Автореферат (1172935), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Данныйалгоритм позволяет расчетным способом спрогнозировать распространениепожара по светопрозрачным конструкциям фасада и выбрать необходимыеспособы ограничения распространения пожара.Предлагаемая модель подразумевает решение задачи в соответствии салгоритмом, представленным в виде блок-схемы на рисунке 3.Шаг 1 – формирование исходных данных для расчета температурногорежима пожара;задача 2 – определение параметров максимальной стадии развития пожара;задача 3 – определение характера распределения температурных полей пофасаду над этажом пожара;задача 4 – определение условия (критерия) пожароустойчивостисветопрозрачных конструкций на вышележащем этаже.Определение параметров на первых двух этапах алгоритма выполняется поизвестным теоретическим моделям развития пожара (зональный или полевойметод), также допускается применение упрощенных эмпирическихзависимостей, известных из теории горения.
На третьем и четвертом этапахнеобходимы знания о характере распределения температурных полей вдольплоскости фасада здания и факторах оказывающих на них влияние. При этом12важным является знание критериев разрушения стеклопакета, как длявнутреннего пожара, так и для пожара, воздействующего с наружной стороныздания.Устойчивость светопрозрачной конструкцииИсходные данные: параметрыпомещения и горючей нагрузкиуд ≤ кр → ПРН если уд ≥ кр → ПРВ(пожар, регулируемый нагрузкой или вентиляцией)Определяется максимальная температурав помещении очага пожараОпределяются параметры пламени снаружи здания – высота hп,температура tп в области светопрозрачного заполненияСветопрозрачныеконструкции фасадасоответствуют условиюустойчивостиОпределяется условие устойчивостисветопрозрачных конструкцийСветопрозрачные конструкции фасадане соответствуют критериямустойчивостиВыбор способов защиты фасадаРисунок 3 – Блок схема алгоритма определения устойчивости при пожаресветопрозрачной фасадной конструкцииСогласно предлагаемого алгоритма, параметры развития пожара впомещении определяются исходя из характера размещения горючей нагрузки ипроёмности помещения (ПРН или ПРВ).
Затем определяется среднеобъемнаятемпература в помещении очага пожара.Для определения степени влияния пожара на фасад здания определяетсямаксимальное значение среднеобъемной температуры пламени на выходе изгорящего помещения. Согласно принятому допущению считается, чтосветопрозрачное заполнение на уровне этажа пожара разрушено и пожарвыходит наружу, воздействуя на фасад здания с внешней стороны.В общем виде устойчивость светопрозрачного фасада здания при пожарепредставлена в виде равенства:13П Кп(1)гдеУп–устойчивостьсветопрозрачногофасадазданияприпожаре;Q – характеристика, горючей нагрузки рассматриваемого здания; П – параметрысветопрозрачной конструкции; К – критерии разрушения стеклопакетов конструкции фасада.Высота пламени и температура вдоль плоскости фасада может бытьопределена следующими эмпирическими зависимостями:(2)(3)(4)где a – высота оконного проема, м.; b – ширина оконного проема, м; Th – температура навысоте z; T0 – температура окружающей среды; Tоп – температура в оконном проеме;h – расстояние вдоль оси пламени, м; υm – массовая скорость выгорания, кг/с.В случае если высота пламени, выходящего из окна, такова, чтовоздействует на светопрозрачное заполнение вышележащего этажа, при этомтемпература в зоне воздействия на стеклопакет превышает критическиезначения критериев его разрушения, необходимо предусматривать средстваограничения распространения пожара по фасаду здания.
Эффективностьпредлагаемых средств и способов ограничения распространения пожараподтверждается повторным расчетом, либо в условиях огневых испытаний.Применение зависимостей (2), (3) и (4) ограничено для высотных зданий всвязи с тем, что они не учитывают влияния конвективного вертикальнонаправленного потока, присущего для высотных зданий. Конвективный потококазывает влияние на распределение температурных полей от пожара,вышедшего из окна горящего помещения.При определении характера распределения температурных полей пожара,выходящего из окна горящего помещения высотного здания, следует учитыватьследующую функцию:,(5)где Th – температура вдоль плоскости фасада на высоте h, °С; h – высота, м; S – площадьпроема для выхода пламени, м2; Кh – коэффициент распределения температуры по высотефасада.На сегодняшний день отсутствуют исследования, направленные наизучение характера распределения температурных полей пожара, выходящегона фасад высотного здания.
