高层民用建筑内走道自然排烟

高层民用建筑内走道自然排烟

【摘要】针时《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045-95，2005年版)对高层民用建筑内走道关于自然排烟有关条文的规定，对自然排烟的效果进行了定性和定量的分析，根据分析计算结果提出了一些合理化建议。

【关键词】自然排烟;内走道;热压风压

0.简介

高层民用建筑通常可燃物较多，人员密集，一旦发生火灾，人员疏散和灭火难度较大，火灾产生的大量烟气和热量，如不及时排除，有可能造成群死群伤的重大危害。日本、英国火灾统计资料表明，在火灾中死亡的人员中多数是因吸人烟气中毒窒息死亡的，其比例最高达到78.9%.因此及时有效的排出火灾时产生的烟气和热量，是防排烟设计的主要目的。自然排烟是建筑物排烟的方式之一，《高层民用建筑设计防火规范》第8.2.2对采用自然排烟的内走道的开窗面积作了如下规定：长度不超过60米的内走道可开启外窗面积不应小于走道面积的2%。那么满足规范要求开窗面积的内走道是否能真正起到排烟的效果呢，本文就此问题进行了分析计算。

1.自然排烟的条件

由于利用可开启外窗的自然排烟受自然条件(室外风带、风向，建筑所在地区等)和建筑本身的特点的影响较大，有时使得自然排烟不但达不到排烟的目的，相反由于自然排烟系统反而会助长烟气的扩散给建筑和居住人员带来更大的危害。

从火灾房间内流向走道的烟气，开始附贴在天棚下流动，由于受到冷却和空气混合，烟层逐渐变厚。靠近天棚和墙壁的烟气易被冷却，先沿墙壁下行，随着流动路线的增长及与周围空气混合作用的加剧，烟气温度逐渐下降，其上升的浮力也逐渐减少。当走道长度过长时，由于走道的冷却作用，烟气的热压降低，当热压降低至低于室外风压作用时，就会导致走道尽头的烟气无法排出，排烟窗也就失去了自然排烟的功能。可导致排烟窗根本无法起到排烟作用。因此进行走道自然排烟设计时，应对室内烟气的热压及建筑物所受的风压进行计算，应使烟气热压大于所受到的风压，以使排烟窗真正起到自然排烟的作用，保证人们生命财产的安全。

2.热压作用

火灾时发生的上升气流使烟气在平顶下面形成水平流动，在相对堵闭(建筑内部竖向空气流动忽略不计)的内走道中，由于火灾烟气热压作用影响，走道排烟窗上部向外排烟，下部空气流人，中间余压为零的水平面为中和面。此时烟气具有的热压等于：

Pr =Cr(p空-p烟)g(hz-hr) Pa，(1-1)

式中：p烟一烟气密度，(kg/m3);

p空一室外空气的密度，p空=l.20(kg/m3);

g一重力加速度，g=9.81(m/s2);

hr-距排烟窗底部距离，(m);

Hz -中和面高度，(m)。

Cr-热压系数，与气流从底部流人而从上都流出的流通路程的阻力状况有关。由于气流在排烟窗中的流通路程较短，阻力较小，可忽略不计，即取Cr=l。

在纯热压作用下，中和面高度可近似取窗户高度的1/2。烟气密度可近似按下式计算：

p烟=p O× 273/ty kg/m3(1-2)

式中：p 0-标准状况下烟气密度，p0=1.33(kg/m3);

ty-走道尽头处烟气温度，约为363K。

计算可得p烟=1.00 (kg/m3)。

3.风压作用

室外风压作用与室外风速、风向有极为重要的关系，而室外风速与所处的高度成比例，可用下式表示：

Vh=VO (h/h0)a m,s(1-3)

式中：Vh -高度ll处的风速，m/s;

VO -对应基准高度h0=10处的风速，m/s;

h-计算处高度，m;

a-幂指数，与地面的粗糙度有关，可取a=0.2。

上式可改写为：

Vh=V0(h,10)o.2= 0.631V0110.2m/s (1-4)

室外空气所具有有效风压可表示为：

Pf=Cfp空Vh z/2 Pa (1-5)

式中：Pf-在门窗处产生空气渗透的有效作用压差，简称有效风压，Pa;

p空一室外空气的密度，(kg/m3);

Cf-风压差系数。

当风垂直吹到墙面上，且建筑内部气流流通阻力很小的情况下，风压差系数的最大值可取Cf=0.7。当建筑内部气流流通阻力很大时，风压差系数Cf值降低，约为Cf=0.3 -0.5左右。

将( 1-4)式代入(1-5)得：

Pf=0.2Cfp空V02h0.4 Pa(1-6)

4.自然排烟设计计算

自然排烟的必要条件是烟气的热压应大于室外风压，即：

Cr(p空-p烟)gl(hz-hr)l 》0.2Cf p空V02i0.4

hr 》0.2Cfp空V02ho.4，【Cr(p空-p烟)d+hzm (1-7)

一般高层建筑物内走道宽度为 1.8m左右，东西向布置，设定走道长度为60m，走道两倒窗户规格为1.5×1.8m的推拉窗，实际可开启面积为2.7m2，满足《高规》对可开启外窗面积不小于60×1.8×2%=2.16m2的要求，以杭州市常年风速V0=2.3m/s为例，取迎风面风压系数Cf=0.4，计算结果如下：

热压：Pr =Cr(p空-p烟)g(hz-hr) Pa

=1×(1.2-1.0)×9.8×(1.8-0.9)

=1.76 pa

风压：Pf=0.2Cf p空\[02h0.4 Pa

=0.2×0.4×1.20×2.32h0.4

=0.508:10.4

应使热压》风压，即得：h《22.34m。

由此说明，在常年风速、风向的影响下，其建筑高度超过22.34m以上的迎风面排烟窗将失去自然排烟作用，此时走道的迎风面排烟窗只有进风而无排烟。

5.小结

5.1利用可开启外窗的自然排烟受自然条件(室外风带、风向，建筑所在地区等)和建筑本身的特点的影响较大，当建筑物超过一定高度时，自然排烟不但达不到排烟的目的，反而会助长烟气的扩散给建筑和居住人员带来更大的危害。因此本文认为，高层民用建筑的内走道不宜采用自然排烟，而应采用机械排烟的方式。

5.2设计走道自然排烟时应尽量增加排烟窗数量和可开启面积、缩短排烟窗设置间距，尤其当建筑内走道超过30m时，应在其中间适当部位增设排烟窗。排烟窗应选用侧拉窗或外开窗，增大窗户面积，对一些较重要的走道排烟窗宜设置自动开启装置，排烟窗上端应贴近走道顶棚。

5.3在自然排烟方式上，应尽量合理利用热压和风压的影响，可在走道适当位置设置排烟竖井，制造烟囱效应，可取得较好的排烟效果;设计开窗位置时，应在走道的不同方向设置排烟窗，尤其在常年风向的背风面，必须设置排烟窗。

5.4应加强对自然排烟的试验研究，以便合理利用自然排烟，真正起到排烟的目的。■

【参考文献】

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［２］苑文凯,周波,张一兵.可调节式玻璃百叶的研究与应用[J]. 徐州建筑职业技术学院学报,2010,(04):19-22.

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