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              地下建筑排煙模式研究

              現代大型商業建筑正朝著大型化、多功能化、整體化的方向發展,集商業、餐飲、游藝、文化、休閑等功能于一體,形成了業態豐富的建筑綜合體。由于建筑規模龐大,功能復雜,且追求建筑的整體性和商業業態的連續性,現代大型商業建筑特別是大型地上商業建筑面積往往遠超過20000ITI。為了控制大片地下商業連在一起的情形,往往采用防火墻、防火隔間、下沉廣場等進行防火分隔,為了保證商業的整體性和營造空調環境,很多下沉廣場平時封閉,火災時開啟屋頂自然排煙窗排煙,以營造等效于半室外的效果,這種特殊的設計也給建筑整體排煙帶來了新的難題。下沉廣場采用自然排煙,與下沉廣場相鄰的地上半封閉商業街采用機械排煙,由于商業街直接通向下沉廣場,相鄰區域兩種不同排煙系統勢必相互影響,如何有效進行排煙模式設計,優化排煙口位置,提高火災時的排煙效率,營造人員疏散安全環境,需要進行深入論證分析。筆者將針對某具體案例進行分析。

              1建筑概況與問題的提出

              某城市副中心工程為4個大型綜合商業地塊聯合開發,地下共3層,其中一、二層為商業,總面積近17萬m,三層為汽車庫,各地塊之間相互貫通,商業規模大、功能多、人員密度大、正常運營時內部交通流線復雜,而建筑設計則需將緊急事件下人員疏散安全、功能使用便利合理、建筑美觀環保作為基本的設計要求。地下商業共設置了13個下沉廣場,結合防火墻、商業步行街等分隔措施將地下商業分隔為9個面積小于20000Tn的防火區塊。該項目巨大的體量形成了人員密集的地下商業街區,可類比地下商業城的概念。以其中某個下沉廣場地下二層為例,下沉廣場采用屋頂和高位側窗自然排煙,地下二層商業步行街采用機械排煙,與下沉廣場之間擬采用擋煙垂壁進行防煙分隔,剖面如圖i所示。該項目防排煙設計難點:當啟動地下商業街機械排煙時,下沉廣場下部向地下商業街內補風,補風氣流將降低下沉廣場內的自然排煙效果。因此,如何有效地進行二者之間的防煙分隔,優化布置地下商業街內的機械排煙口,減小其對下沉廣場自然排煙效果的影響,以及二者均啟動時,下沉廣場的排煙效果如何,需要論證分析。

              2地下商業街火災排煙模擬及優化

              2.1火災場景設計

              在下沉廣場區域,大部分下沉廣場的最底層或下部幾層在每層都有一定面積的樓板覆蓋區,樓板覆蓋區也作為下沉廣場的一部分,在此稱作“下沉廣場環廊區”。以下沉廣場為例,為了考察環廊區的排煙策略,研究了環廊區設置機械排煙和利用下沉廣場上部自然排煙窗排煙兩種情形下下沉廣場的排煙效果,設置了兩種工況l、2。為了考察地下商業街最近排煙口離地下商業街與下沉廣場之間擋煙垂壁距離對下沉廣場自然排煙的影響,設置了工況3~5,如表1所示。表1下沉廣場環廊區排煙策略研究工況表下沉廣場地下商業街最近排煙口離商業街工況火災規模與下沉廣場之間擋煙環廊區排煙排煙垂壁距離/m下沉廣場相機械排煙,洞口火災時l鄰餐廳火,與環廊區邊緣8MW設有擋煙垂壁不開啟下沉廣場相利用下沉廣場2鄰餐廳火,自然排煙窗排火災時煙,邊緣無擋不開啟8MW煙垂壁利用下沉廣場地下商業街自然排煙窗排火災時310火災,1MW煙,邊緣無擋開啟煙垂壁利用下沉廣場地下商業街自然排煙窗排火災時415火災,1MW煙,邊緣無擋開啟煙垂壁利用下沉廣場地下商業街自然{{}煙窗{{}火災時520火災,1MW煙,邊緣無擋開啟煙垂壁參考上海市《建筑防排煙技術規程》對各種場所火災規模的規定,考慮噴淋失效下的公共場所火災,工況1、2設定火災為t陜速時間增長火,穩定火源功率為8Mw;工況3~5中考慮地下商業街火災,由于該區域僅作為人員交通功能,保守起見,亦考慮該處發生火災,可能的火災形式為座椅、垃圾桶等火災,設定火災為t陜速時間增長火,穩定火源功率為1Mw。筆者采用火災動力學軟件FDS進行火災煙氣仿真模擬,圖2所示為工況1和工況2的建模圖,圖3所示為工況3~5的建模圖。

