模拟研究现代超级火可见典型的地板上飞机在中国高层办公楼

文摘

办公室的发展形式,超级高层办公建筑的空间形态变化的统一高效的办公空间的复杂空间综合办公室,沟通,和经验,也多元化的设计典型地板在办公室区域。然而,从防火角度,共享空间的位置改变了形式的典型层办公室的平面区域,影响火灾和烟雾扩散的路径的人员疏散。因此,平面上的主题基于防火的高层办公大楼之间的关系分析,优化空间设计,是值得讨论的。在收集许多情况下超级高层办公建筑在中国,这项研究分类成六个典型飞机和采用软件PyroSim比较模拟火灾的烟雾蔓延。通过比较不同区域的可见性火灾,本研究分析了办公区域的面积的影响,心房的位置,和飞机的形式在火上可见典型的地板上,提出影响火灾的可见性的关键因素,从而优化的平面设计的典型层超级高楼大厦。研究结果显示,在六个火灾场景,办公区域的面积之间的1136米²和1736米²。高峰时间的能见度下降在1.5出现在场景3。其办公区域是1536米²,能见度下降的持续时间大于1000年代。在其他火灾场景,能见度下降的持续时间小于300年代。通过比较飞机火灾场景的布置特点,本文得出结论,在一个给定的火灾现场,在办公室里建立一个心房区域,扩大心房之间的相邻边的长度和办公区域,并建立一个疏散走廊心房和岩芯管可以大大扩展有效的疏散时间。这可以作为参考超级高层办公建筑的平面设计。

1。介绍

超级高层办公建筑多层优化和发展肩负着重要的使命。结构工程的进步使可能出现高度大小和复杂性的增加,减少成本和碳足迹,和建筑的想象力和经济这些建筑的多功能性1]。随着现代办公模式变得越来越一体化,开放,和聪明,典型的楼层的平面设计,一方面,增加了建筑空间的利用价值。但另一方面,它引起了新的建筑和消防安全问题导致了更大的困难的典型层建筑的消防安全设计(斗牛士et al。2])。

从功能和结构两方面,典型的楼层平面超级高层办公楼,一般而言,大致可以分为两个部位服务部分核心管和service-receiving部分表现为框架。从现有的结构技术的发展趋势和标准层的面积,上限的理想地区一个典型的地板可以解除到4000米²在可预见的未来。在分析和调查到超级高层办公建筑的平面设计图纸近年来,这项研究发现,开放和综合办公室的地板空间模型需要尽可能大的和连续的。最大化的平面区域典型的地板上,探索开放的办公室隔间的两种趋势在现代平面设计这些建筑。对于一个办公空间,更大的支柱间距提供了一个更广泛的观点。作为一个设计原则之后,这种在现代的建筑,pillar-free设计表明,在一个指定的办公空间,所有轴承柱附近的各方幕墙空间创建一个pillar-free空间提供一个更灵活和高效的办公区域。的正确定义为开放式隔间设计火灾被确定为关键的知识差距,必须解决为了实现高层建筑性能目标并提供真正的创新,健全消防安全这些独特的结构(1]。

我们看到了经典的解决方案如何未能管理烟(库克国家建设(美国)(3和坎伯威尔火(英国))4),如何使用最先进的现代建筑消防工程未能包含火灾的传播(央视大楼,中国)5]。分析一些失败和当前的设计实践表明,消防安全代码不再提供隐式安全对现代高层建筑的快速发展的需要和被nonvalidated广泛取代基于性能的设计方法(1,6]。因此,如何最大限度地办公区域典型的地板上和空间利用效率,同时满足技术要求在消防安全是一个典型的地板设计困难(邢et al。7])。

