及降温段的20h的自然火灾过程模型,并验算了巨柱在自然火灾过程中的结构响应,结果证明了保护措施的可行性,但同时也表明,巨柱在降温的过程中内部升温更高,容易对结构安全构成威胁。基于ISO834标准升温曲线的结构抗火性能评估,将难以体现巨柱的实际耐火性能。     

用GIS与虚拟现实技术模拟火灾过程 --应用和展望

信息技术的发展已使得用计算机来模拟灾害过程及进行指挥救援成为可能。通过对国内外文献的分析，总结了GIS和虚拟现实技术在当前火灾模拟与控制方面的应用以及二者集成应用于火灾科学研究的可行性，并在此基础上提出了建筑火灾及人员疏散模拟系统的设计框架。该系统可针对现有和新建建筑，研究火灾发展及其可能对结构造成的影响，并进行人员疏散模拟与火灾危险性分析。     

超高层建筑组合巨柱抗火性能研究

针对一栋超高层建筑,对其中的组合巨柱的抗火性能进行研究并提出了优化的结构防火保护设计措施。采用等效长度的方法确定了巨柱的简化分析模型。基于ISO834标准受火过程,通过比较现有的几种组合柱防火保护计算规范及推荐方法,初步拟定防火保护措施。采用有限元分析软件LS-DYNA,进行了巨柱的截面温度分布分析和三维有限元结构高温性能分析,结果表明,巨柱在拟定的防火保护措施下,具有不小于4.9h的耐火时间,完全能满足规范要求。为了研究结构的实际火灾响应,还建立了包括升温及降温段的20h的自然火灾过程模型,并验算了巨柱在自然火灾过程中的结构响应,结果证明了保护措施的可行性,但同时也表明,巨柱在降温的过程中内部升温更高,容易对结构安全构成威胁。基于ISO834标准升温曲线的结构抗火性能评估,将难以体现巨柱的实际耐火性能。     

隧道火灾安全疏散模拟

隧道的消防设计应以保护人员的生命安全为首要目标。为此开发了隧道火灾时的人员疏散计算机模型Tunev,该模型能计算隧道内不同火灾场景下人员疏散所需时间;与计算危险来临时间的火灾数值模拟软件FDS相结合,经两种时间的对比,可判断人员疏散的安全性,并进行疏散过程的动态演示。该模型包含了简单的火灾时人员行为数据库和隧道防火结构参数,通过定性和定量的分析计算,能发现消防设计中的不足,为人员疏散方案提供参考依据。此外,该模型还可作为辅助的消防演习工具。阐述了模型的有关概念,并对雪峰山隧道工程实例进行了疏散模拟,最后简述了Tunev模型的验证和应用。     

公路隧道火灾时人员疏散模拟系统与应用

为了判断隧道火灾时人员疏散的安全性,以Visual Basic 6.0为操作平台,在运用火灾模拟软件FDS(FireDynamic Simulator)对隧道火灾工况动态数值模拟的基础上,结合人员行为反应规律知识库,采用适当的定性和定量分析方法,研发了公路隧道火灾人员疏散模拟系统,对隧道人员疏散进行数值模拟和安全性判断;同时,借助AUTOCAD及FLASH模拟显示疏散过程。对一实际隧道的模拟表明了该系统的正确性。     

某综合楼钢结构抗火安全设计与评估(Ⅱ) --火灾作用下结构的分析及抗火验算

某综合楼为一高层钢结构建筑。试验及对火灾调查表明,由于构件相互作用及荷载传递路径的改变,整体结构中的构件的抗火性能与抗火试验中的简支梁或柱有很大不同。本文采用基于性能化思想的抗火设计方法,对该综合楼进行了整体分析,考虑了构件之间的相互作用,并结合梁产生悬链线效应后的特点,确定出构件的实际受力。据此进行了构件强度及稳定的验算,提高了构件在火灾作用下的安全性。在楼板的抗火设计中,采用较新的科研成果,考虑了薄膜效应的影响,使一部分次梁免于防火保护,降低了防火成本。