超高层建筑火灾烟气在竖向通道中的蔓延规律和控制措施

第1章绪论研究目的和意义随着城市人口的迅速增长，超高层建筑不断增加。超高层建筑中存在电梯井、楼梯井、管道井、电缆井等多种竖向通道，一旦发生火灾，在烟囱效应、活塞效应、热烟浮力以及室外风的共同作用下，这些竖井将会极大地促进火势及烟气的蔓延，从而造成严重的危害。据统计美国、德国对火灾中造成人员伤亡的原因的统计资料表明，由于一氧化碳中毒窒息死亡或被有毒烟气熏死的死者占火灾中死亡总人数的70%-80%，因此，开展对超高层建筑火灾烟气在竖向通道中的蔓延规律和控制措施的研究，以有效减少超高层建筑火灾事故的发生和蔓延，减少生命财产损失。超高层建筑内存在很多不同结构的的竖向通道。一旦发生火灾，烟气进入竖井后，竖井将成为烟气蔓延的主要途径。烟气的迅速蔓延，会危及超高层建筑内其他楼层安全，严重的人员伤亡和财产损失就不可避免。所以，迅速的进行火灾扑救的有效途径可以通过设计合理的通风和防排烟设施，控制火灾烟气在超高层建筑内的肆意蔓延来实现。所以，深入的进行分析竖井结构内的火灾烟气驱动力及烟气运动过程，并掌握火灾烟气驱动力及烟气运动的原理，从而动态的分析超高层建筑不同的竖井结构，为超高层建筑实际防火设计及人员疏散提供理论基础和实践指导依据。因此，本课题所开展的超高层建筑火灾烟气在竖向通道中的蔓延规律和控制措施的研究具有重要的实际意义。研究内容针对竖井实验平台对烟囱效应影响、热烟浮力影响、室外风影响、等情况进行数值模拟，在试验中得结论如下:在烟囱效应的影响下竖井内外温差将逐渐增大，一旦维持竖井内外温差的外界热源不复存在，烟囱效应将急速消退，同时若内外温差相差很小时，正烟囱效应中的气体流动较逆烟囱效应的慢，在烟气扩散前期起主导作用是热烟浮力，当温度继续升高后，温差在竖井内外出现，这时起主导作用的变为烟囱效应;竖井内烟气扩散同时也会受周围风的极大影响，竖井内的烟气扩散的风向影响的次序为:背风面小于侧面，而侧面又小于迎风面。国内外研究动态（一）国外研究动态随着科技进步及用地面积的日趋紧张，超高层建筑在全世界不断涌现，随之而来的超高层建筑防火安全问题得到了全世界的广泛关注，美国、加拿大等国率先进行了这方面的研究。J.Cannon研究了高层建筑竖井内烟气的湍流混合情况；N.R.Marshall等采用5层楼的楼梯井的1/5模型研究了楼梯井内烟气的流动行为，并研究了开放竖井中烟气夹带情况；Benedict,zukoski等对引起烟气运动的热烟浮力作用进行了实验研究；Jo,Jae—Hun等人对高层民用建筑内冬季由烟囱效应引起的压力分布特征及解决方法进行了研究；20世纪80年代中期,加拿大国家研究院开展烟气控制系统的全尺寸实验研究,并出版了《烟气控制系统设计》一书,为工程师进行超高层建筑防火设计提供了一定的理论依据和技术指导；工程师Cooper、Zukoski等人从能量、动量和质量的守恒规律着手，对烟囱效应的特点进行了分析,并建立了流动模型。目前国外尚无完整系统的超高层建筑防火设计规范,也没有对火灾烟气的运动机理开展过完善系统的研究,更没有针对超高层建筑竖井结构进行系统的研究。（二）国内研究动态多年来,国内对于超高层建筑竖井内的烟气流动驱动力及竖井内烟气运动规律方面进行了一些研究,但具体针对超高层建筑火灾烟气在竖向通道中的蔓延规律和控制措施研究的很少。经过十几年的发展,关于超高层建筑火灾烟气的研究,取得了一些基于一定假设条件下的结果。