1.1。超级高层办公建筑的火灾荷载

通常,大规模的办公设备、材料、文件和档案放在办公室。这些都是高度易燃物体,因此征收沉重的火灾荷载办公室区域。火灾荷载(问_f)是指所有可燃物体的燃烧热在办公室区域和地区内的空间。它直接火灾风险和消防的难度成正比(姚明et al。8])。单位面积的总火灾荷载是火灾荷载密度(问),它显示了火灾的严重程度。表1展示了统计平均水平的火灾荷载密度在不同功能空间的认可的建筑类型。

火灾的计算分析有效控制烟雾扩散和排放的增长模式。t²模型、MRFC模型和模型鲜果串火灾增长的数学模型(10]。根据大量实验的结果和经验,t²模型是用来描述火灾发展的早期阶段在一个特定的空间。方程(1)是根据NFPA204M (2002): 在哪里问_f是热释放率(嗯)千瓦,然后呢α是火模量增加,千瓦/ s²。

表2显示了t²模型不同的火灾增长系数(α)采用各种建筑设计和不同材料的最大热释放速率和时间。

1.2。烟雾排放超级高楼大厦的办公区域

根据飞机超级高层办公建筑的特性和发展趋势,需求pillar-free,开放空间已经超过最大的消防安全地带的要求标准,这使得它不可能达到消防安全分区根据传统的消防安全设计。更高的办公区域有一个更高的风速,将加速火灾蔓延,典型的地板上,以防火灾。更糟的是,缺乏部门内部横向空间将加快烟雾的蔓延11]。

根据《建筑设计防火规范(gb50016 - 2014),“机械排烟设施应该安装和室内净层高小于6米的网站应该包括烟气控制区域;结构在每个烟控制区域的面积不应超过500米²;和烟气控制区域不应该交叉超出了防火区。烟气控制区域应由结构分离的分区和天花板横梁向下凸起不少于500,或不燃组件的天花板和树冠向下凸起不少于500米。“机械排烟设备的排烟量显示在表中3。

因此,可以得出结论,每个出口的区域(S)得到以下方程: 在S烟排放口的面积,年代1的面积是烟安全区,n是烟雾排放网点的数量。

每个出口的区域(s)是根据体积来计算的心房通过以下方程: 在哪里年代烟排放口的面积,V中庭的体积,n是烟排放网点的数量。

1.3。人群疏散的超级高楼大厦

人群疏散在超级高楼大厦是一个重大的安全问题12]。根据标准(gb50016 - 2014),典型的地板必须提供两个灭火疏散路线,所以那些困在火可以把其他航线的如果是阻塞(王、刘13])。更宽敞的典型的地板,疏散路线不再存在,和路线的选择更模糊,这将影响疏散(罗德里戈和马歇尔(14])。subsafety区可以建立中庭的压力缓解疏散(刘15])。但是,中庭火灾危险的很特别,所以如果subsafety区建立在一个不恰当的方式,它不会减少疏散的压力,甚至会加速的垂直传播吸烟。

与公司的质量分数和温度相比,可见是一个更有影响力的因素在决定所需的关键时刻火成为危害,和烟雾影响邻近的开放面积约60年代(12]。当火灾发生时,办公室区域能见度可以直接影响行走的速度。刺激状态和无刺激性的状态,行走的速度下降的遮蔽系数增加。刺激状态,行走的速度突然下降。因此,水平截面的可见性(接口)的1.5米的高度看到人群疏散的有效评估标准之一就是关于一个特定区域疏散的符合条件。在模拟计算,关键时刻的一个危险的情况T₄能见度下降到10米(16]。

2。材料和方法

本研究使用软件PyroSim模拟火灾的烟雾蔓延(17]。仿真过程包括以下步骤:(1)建立几何模型;(2)建立火灾场景,包括位置和负载的燃烧源,模拟范围和边界条件,不同类型的可燃材料,消防设备的性能,持续时间和模拟精度;和(3)进行模拟计算通过FDS / smokeview后处理的结果(18]。在这个过程中,通过构建模型,仿真结果可以表明火灾烟雾的可见性的分布曲线模型(19]。