Получение объективных данных о характерераспределения температурных полей вдоль плоскости фасада возможно тольков результате подготовки и проведения натурного огневого эксперимента,позволяющего установить влияние ветра на высоту пламени.14В ходе анализа критериев разрушения светопрозрачных конструкцийустановлено, что на разрушение стекла при пожаре главным образом оказываетвлияние динамика нагрева стекла.
А общепринятым критерием разрушениялистового стекла, установленным в результате экспериментов, в ходе которыхреализован «стандартный» температурный режим пожара, принято достижениена необогреваемой стороне стекла температуры 110 °С. Критерии оценкиустойчивости светопрозрачных конструкций и стеклопакетов от воздействияпожаров с наружной стороны зданий в научных источниках отсутствуют. Дляполучения данных значений требуется проведение дальнейших исследований.В главе 3 представлена методика проведения и результаты натурногоогневого испытания, цели и задачи которого заключались в следующем:1) определить максимальный режим температурного воздействия на фасадздания при пожаре в жилом высотном здании;2) установить характер распределения температурных полей по высотефасада над этажом пожара;3) определить скорость прогрева стеклопакета и критический режимтемпературного воздействия пожара, при котором происходит разрушениестеклопакета и потеря его целостности;4) определить влияние площади оконного проема на размер пламени ивысоту температурных полей, формируемых вдоль плоскости фасада;3) определить влияние ветровых (конвективных) потоков, направленныхвдоль фасада здания на размеры температурных полей, формируемых вдольплоскости фасада.В качестве объекта испытаний принята навесная светопрозрачная стена сглухим междуэтажным поясом высотой 1,2 м и светопрозрачным заполнениемстеклопакетами из листового стекла (формула стеклопакета 6+12+4+12+6)(Рисунок 4).
Испытуемый фрагмент выполнен в виде трехэтажного фасадавысотой 9,125 м, шириной 3,2 м.Рисунок 4 – Общий вид навесной светопрозрачной стенысо схемой размещения термопар на фасаде здания15Температурный режим пожара в помещении площадью 33 м2обеспечивался горючей нагрузкой, плотность размещения которой составляла50 кг/м2. В качестве горючей нагрузки использовалась древесина хвойныхпород влажностью от 10 до 12 %. Характер размещения горючей нагрузкисоответствовал условиям наиболее распространенной расстановки мебели вжилых помещениях.Для реализации условий, характерных для высотных зданий, создавалсявертикально направленный поток воздуха, скорость которого измерялась науровне центра оконного заполнения этажа пожара и составляла 3 м/с. Для этогоиспользовались вентиляторы, размещаемые в нижней части фасада, испециальные лотки, направляющие воздушный поток вдоль фасада по всей егоширине.Данные о характере развития пожара и распределения температурных полейпо фасаду здания с наружной стороны были получены с помощью термопар ианемометров, расставленных в соответствии с разработанной специальнойпрограммой и методикой проведения эксперимента (Рисунок 4).
Дополнительноосуществлялась тепловизионная съемка, а также фото- и видеофиксация внутрипомещения очага пожара и с наружной стороны здания.Проведенное испытание позволило установить существенные различия вхарактере поведения светопрозрачных конструкций в условиях внутреннего ивнешнего теплового воздействия. В отличие от внутреннего, пожар, вышедшийнаружу, имеет высокий импульс воздействия на фасад здания. Температура итепловой поток уже на выходе имеют критические для светопрозрачныхконструкций значения, что приводит к динамичному нагреву стеклопакетов, ихразрушению и переходу пламени на вышележащие этажи.Установлено, что высота пламени пожара в ходе эксперимента составила 3м (рисунок 5), в отдельные непродолжительные моменты выброс пламенидостигал 5 м.3м3м1,6 м3 мРисунок 5– Характерные размеры пламени при выходе из проема 3×1,6 м16По результатам измерений температурных полей, формируемых снаружной стороны вдоль плоскости фасада здания, установлено, чтотемпература в районе оконного заполнения второго этажа изменяется от 550 до650 °С (рисунок 6).Разрушение стеклопакета размером 1551×1676 мм, выполненного излистового стекла по формуле 6+12+4+12+6, при внутреннем пожаре наступилопри достижении среднеобъемной температуры равной 830 °С.4,54,03,5высота, м5,03,02,52,01,51,00,5температура, 0С0,00200400600800Рисунок 6 – Распределение температуры вдоль плоскости фасадапри выходе пламени наружу в период максимального развития пожараПотеря устойчивости светопрозрачного заполнения над этажом пожаранаступила через 5 минут воздействия пламени.