针对竖井内烟气运动规律及控制研究,国内四川消防研究所开展了系列全尺寸实验,对小天井排烟可行性进行了验证；中国科技大学霍然、张靖岩等人在总结前人研究基础上,对烟囱效应产生临界条件、中性面位置预测及利用竖井进行自然排烟等方面进行了系列初步研究；孙建军等人对高层建筑管道井内烟气运动进行了大涡模拟,但是这些研究没有全面针对竖井内烟气运动的诱发力源进行研究。所以,国内在此方面的研究更是处于起步发展阶段,大多研究成果仅停留在定性分析水平上,尤其是很少针对超高层建筑火灾烟气在竖向通道中的蔓延规律和控制措施行深入细致的研究。第2章超高层建筑火灾特点及烟气危害超高层建筑火灾特点超高层建筑具有体形大、功能完备，人流集中等特点，极容易发生火灾，造成人员及财产的损失。当前无论国内还是国外都未针对超高层建筑防火排烟进行深入全面的研究，由此所出现的消防问题只能通过功能化设计得到重视，其执行标准、安全规范不标准不统一，在国内外消防学界争议很大。超高层建筑火灾特点主要体现在以下几个方面：火灾隐患情况复杂超高层建筑结构复杂，它包括：办公室、客房、宴会厅、会议室、多功能厅等五花八门的不同功能区，由于多种可燃物及复杂的火源因素的存在，火灾发生的可能性极大，安全系数低。且大量的电气设备在超高层建筑中被广泛使用，一旦出现短路极易发生重大火灾；另外超高层建筑中大量的复合材料被广泛使用，室内装修的相关材料以及室外的墙体材料在火灾中不但会使火势难以扑救，而且它们燃烧时所产生的各种有毒烟气将严重威胁着人们的生命安全。火灾扩散快人员疏散难排烟道、电缆井、电梯井、污水井，楼梯间等分布在超高层建筑的各个部分，数量众多，位置特殊，通常穿过楼层，其中玻璃幕墙建筑尤为危险，如果竖向缝隙防火处理不当，发生火灾时它们就变成了“烟囱”。另外，建筑物越高，风速越大，火灾蔓延越迅速。可使蔓延可能性很小的火势急剧扩大成灾难。另外，超高层建筑楼层高，都在100m以上，高的达到400-500米，离地面距离远。火灾时人群安全回到地面时间长，安全疏散到地面困难重重。。如果楼梯间设计不合理，烟火窜入后，人员根本无法疏散，往往会造成巨大的伤亡事故。火灾扑救难首先，对于超高层建筑火灾扑救，存在登高困难的问题，而对一般多层建筑来说如果出现火情，消防队员可利用消防云梯车进行扑救，但如果超高层建筑出现火情，则很难实施登高扑救。即便使用100m以上的消防云梯车也难以发挥良好的扑救效果，因为此类消防车操作复杂耗时多，对使用场地也有一定要求。火灾发生时，消防员攀爬困难，会直接影响扑救火灾及人员撤离。其次，平常装备的消防云梯只有53m,如果超高层建筑顶部出现火情，消防队员的外攻将无可能。从内部进攻登高灭火会与被疏散人群相向而行，影响攀登速度，并且会消耗消防队员大部分体力，影响作战。登高时无论内攻还是外攻都存在供水困难这一难题，由于建筑物本身巨大，灭火所需水量也会特别多。即便是串联三辆大功率消防车，以100L/s的流量，喷射高度也只能达到160m，这对超高层建筑的灭火基本不起作用。4）排烟困难发生火灾时，由于存在登高装备、玻璃幕墙、风向风力等因素的限制，很难进行破拆自然排烟。受风力、气压等气候因素的影响，机械排烟系统也很难充分发挥作用。无论是自然排烟还是机械排烟一旦排烟口高度较高，排烟口处的内外压差将发生变化。存在环境风时，排烟口处内外压差将受到风压产生的附加压差影响而发生改变，导致流经排烟口的气体流速和流量也将与无风环境下不同。当排烟口位于背风面时，排烟是顺风的，由于室外风力的吸引作用，风速越高越有利于自然排烟;相反，当排烟口位于迎风面时，排烟是逆风的，由于室外风力的阻挡作用，不利于自然排烟，风速越高越不利，当风速大到一定值时，自然排烟失效，该风速值称为临界失效风速，风速进一步扩大，将出现烟气倒灌现象，同时还有排烟口水平布置于顶部时，风速过大或过小都会对排烟带来不可预知的影响。