2.1。建立抽象模型

经过调查和分析现有的超级高层办公建筑在中国,本研究的研究对象局限于那些高度至少150,标准层平面的不到3000米²和一个tube-in-tube结构。进行对比仿真实验,飞机的原型的典型层办公大楼。飞机45 m×45 m广场平面,面积2475米²。在平面的中心是一个17米×17米岩芯管。岩芯管外的空间是一个集成的办公面积2186 m²身高4.2米,他的故事和净高度2.9米。

在大多数超级高层办公楼设计,中庭是主要的平面设计的空间元素。心房的位置和形式的主要因素导致不同典型的地板上飞机。因此,通过合并心房到飞机原型机,它可以变形和派生。将中庭的方法和逻辑两个方面值得讨论:(1)在火灾隐患,中庭的影响区域办公区域的可见性;(2)在火灾隐患的影响中庭空间在办公室地板上平面的位置办公空间的可视性。应对上述问题,(3)的面积逐渐增加心房在飞机原型,导数平面,如图所示1。(4)通过改变心房的位置在飞机原型,导数平面,如图所示2。最后,六个标准层平面(飞机飞机F)得出的结论作为典型的地板和飞机在这个研究。

在上面的六个典型的飞机,除了核心管,所有领域的飞机是办公区域,这是分布式的方式类似于字符形状”回。“它为办公室利用率最高的效率和稳定的结构。然而,由于过度空间连续性,水平烟雾扩散率相当高。没有中庭空间包含办公室区域的过度的深度,所以排烟效率很低,难以进行人群疏散。在平面平面B / C, D, E和飞机楼中庭空间比例增加时,办公室区域面积减少,以及排烟效率增加。然而,当办公室区域的面积变得越来越小,烟下沉的时间下跌,这可能负面影响能见度。此外,较小的办公区域减少了服务效率和建筑物的结构稳定性。飞机飞机B / C和E / F是相同的标准层平面中庭区域。中庭位置的两架飞机,分别在单面面积和“回”字型的角落区域办公室区域。它大大改善了办公区域的平面形态和影响路线的烟雾蔓延。平面特性的对比和分析的六个典型地板如表所示4。

比较模拟体验,一块虚拟土地被选为一个超级高层建筑与45 m×45 m基地。六个典型飞机建模根据相同的规则,和他们的飞机最初设计根据现有标准,以确保所有的六个建筑物被一个超级高层办公大楼294米高。此外,没有在模型中庭,有42米高的中庭每十层模型B f .比较模型图所示3,亮粉红色表示范围的模拟和深红色代表地板上用火。仿真的几何模型如图范围4。

2.2。火灾场景设计

根据标准,建立了几何模型基于假设比较仿真方案,和火灾场景设计。在所有六个火灾场景,t²火的来源被认为是火,热释放率为媒介。

确保人们的典型层超级高层办公建筑可以在两个不同的方向撤离,飞机在几何模型优化设计:创建一个2-meter-wide走廊毗邻的核心管两个办公区域分隔的心房飞机配备了一个中庭,所以办公室区域总是环绕核心管。整个典型的地板是一个集成的办公空间,配备有火的办公区没有盾牌。然而,火盾是用来区分心房和办公区域,和心房成立作为一个单独的消防安全地带。足够数量的烟安全地带建立了所有的六个场景。最大的烟安全区是434米²500,小于最大²指定的标准。所有antismoke板的高度是0.6米,高0.5米的最大中指定的标准。

