■ 辛文江　西藏消防总队日喀则支队萨迦寺大队

为了保证住宅建筑背阴面室内具备良好的采光和通风条件，非封闭式天井正越来越多地应用于住宅工程设计中，但非封闭式天井的设置在当前《建筑设计防火规范》GB50016-2014中并未提出明确要求。在实际使用中，如果非封闭式天井的开口宽度不足或者进深较大时，其形状结构类似于一个三面围挡的烟囱，当火灾发生时，进入天井内的烟气会在烟囱效应的作用下，快速拔升至上部空间，进而蔓延扩散至连廊及住户内，对人员生命安全造成威胁。研究表明，烟气的上升速度与天井的形状结构、尺寸大小、连廊开口面积、起火位置、火源功率以及环境温度、风速等诸多因素相关。2010年11月15日，上海胶州路728号教师公寓在节能改造时因电焊作业引发火灾，并受烟囱效应影响形成大面积立体火灾，共造成58人死亡，71人受伤。大量的火灾案例表明，烟囱效应对于火势发展具有非常大的促进作用，容易形成火灾跳跃式蔓延，大大缩短人员的可用疏散时间。

一、工程概况

本文以某高层住宅单元楼为例，标准层如图1所示，两梯六户，共33层，层高2．9m。单元楼左右两侧设置同样大小的非封闭式天井，结构对称，长4．1m，宽2．1m。非封闭式天井北侧与敞开式外廊相连，左、右侧外廊直接对外开口宽度分别为3．2m和5．4m，外廊底部设置高度为1．0m的槛墙；南侧与住户空中花园相通，东西两侧均与厨房相邻，厨房设有可开启外窗。

图1　住宅标准层平面布置图

二、模型简介

为研究不同连廊外开口尺寸对进入非封闭式天井内的烟气蔓延扩散造成的影响，模拟选取了两组火灾场景。考虑到单元左右两侧天井及周边住户结构相互对称，因此，模型假定火灾均发生在5层住户厨房内，具体参数设置详见表1。模型采用0．3m×0．3m×0．3m的立方体网格进行网格化，尺寸大小满足FDS技术文件要求，模拟时长900s。

表1　场景设置参数

烟气能见度、温度数据监测点分别设置在起火住户及以上各层住户客厅内，距离楼板高度1．6m，热辐射强度数据监测点设置在各楼层天井中心位置处。

三、结果分析

1．烟气上升对各楼层住户的影响性分析

为分析火灾发生后，烟气进入上层住户内对人员及物品可能造成的威胁，模拟分别获取了烟气进入各层客厅的时刻以及到达危险临界的时刻，其中，危险临界时刻取烟气能见度开始低于5m的时间点。以Case01为例，各参数模拟结果如图2、图3所示：

图2　各层客厅烟气进入时刻图

图3　各层客厅烟气温度变化情况

从图2可以看出，火灾发生后，起火层人员的可用疏散时间不足30s；起火层以上楼层烟气进入客厅的时刻，有所滞后，但人员若不能在有限的时间内疏散至安全区域，其生命安全仍然会受到威胁。从烟气进入各楼层的时刻可以看出，9层和10层，烟气进入的时刻相对较早，这是因为烟气刚进入天井时温度较高，烟囱效应明显，其竖直方向的上升速度相较于水平方向的蔓延速度较大，烟气来不及进入起火层邻近的几层住户内，但随着烟气上升，卷吸空气量增加，温度下降，到达9层、10层时，横向蔓延明显扩大，烟气开始穿过窗户进入室内。

从图3可以看出，火灾发展稳定阶段，除起火层外，各楼层客厅内的烟气温度随楼层的增加而下降，且最大不超过50℃，在此温度下，烟气很难会引燃室内物品，不会对住户财产造成损失。

2．不同外廊开敞宽度对天井内烟气蔓延的影响性分析

为研究外廊开敞宽度对进入天井内的烟气上升蔓延的影响，模型分别在左右两侧天井中心位置处设置了热辐射与速度监测点。各楼层监测数据如图4、图5所示：

图4　天井内部热辐射强度变化曲线

图5　天井内部气流速度变化曲线

从图4中可以看出，不同外廊开敞宽度下，天井内部烟气热辐射强度随着楼层的增加而下降，各曲线走势基本一致，起火楼层天井处最大热辐射强度不超过4kw/m2，此强度下难以造成火灾蔓延。通过同一楼层热辐射强度对比可以发现，右侧天井中心处热辐射强度偏小，说明连廊对外开敞宽度越大，越有利于外界空气的补入，天井内热烟气卷吸、混合低温空气越容易。

图5给出了稳定时间段内起火层及以上十五层的天井内气流速度变化情况，从中可以看出，随楼层的升高天井内气流速度逐渐增大，且同等条件下，右侧天井气流速度大于左侧，并随楼层增高速度扩大趋势越明显，这说明天井尺寸相同时，连廊对外开口宽度越大，越有利于外界空气的进入，烟气上升蔓延及混合程度越剧烈。

四、结语

通过对设置非封闭式天井结构的高层住宅建筑火灾模拟发现，烟气会经过天井向上蔓延并横向扩散至上部楼层住户内，且随着时间的推移，进入的烟气量慢慢蓄积，能见度下降可能会对户内人员生命安全造成威胁。研究表明，当非封闭式天井连廊对外开口宽度较大时，热烟气更容易卷吸外界新鲜空气，气流混合程度更剧烈，但天井内热辐射强度相对较小。

结合实际情况，建议住户与天井相邻的厨房、卫生间采用下悬式外开窗，以降低烟气进入量。同时，考虑到火灾发生时人员可能处于睡眠状态，建议高层住宅建筑各层连廊出设置声光警报器，其声响应确保住户内人员在窗户关闭时仍能听清。

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