超高层建筑火灾烟气危害超高层建筑发生火灾时，有毒烟气往往会对人们的生理和心理造成极大地伤害，从而阻碍人们逃生和妨碍灭火行动的进行，加速被困人员窒息或中毒死亡。因此，了解超高层建筑火灾烟气危害有利于提高人们的认识，避免火灾烟气毒害伤亡。超高层建筑火灾烟气有以下危害：（1）烟量大，毒害性强现代化的超高层建筑中可燃装饰、陈设较多，大量的塑料装修、化纤地毯和泡沫塑料等材料被广泛使用，这些可燃物在燃烧时会产生大量的有毒烟气，并消耗大量的氧气。火灾发生时，由于各种装修材料的燃烧和分解烟会产生有毒气体。例如合成高分子装饰材料燃烧、热分解会产生氯化氢、氰化氢、二氧化碳等多种有毒气体。同时燃烧会消耗大量的氧气，在这种环境中，就会造成热的呼吸障碍、痉挛、脸色发青，甚至可怕的窒息死亡，当二氧化碳浓度为10％-20％时，会引起头晕、呼吸困难，神经中枢系统麻痹，失去知觉，甚至导致死亡。火场中会产生高温烟气，它会使人体大量出汗，心率加快，出现疲劳、脱水等症状。（2）烟气扩散速度快火灾时的烟气水平流速为0.3—0.8m/s,垂直流速为3一4m/s。这表明在无阻挡的情况下，对20Om高的建筑，垂直方向不到lmin,烟气可到达顶部。而在超高层建筑中，烟气垂直蔓延速度可达到8m/s,一栋500m左右的超高层建筑，烟气在1一2min内就可以覆盖整栋大楼内部。此外，超高层建筑环境风作用明显，由于相对风速与相对距地面的距离成正比关系，所以越往上风速越大，在风力的作用下，火焰以及烟气沿外墙窗户向上卷曲甚至是跳跃向上加快蔓延。（3） 对人员疏散影响大当烟气弥漫时，烟粒子大大减弱人们对可见光的感应程度，能见度极大降低。人的眼睛、鼻喉因为烟气中某些成分如氯化氢、氨气、二氧化硫等有毒有害气体的刺激作用产生强烈生理反应，使人睁不开眼，视力下降，大大降低了人们辨认疏散路线和寻觅出口的能力，加之超高层建筑内人员多疏散通道相对少，对疏散的影响极大。即使超高层建筑设置避难层也不一定能保证100％安全，因为避难层是被困人员等待救援的临时避难场所，一旦火势扩大蔓延迅或其他原因造成速避难层的避难作用失效就会造成群死群伤事件发生。（4） 恐慌性火灾发生时，当人员发现火情，最初都是在烟雾环境下，此时人的心理由于火灾的出现产生极大的恐惧，慌乱，不知所措。这时经常会出现错误的判断。从而进一步造成疏散时混乱，给组织疏散灭火行动造成很大困难，引发伤亡事故。尤其对于超高层建筑发生火灾时，火势和烟气蔓延迅速加之被困人员从高处疏散至地面距离远，人员拥挤，能见度低会对被疏散人员产生强烈刺激，易造成人员恐慌，影响疏散和扑救。人们在浓烟中易在心理上产生恐惧感，遇烟后易惊慌失措，并严重影响人的判断能力，人们易产生跳楼等反常行为。这种心理上的恐慌会对被困人员以后的正常生活造成极大地影响，例如911事件过去十余年了，一些当年亲身经历过那场灾难的被困者至今都无法摆脱当时死里逃生时的恐慌，仍需进行心理治疗。第3章超高层建筑竖向通道烟气驱动力通过大量的调查、统计我们发现，烟气是火灾中导致人员死亡主要原因，烟气的危害性在前面我们已经有了详细的介绍。主要体现在：毒害性、不可见性、恐慌性等三个方面，特别因烟气而窒息和中毒己成为火灾中致死的首要原因。特别是超高层建筑竖向通道中的烟气，由于烟囱效应、热浮力、室外风等因素的影响，一旦超高层建筑发生火情，烟气通常是多层和普通高层的4-5倍。超高层建筑发生火灾中，烟气的蔓延是一个极其复杂而又不可控的过程，通过研究掌握烟气运动规律将有助于我们队超高层建筑进行安全稳定的防火通道设计。因此开展对烟气驱动力的研究具有十分重要的意义。