至于消防设施的布局,所有自动洒水装置的感应温度为68°C,和烟雾排放的风速5 m / s,网点会停止工作,如果温度达到280°C。至少两排烟出口安装在每个安全区在办公室抽烟区,和之间的距离短于60米。烟排放口的规范确定的面积根据烟安全地带。根据前面提到的标准要求和公式,十0.6米×0.9米安装。较低的部分在办公室区域配备五空气供应,和5米/秒风速。此外,空气供应数量满足最小值(不少于50%的排烟量)按国家标准。中庭,中庭作为一个单独的消防安全工作区域。在中庭的高度超过12米,采用机械排烟。所有的烟雾排放渠道都安装在顶部的心房和双方每个结构的地板上。烟盾牌被安装在心房和办公区域和将关闭30年代后烟雾警报响起。与网分享同样大小的一个洞是用来模拟裂纹。 A controlling device was installed on the curtain wall closest to the burner. If the temperature reached 500°C (flash burning), the window would be broken (vanish). Horizontal slices were installed 1.5 m above the ground to collect data of visibility [20.]。

地板计划和消防设施的几何模型如图所示5。每个火灾现场的参数如表所示5。

3所示。结果与讨论

多个片安装测量。洞共享相同的大小与网状细胞均匀分布在模型来模拟一个普通幕墙之间的裂缝和楼板,模拟真实的场景。六个模型进行了比较实验。在火灾烟气控制的基本逻辑是如下。模型中一个F,燃烧器燃烧从第二0开始,第一个喷头在不同的时间开始,嗯曲线保持不变;这时,火继续燃烧但停止传播(为特定的数据,见图6)。第一个烟雾报警器启动后,排气系统被启动,烟罩是30秒后关闭。在模型B, F,热电偶放在旁边的窗口最接近燃烧器和玻璃中庭花园。控制设备安装,当温度达到500°C (flash燃烧),窗口将被打破(消失了)。没有一个模型B, F达到500°C。

3.1。可视化仿真的结果

部分在不同时间点的水平面离地面1.5米(平均实际高度)被观察的变化可见性图表,为了获得六个火灾场景模拟的结果(表6)。

可视化仿真的结果显示能见度的变化在相同的火灾条件下典型的飞机。①在火灾现场1中,没有心房,办公区包围了岩芯管。在火灾,火灾的消防安全区域的可见性来源减少到低于10 m火开始后的120年代。然后,烟雾蔓延到双方在同一时间,两个相邻防火安全区域的可见性开始下降,然后去不到10 m火开始后的174年代。230年代当烟雾蔓延,整个办公区的能见度不到十米。②在火灾现场2中,典型的地板上有一个心房。中庭是位于飞机的一个角落里,核心管还是办公室区域包围。火灾,火灾的消防安全区域的可见性源拒绝不到10 m火开始后的96年代。然后,烟雾蔓延到双方在同一时间。两个开口的大小火区域和两个相邻区域之间是不同的,有一个明显的不对称分布的能见度的降低率:与更大的开放区域的可见性显著降低,而与小打开缓慢下降。 When the smoke spread for 255 s, the visibility of the whole office area was less than 10 m. ③ In Fire Scene 3, there was an atrium on the typical floor. The atrium covered one-fourth of the circumference of the core tube, and the office area covered three-fourths of the circumference. In a fire, the visibility in the fire safety zone of the fire source was reduced to less than 10 m 78 s after the fire started. Then, smoke spread to both sides at the same time. As the size of two openings between the fire area and the two adjacent areas was different, there was a noticeable asymmetric distribution of the reduction rates of visibility: the visibility of the area with the larger opening was reduced significantly, while that with the smaller opening dropped slower; besides, a visual corridor with high visibility was formed between the atrium and the core tube. The visibility of the whole office zone was below 10 m 1000 s after the fire started. ④ Fire Scene 4 had a similar process of visibility reduction with Fire Scene 3. The atrium still covered one-fourth of the circumference of the core tube. But, as the atrium area was larger and the office area was smaller in Fire Scene 4 than Fire Scene 3, it took a shorter time (260 s) for the visibility of Fire Scene 4 to drop to less than 10 m. ⑤ In Fire Scene 5, the atrium on the typical floor continued to become larger, and the office area continued to shrink to 1,136 m²办公室,中庭和覆盖面积一半的芯管的周长,分别。在火灾,火灾的消防安全区域的可见性来源减少到小于10 m火开始后的85年代。两个开口的大小火区域和两个相邻区域之间是不同的,有一个明显的不对称分布的能见度的降低率:与更大的开放区域的可见性显著降低,而小的开口,随着下降慢;此外,具有高可视性的视觉走廊形成心房和核心之间的管。230年代当烟雾蔓延,整个办公区的能见度不到十米。⑥火灾现场6共享同一地区办公室的区域(1136米²5)与火灾现场。中庭形状的“-”,覆盖核心管的周长的四分之一。在火灾,火灾的消防安全区域的可见性来源减少到小于10 m火开始后的85年代。两个开口的大小火区域和两个相邻区域之间是不同的,有一个明显的不对称分布的能见度的降低率:与更大的开放区域的可见性显著降低,而小的开口,随着下降慢;此外,具有高可视性的视觉走廊形成心房和核心之间的管。232年代当烟雾蔓延,整个办公区的能见度不到十米。