Критическим режимом нагревастеклопакета является режим, выраженный зависимостью (6), обеспечивающийнарастание температуры в зоне воздействия на стеклопакет до 650 °С в течение5 минут (рисунок 7):T = 237,5 –20,92+ Тн(6)800700600500400Температура, °Сгде T – температура в области оконного заполнения, °С; τ – время, мин.; Тн – начальнаятемпература окружающей среды, °С.300200100время, мин.002468Рисунок 7 – Критическая зависимость роста температурыв зоне воздействия на светопрозрачную конструкцию172,01,81,61,41,2коэффициентПо результатам проведенного исследования установлена зависимостьтемпературы Th на высоте h вдоль плоскости фасада здания от среднеобъемнойтемпературы пожара. На рисунке 8 представлена аппроксимация полученныхтемпературных полей в зависимости от высоты и коэффициента корреляциисреднеобъемной температуры в помещении очага пожара и температуры вдольплоскости фасада.1,00,80,60,40,2высота, м0,00,01,02,03,04,05,0Рисунок 8 – Коэффициент распределения температурного потока по высотеПолучена зависимость коэффициента распределения температурногопотока К по высоте здания с достоверностью аппроксимации R² = 0,93 (7).Данная зависимость справедлива для распределения температуры на высотах от0 до 5 м.Кh = 0,12h + 1,3,(7)где h – высота по плоскости фасада относительно верхнего среза оконного проема, м.Зная среднеобъемную температуру внутри помещения очага пожара вжилом высотном здании можно установить температурное поле, формируемоевыходящим пламенем вдоль плоскости фасада, по формуле:(8)где Th – температура вдоль плоскости фасада на высоте h, °С, Tср – среднеобъемнаятемпература внутри помещения очага пожара, °С.Анализ результатов испытания позволил установить, что величинатемпературных полей зависит от площади проема, через который пламя пожаравыходит на фасад здания.Для практического применения результатовиспытаний представим их в виде изотерм (рисунок 9), наглядно показывающиехарактер распределения температурных полей вдоль плоскости фасада приразличных проемах для выхода пламени.18а)б)в)Рисунок 9 – Поля температур вдоль плоскости фасада здания при различных площадяхразрушения оконного проема на этаже пожара: а) 0,5 м2; б) 1,8 м2; в) 5,1 м2Полученные результаты измерений температуры прогрева стеклопакетапри внешнем пожаре представлены на рисунке 10.температура стекла , 0С20018016014012010080604020температура среды , 0С00200400600800Рисунок 10 – Зависимость температуры стеклаот температуры среды вдоль плоскости фасада19Установлено, что температура на поверхности стеклопакета вмаксимальный момент развития пожара в 3,5 раза меньше температуры среды.По результатам сравнительного расчета экспериментальных данных иданных температуры наружного пожара на различной высоте, определяемой поформуле (8), установлена удовлетворительная сходимость результатов (более85 %).Как показало проведенное натурное огневое испытание, междуэтажныйпояс высотой 1,2 м не способен предотвратить распространение пожара посветопрозрачным фасадам высотных зданий.
Это обстоятельство требует поискновых дополнительных мероприятий, направленных на ограничениераспространения пожара по фасаду высотного жилого здания.В главе 4 предложен новый способ ограничения распространения пожарапо фасаду здания, основанный на снижении площади оконного проемагорящего помещения. Также представлена методика проведения и результатынатурного огневого испытания, цель которого заключалась в оценкеэффективности предлагаемого способа ограничения распространения пожарапо светопрозрачному фасаду здания.Испытанию подвергался способ ограничения распространения пожара,основанный на снижении площади оконного проема светопрозрачной фасаднойконструкции.В ходе испытания решались следующие задачи:1) определить скорость прогрева стеклопакета и критическую температуру,при которой происходит разрушение листового стекла и потеря целостностистеклопакета в целом;2) определить распределение температурных полей вдоль плоскостифасада при различной площади оконных проемов горящего помещения;3) определить влияние площади оконного проема на пожароустойчивостьсветопрозрачной конструкции фасада.Предлагаемый способ ограничения распространения пожара по фасадуздания направлен на снижение параметров температурных полей,формируемых вдоль плоскости фасада пламенем, выходящим из оконногопроемагорящегопомещения.Реализацияпредлагаемогоспособаосуществляется посредством уменьшения площади оконного проема припомощи защитного экрана из стального оцинкованного листа металлатолщиной 0,7 мм, шириной равной ширине оконного проема, высотой 1 м(далее – защитный экран).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