3.1烟囱效应对火灾烟气蔓延的影响众所周知，烟囱的主要作用是拔火拔烟，排走烟气，改善燃烧条件。在建筑物的竖直通道中，竖井内烟气运动过程是随着火源位置及竖井结构的不同而变化的，主要由于火源位置及顶部、侧向开口打开情况而定。由于自然对流循环不断加强，促使烟气上升流动得效应就是建筑物的烟囱效应。高层建筑的外部温度低于内部温度，因为此时烟从低层上升至高层内的潜力更大。当室内温度高于室外温度时，室内热空气因密度小，它是由高层建筑物内外空气的密度差造成的。火灾时，由于燃烧放出大量热量，室内温度快速升高，建筑物的烟囱效应更加显著，使火灾的蔓延更加迅速。由于温度沿着这些垂直通道自然上升，透过门窗缝隙及各种孔洞从高层部分渗出，加上室外冷空气因密度大，由低层渗入补充，这就形成烟囱效应。烟囱效应随建筑物的内外温度差以及建筑物高度的增加而增加，在火灾发生于较低层时，烟囱效应对竖井和较高层的烟污染的影响尤为显著。因此烟囱效应是高层建筑烟气扩散流动和火灾蔓延扩大的重要机理。烟囱效应是室内外温差形成的热压及室外风压共同作用的结果，而热压值与室内外温差产生的空气密度差及进排风口的高度差成正比，气体顶部的内外压差为：AP二(p-p)gH (3.1)so0s其中： AP:竖井顶部内外压差(Pa)soT，T(K):内外温度00A，P(Kg/m3):对应空气密度0g:重力加速度H:竖井高度(m)上式说明，室内温度越是高于室外温度，建筑物越高，烟囱效应也越显著，。火灾发生时，伴随室内空气温度的快速升高，体积迅速膨胀，烟囱效应越发明显，此时，各种竖井成为火焰烟气的竖直通道，是火灾垂直扩散的重要途径，从而助长火势扩大灾情。有资料显示，烟气在竖向管井内的垂直蔓延速度为3-4m／s，高度：100m的高层建筑，烟火由底层直接窜至顶层只需25s-30s左右。当P二P时形成压力中性面，中性面有关因素为：竖井开口位置、开口大s0小、竖井内外温度，中性面之上任意高度h处的内外压差：AP=(p-p)gh=gPhso 0 s atm热浮力对火灾烟气蔓延的影响如图3.2.1，给出了开缝竖井在不同高度、不同火源功率的情况，竖井内竖向中心线上的热浮力对烟气扩散是如何影响的，其中各温度为各种状况下温度测点达到稳定点的平均值。再通过图3.2.2可知，各状况况下竖井内温度在竖向方向上呈相似的递减，并且高度大约20%以内递减迅速，除此区域外烟气温度递减慢，当火源功率很小时竖井上端大部分区域温度大致保持不变。当竖井高度保持稳定时，一旦火源功率的加强，竖井内各个相对位置的温度全部增高;当火源功率维持不变时，高竖井比低竖井相应位置的烟气温度略低。图3.2.3则为侧向连续开缝喝顶部开口。我们以0.04m“竖井各种高度、各种火源功率情况下，给出竖井内竖向中心线上的温度分布。:w:w血叶"：l£ht2Clv0IforKiaQ山圍U1图3.2.4给出的是侧向开缝竖井在不同竖井高度、不同火源功率状况下，侧向开缝处的压强分布是侧向连续开缝及顶部开口0.04m的“竖井在不同竖井高

度、不同火源功率情形下，侧向连续开缝处压强分布。各压强值为各测点值达到稳定阶段时的平均值。通过分析比对两图我们不难发现，各情况下竖井内均形成了较为明显的烟囱效应。在竖井底部压强分布较为紊乱，由于火源的影响造成此部位的气流非常不稳定。如果竖井高度及开口方式保持不变，火源大小对中性面位置影响较小，当着火源功率的不断增大，竖井中性面略有下降。竖井仅有侧向开缝时，当中性面全部保持在竖井-高度时，把竖井加有顶部开口后，中性面高2度可能上升到超过竖井丄高度。当竖井开口形式、火源功率保持同样时，高竖井2的变大，竖井的中性面相对高度增高。