3.2。可见性的比较分析

3.2.1之上。整体能见度比较分析

当标准层的面积和地板的高度保持不变,办公室的面积(体积)区逐渐成为小的单层面积增加心房从火灾现场1到火灾现场6,但时间能见度降至1.5由于烟雾的蔓延并没有显示任何的迹象变得更短。能见度下降的持续时间达到了一个峰值在火灾现场3。换句话说,当办公室的面积是1536米²和心房成立核心管的一侧,能见度下降的持续时间是最长的。在其他情况下,办公室的面积(体积)区,中庭的面积,心房的位置都有影响的持续时间的整体能见度降低办公区域。因此,比较研究六个模型在两种情况下“当办公室的面积(体积)区是不同的”和“当办公室的面积(体积)区是一样的但心房的位置是不同的”。

(1)当办公室的面积(体积)区是不同的但心房的位置是相同的。在比较火的场景中1、2和4,办公室面积模型,B和D逐渐减少的宽容200米²,烟雾的扩散率呈现逐渐增加趋势(VA > VB > VD)。但是,有一个很大的影响办公室的平面区域的三个模型,有一些区别在烟雾传播路径。根据办公室的抽象的平面区域(表7),双方在模型传播吸烟以对称方式,所以它的烟雾扩散路径被算作“2 l。“烟雾扩散路径模型B和D是一个单向路径算作“4 l。“之间的关系三个烟传播路径的三种模式是“LA <磅= LC。“根据仿真结果,能见度降低的总持续时间三个火灾场景几乎是一样的。这表明心房的建立减少了办公区域的面积,但这改善了烟雾扩散路径,单向烟雾传播路径对整体能见度影响更大的面积比(体积)的办公区域。(2)当办公室区域的面积(体积)是一样的但心房的位置是不同的。在火灾现场2和火灾现场3之间的比较,办公室面积(体积)和烟雾扩散模型B和C是相同的。根据办公室的抽象的平面区域(表7),B的烟雾扩散路径模型“4 l”和模型C是“5 l。“可见性的仿真结果表明,持续时间减少火灾现场3非常多,在火灾现场2。在火灾现场5和火灾现场6之间的比较,办公室面积(体积)和烟雾扩散的速度模型E和F是相同的。根据办公室的抽象的平面区域(表7),E的烟雾扩散路径模型“4 l”和“3 l F模型。“仿真结果表明,能见度下降的持续时间长于在火灾现场火灾现场5 6。很明显,烟雾扩散路径有更大影响的整体能见度办公室比烟扩散率。换句话说,心房的位置有影响整体能见度下降的持续时间比办公室的面积(体积)区。