              2.2商業街與下沉廣場之間擋煙垂壁設置

              圖4和圖5為工況1和工況2下沉廣場豎向截面的火場能見度對比和溫度矢量圖對比??梢钥闯?,下沉廣場環廊有機械排煙(環廊和洞口之間設置擋煙垂壁)和無消防科學與技術2o12年1月第3l卷第1期機械排煙(環廊和洞口之間無擋煙垂壁)時,下沉廣場的自然排煙均能較好地將蔓延到下沉廣場內的煙氣排出;但在工況1下,由于環廊機械排煙形成的強迫氣流對下沉廣場內的自然排煙空氣對流有一定的擾動,導致部分煙氣被“拖曳”下來,減緩了其在下沉廣場內的上升排煙速率,而下沉廣場環廊無排煙時,則能通過下沉廣場的排煙保證下沉廣場下部較長時間的清晰空氣層。綜合對工況1、2的分析,建議下沉廣場環廊區不設置機械排煙,均利用下沉廣場頂部的自然排煙窗排煙,可實現有效排煙。

              2.3地下商業街排煙口與擋煙垂壁距離

              圖6和圖7分別為工況3、4、5過地下商業街和下沉廣場豎向截面的火場能見度對比和溫度矢量圖對比。由圖中可以看出:由于地下商業街內可燃物較少,火災規模較小,在地下商業街的機械排煙作用下,加之在地下商業街與下沉廣場之間設置了2m高的擋煙垂壁,在工況3~5三種情形下,煙氣均能在1200S內被控制在地下商業街內,僅有少量煙氣蔓延到下沉廣場。從圖7可以看出:在地下商業街排煙系統均能較好地控制煙氣的前提下,當最近排煙口離擋煙垂壁的水平距離為10m和l5FO_時,機械排煙形成的強迫對流使得下沉廣場內的空氣流向步行街,影響下沉廣場的排煙效率,對于蔓延到下沉廣場的少量煙氣,不利于其快速排出;而當最近排煙口離擋煙垂壁的水平距離增大至20i71時,地下商業街機械排煙系統對下沉廣場的氣流擾動明顯減小,下沉廣場內的大部分空氣通過上部排煙口形成良好對流,當少量煙氣蔓延到下沉廣場時,也能夠通過頂部排煙窗和高位側窗快速排出。豎向截面的火場溫度矢量圖綜合對工況3、4、5的分析,建議地下商業街內最近排煙口離地下商業街和下沉廣場之間擋煙垂壁的水平距離不小于20ITI,但不應大于規范最遠30m的要求。

              3結論

              針對某超大型地下商業建筑項目,通過火災動力學模擬,論證了下沉廣場環廊區的排煙方案和與下沉廣場相鄰的地下商業街機械排煙口布置方案。結果表明:

              (1)下沉廣場最底層或下部幾層在每層都有一定的“下沉廣場環廊區”,若該環廊區設置機械排煙,則機械排煙形成的強迫氣流對下沉廣場內的自然排煙空氣對流有一定的擾動,導致部分煙氣被“拖曳”下來。因此,建議下沉廣場環廊區均利用下沉廣場頂部的自然排煙窗,可實現有效排煙。

              (2)當地下商業街內最近排煙口離地下商業街與擋煙垂壁的水平距離在2O~30rrl時,地下商業街的機械排煙系統對下沉廣場的氣流擾動明顯減小,下沉廣場內的大部分空氣通過上部排煙

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