4i-n•r-332IIOOlatHI-UILD■-1沁伽L8b4<JkjifIBbWU■-S4・3唤+—2daiOki,・■3-3104i-n•r-332IIOOlatHI-UILD■-1沁伽L8b4<JkjifIBbWU■-S4・3唤+—2daiOki,・■3-310liuOkv室外风对火灾烟气蔓延的影响风速、室外风向对建筑物内烟气的流动有着特别重要的影响。本章节主要采用数值模拟的方法针对室外风对竖井内烟气运动规律的影响做出相应的研究，通过考虑风向变化、风速变化对竖井内烟气运动规律的影响。风向分类为：迎风面背风面、侧面三个，竖井所处高度改变竖井所处高度来改变风速，竖井外部设置前室，竖直方向分为10个独立单元，高度设定为2个，分别为高度20m和40m,在软件中设定相关参数，其风速由软件随机自定，开放全部竖井开口，其中火源面积为：5.02x10-3m2，10m风速取值为5m/s,忽略烟囱效应的影响，竖井内外温度均设置为28oC。室风影响的火灾场景设置

火灾场景序号风向竖井所处高度Cj1迎风面20Cj2背风面20Cj3侧面20结果显示：高度给定后，建筑受到风的影响的下，忽略烟囱效应和热浮力等驱动力对烟气扩散的影响，只研究外界风向、风速对竖井内的烟气的运动影响，时问取400s，现给出结果如下：（1）当竖井高度为20m时，用竖井内测点处的温度变化曲线对模拟结果进行分析，随着时间变化，竖井内各测点处温度变化和内各测点处温度差变化情况如图.3.3.1TTSirMTEMPI-?TtMP*tEMFlwtnd_tcmp_2c)_wTnfdwa3pd_hC IOC ?00 30Q**indimip20 aTT.W>「耦開』rriiGPvfEMF?rrwri1—4——TEMP"，TEHP&'■宁 TTSirMTEMPI-?TtMP*tEMFlwtnd_tcmp_2c)_wTnfdwa3pd_hC IOC ?00 30Q**indimip20 aTT.W>「耦開』rriiGPvfEMF?rrwri1—4——TEMP"，TEHP&'■宁 TKW^TEW3TMFl2M100 200 300 400Time阎windletup2<J_giu3swuk1eTiinefs)图3.3.1u'InvN筈通过图3.3.1所现实的情况，我们发现，高度一定时．不同风向影响对竖井内烟气的扩散较大，当竖井开口位于背风面和侧面时，最大温度均为140°C上下,

当竖井开口处于背风面时如图.3.3.1a,温度不断上升，且1、2号测点处温度高于其它测点；当竖井开口处于迎风面时，如图3.3.1b所示，竖井内2号-10号测点处始终保持其初始温度值，只有1号测点处温度在模拟过程中略有上升；竖井开口位于侧面时如图3.3.1c所示，竖井内各测点处温度均有一定升高，且各测点温度瞬间波动大。竖井所处高度为20m时竖井内测点处对能见度变化的曲线进行模拟结果分析，发现竖井内各测点处能见度变化规律，各测点处温度于竖井内差变化情况如图3.3.2。vis20Itew^d卑IY1SPS露S(E-i?ll3rt>・・■VI和vis20Itew^d卑IY1SPS露S(E-i?ll3rt>・・■VI和d一V］静-一一•—們誉―X—苗缶VT骅uind^vi£_20_輻：|nd片ani.b1QO 2W 300 400TJmefs}% 1CD ZQQ 300 啦Tlme(s)图3.3.2综合以上，研究得到的结论如下：当风吹向竖井开口时，室外风对竖井内烟气的运动规律影响是最大的，下部气体向竖井外部运动是由于烟气的强大风压的作用。