3.2.2。走廊的可见性比较

根据标准,一个疏散出口设置的一侧办公区附近心房,确保每个消防安全区域配备两个疏散出口,且出口必须尽可能接近核心管。因此,疏散走廊心房之间的不同长度,该管的核心是建立根据不同的地板上飞机。没有在模型中庭,没有疏散走廊。B模型,建立了心房的一角平面,所以一个l型走廊(表示为“我”)成立心房和核心之间的管。在模型C,一条走廊的长度之间的“L”成立心房和核心管。走廊的两端与两个消防安全区域。在模型D,一条走廊的长度之间的“L”成立心房和核心管。走廊的一端与消防安全区域,而另一端与l型消防安全的角落区域。模式E,走廊的长度与“2 l”之间形成心房和核心管。走廊的两端与两个消防安全区域。 In Model F, a corridor with the length of “L” was formed between the atrium and the core tube. One end of the corridor was connected with the fire safety zone, and the other end was linked with the L-shaped corner of the fire safety zone. Table8显示不同的疏散通道的长度和结束以及走廊能见度下降的持续时间。

在火灾现场的比较2和火灾场景4,没有在火灾现场疏散走廊2,和两个消防安全地带连接只在角落里。在火灾现场4中,有一个疏散走廊长度的“L”和一个角落是一个结束。结果显示,能见度在走廊的一端开始下降几乎在同一时间在两个火灾场景,但能见度降低火灾现场的持续时间4明显长于在火灾现场2。在比较火灾场景3、4、6,没有角落设置在走廊的两端在火灾现场走廊长度在所有三个火灾场景“L。“但是,有烟雾排放渠道在火灾现场3中,一个角落被设定在一个走廊的尽头,在火灾现场4中,还有角落走廊的两端在火灾现场5。结果显示,在能见度下降的持续时间有显著差异的三个火灾场景,和该地区一个角落有效延长能见度下降的持续时间结束的走廊,走廊。相比之下,一个角落里,一个烟排放口在走廊里更有效地减缓能见度降低利率和储蓄更有效的疏散时间在走廊里的人。

4所示。结论

(1)心房的位置有一个典型的地板上直接影响能见度的持续时间减少。办公室的面积(体积)区是一个影响因素在火灾烟雾扩散率。但是,当办公室区域的面积相同或几乎相同,可见性的持续时间减少面积,更大程度上受烟雾传播路径的影响。平面图中一个典型的地板上,改变心房的位置或飞机将有效地改变传播路径在办公室抽烟区。如果飞机典型区域的地板上是相同的,更加多样化和持续的烟雾扩散路径会延长的总体时间能见度降低典型的地板上,从而方便人们撤离。鉴于超级高层办公建筑的结构,一个典型的楼中庭往往采取对称形式。火,烟雾传播路径是一样的疏散路径,和火会蔓延向两端的消防安全区域火灾发生的地方。这将阻碍疏散。一个中庭可以改变烟雾扩散路径,确保疏散路径不同于烟雾扩散路径,这将促进疏散。长边共享中庭和办公区将延长烟雾扩散路径和扩大能见度的持续时间减少,这将延长疏散时间。总之,建立一个心房的典型层超级高层办公楼和延长边缘的共享中庭和办公区将有效地延长在火灾疏散时间。(2)建立疏散走廊核心管会阻碍能见度的持续时间减少。建立一个疏散走廊可以有效地阻止烟雾蔓延,改变整个办公区的烟雾扩散路径,有效地分离疏散路径从烟雾传播路径。更长的疏散走廊将延长能见度减少疏散时间走廊从而促进疏散。疏散走廊的两端设置角可以有效地减缓两端能见度降低,内部疏散走廊。但是,疏散路径的一个角落会阻碍疏散,疏散走廊的设计原则。因此,不推荐。建议烟雾排放渠道应该安装在疏散走廊。

数据可用性

所有的数据用于支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

本研究支持的优化设计为垂直穿透空间基于性能的高层消防:一个案例的商路起大湾区(51908357),中国国家国家科学基金会(2020.01 - -2022.12),并通过空间优化设计研究垂直超级高层建筑基于Pyrosim软件仿真(000002110332),深圳大学(2019.09 - -2022.09)。

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