而上部气体向竖井内部聚集，当火源位置在中性面上方时，烟气将直接对人产生危害．而当火源位置在中性面下方时，烟气通过下部开口输出，将有助于降低由火灾所引起的危害。当背风面出现开口时，空气动力阴影区将在：竖井的顶部、侧面处、开口面处出现，负压在该区域形成，并作旋转运动，烟气在外部负压及烟囱效应的共同作用下通过中性面以上开口迅速急剧的向外扩散。当竖井开口的侧向出风时，竖井会对烟气起到封闭的作用，因为外部开口相对封闭，所以着火层产生的烟气主要扩散在竖井内。当竖井所处高度的增加时，风力会显著增大，风力对竖井内烟气扩散速度的影响也随之增大。活塞效应对火灾烟气蔓延的影响

烟气流动往往受活塞效应、温度、楼梯井踏步结构的影响，其中活塞效应是烟气运动的主要驱动力，它可以延长烟气运动距离，改变烟气运动方向，形成旋转上升的特殊运动的形式。我们知道速度矢量场较为清楚的刻画了烟气流动分布，可以看出，使热传递的过程加剧。利用实验测处的楼梯井内温度升曲线稳定段的平均温度随高度的变化作图，我们得出烟气竖向分布规律，并用模拟计算结果进行比较，如图3.4.1所示;通过图中可以发现，烟气温度在一定范围内随高度递减较快，这主要是受各楼梯段阻挡冷却和烟气上升过程中与楼梯井内空气混合冷却的结果，再通过图3.4.2中楼梯井内的温度衰减曲线，用指数函数进行拟合，发现拟合的效果非常好过图形可以看得非常清楚。411j'-6IK)700'Hl 2F=Ci-5m---£=■LOm3-4m・™z=6.7mx=9_(Fin—411j'-6IK)700'Hl 2F=Ci-5m---£=■LOm3-4m・™z=6.7mx=9_(Fin—ElP2i…z=15a7m/IS.Oin—sr=2U.2m"jC"22r5m…z=2^.0mZ5-5nn片 A；I FIg；lowerfloors-..<~"砂巳匚卩牛3 ］遼■屮_一二“ L*HRR二刘0kW(b)HRR=900kW■4d-14-njlQ.ZQ-■CM|JEllll,rr-,s丄iiu-L2i^jdm4iJh MpawrWCrHPttt册nhill■muhtZFt：Hl怖皆事di|KriCWLlildiltU占numcfHa:-aU^e™nftrinilidfrllrif,■A.1kJu■严a却i/萨冲0FJv_X• i*i. ..■..„..，‘・5&0楼梯井中最低温度不在楼梯井的最顶层，而是在中部偏下位置z=11.2m处，这是因为随着火灾的发展，上部积累的热烟气越来越多，且逐渐充满最上部楼层并逐渐向下沉，就在上部楼层形成一个“热团现象”，形成的热压，迟缓了下部烟气向上运动的速度，这样就在楼梯井中部位置附近形成了一个相对低温的区域，这

也说明了在该封闭楼梯井内，楼梯井内温度高于室外温度，但不存在烟囱效应发生。超高层建筑中性面位置预测竖井中中性面和压力分布随温度变化不大，受开口状况影响较大;在底部开口的竖井中，竖井内的压力高于开口处的压力，即高于环境压力。楼梯井在底部开口处的相对压力为O,而在楼梯井内的压差随高度方向增长，其分布符合对数曲线，中性面位于底部开口处。模拟得出的楼梯井内相对压力分布如图3.5.1所示。由于楼梯井内形成了一个封闭结构，楼梯井内压力就仅受烟气温度影响，因此，火灾发展过程的中，温度的升高和烟气的积累导致楼梯井内压力升高，且下部烟气逐渐向上运动积累，压缩上部气体，使得压力升高。_自IHJ1MA-；”>0||・1側应EIRR=IMW・t=3ttk・”iSirndwufikwandiTM：IIMlIDH(a)HRR=5Q0kW(b)HRR=frOOkWr(c)HRR=7fl0kW冃網屜仙11RFRfH咄L：W_自IHJ1MA-；”>0||・1側应EIRR=IMW・t=3ttk・”iSirndwufikwandiTM：IIMlIDH(a)HRR=5Q0kW(b)HRR=frOOkWr(c)HRR=7fl0kW冃網屜仙11RFRfH咄L：Wl-KFt-^iiHiWj-DfKh1NlM.'m广］WJn^-274KimiliLlkn kx^rtlEiLCShticiai■…・.It弊曲］ilk.-，.-1冋.刖In诂.10n-, 49B气*血曲bia-工Suajaidi■…I嗣illume尸135如44b |!E It汕RRR-S&OkW(e)HkR-90fll(W汕RRR-S&OkW(e)HkR-90fll(W的HRJAEW通过改变火源位置研究了火灾时楼梯井内的烟囱效应对楼梯井内烟气温度分布的影响，并探讨了烟囱效应与着火房间燃烧状况的相互作用。烟气在封闭楼梯井内的烟气流动往往受楼梯井踏步与温度的影响，温度反映了浮力驱动力的大小，楼梯井踏步则阻碍了烟气的运动，延伸了烟气的运动距离，使烟气上升过程变为螺旋上升的特殊运动轨迹。烟气分层现象往往会出现在下部楼层的每两层踏步之间，上部楼层的楼梯段的下方会出现较多烟气，烟气从下至上沿着楼梯段而运动，此时下方楼层的踏步区域烟气较少，但是烟气会不断在楼梯井中扩散。随着范围的扩大，烟气渐渐遍布，在上方楼层内，烟气全部遍布楼梯井各区域，此时不会产生分层现象。第4章超高层建筑竖向通道烟气的防控4.1削弱烟囱效应（1）在高层建筑防火设计中，火灾报警系统与自动灭火系统的引入是不可或缺的,通过以上两种系统的装配，对于火灾的发生我们可以做到尽早发现,并且火情发展之初就可以对其进行控制。（2）充分利用自然排烟自然排烟是指：通过自然力作用,利用空气对流原理达到排烟的目的,通常采用外窗和阳台来进行自然排烟。自然排烟不必借助任何外力,结构简单,运行可靠,造价低，投资少。（3）自然排烟受室外风的影响。室外的风向、风速对自然排烟效果有显著的影响。当着火房间在上风侧时,排烟口受正压作用,烟气流出困难。当着火房间在下风侧时,由于排烟口处于负压状态,烟气容易向外部排出,排烟效果显著。随着外部风向和风力强度的不同,排烟口的排烟效果有很大的差异。减少热浮力作用即利用烟囱效应的原理,采用开放竖井进行排烟。但据日本有关资料介绍,竖井排烟的排烟井与送风井需要占用很大的有效空间,给设计带来了一定的困难,在一般情况下,很难被设计人员采用。（1）通过通风空调系统进行排烟利用通风空调系统加压送风可以利用原有的设备,节约投资。对于空调系统排烟可分为向非着火区送风排烟和对着火区排烟。。（2）设置机械加压送风防烟系统其目的是为了在高层建筑发生火灾时,提供不受烟气干扰的疏散路线和避难场所。设置这种系统的部位应视建筑物的具体情况而定,一般有不具备自然排烟条件的防烟楼梯间及其前室。（3）利用排风机进行机械排烟所谓机械排烟,是凭借机械力强制性地将室内烟气排出,即依靠排烟风机产生一定的吸力,将烟气吸入排烟口,经过排烟风道排出室外。。此外,加强防烟知识宣传,根据火灾时人们在异常心理状态下的行动特点,制定相应的避难疏散计划,配备足够的避难器材也是十分重要的。降低室外风的影响室外风向、风速对超高层建筑烟气的流动有显著的影响。由于风向的影响会使建筑物的中性面位置发生变化,正的风压力促使中性面上升,负的风压力使中性面下降。风力越大,中性面位置受到的影响越大。迎风面的墙面要经受向内的压力,而背风面和两侧墙面则有向外的压力,而且迎风面的压力最大。假如在迎风面及中性面以上的空间发生火灾时,并且火势较猛烈时,背风面和中性面之上的楼层及迎风面着火点