木结构吊脚楼火灾轰燃及群火灾蔓延模拟研究

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在悠久的历史长河中留下的木结构建筑群具有较高文化价值,为了对木结构建筑群火灾防治提供理论支撑,本文以文献资料收集和现场调研为支撑,通过数学方法和数值模拟相结合的方式,研究木结构吊脚楼火灾轰燃与群火灾蔓延现象,最后利用案例进行实际验证并进行木结构建筑群火灾危险性分析。为木结构建筑群的火灾防控提供理论支撑,得到如下研究结果:首先将突变理论引入单个木结构建筑受限空间火灾轰燃及相邻木结构建筑火灾蔓延临界值的预测研究中,并利用数值模拟验证,在相邻木结构建筑火灾蔓延临界值研究中还加入了简易实验进行结果支撑。根据结果可认为单个木结构吊脚楼受限空间火灾轰燃属于燕尾突变,燕尾突变理论预测火灾轰燃临界温度为951.5 K,数值模拟计算出临界温度为953.4 K和955.7 K;火灾由已燃建筑蔓延至未燃建筑的过程属于尖点突变,尖点突变理论预测临界温度为892.2 K,数值模拟预测出的临界温度为881.5 K,简易实验结果与这两数值接近。同时也证明了突变理论在木结构吊脚楼建筑火灾临界值预测方面的有效性。其次分析木结构建筑三种不同相对位置下的火灾情况,得出CO浓度和温度在被引燃的木结构建筑内不同位置的变化曲线,并通过数据拟合找到重合面积与蔓延时间的关系式,进一步明确木结构建筑的相对位置对火灾蔓延的影响。研究结果表明:在被引燃的木结构建筑内温度及CO浓度开始监测到数据的时间有差异,随着相对位置的变化火灾在被引燃的木结构建筑内的蔓延有滞后的现象,得到重合面积与整个木结构建筑被引燃所用时间及外墙面全部被引燃所用时间关系式为反比例函数,可有效描述木结构建筑相对位置与火灾蔓延之间的关系。再次基于数值模拟的手段,设计了着火点分别位于中间木结构吊脚楼以及边角木结构吊脚楼中的火灾模型,研究矩形、三角形及圆弧形三种防火分区形状对火灾蔓延的影响。通过分析发现无论是着火点设置在中间的木结构建筑还是设置在边角的木结构建筑中,若将防火分区设置成圆弧形,能够有效遏制火灾蔓延。最后根据前期研究结果建立了木结构建筑群火灾危险性评价指标体系,利用熵值法与突变理论相结合的方式计算建筑群火灾危险性突变隶属度,并且引入数据拟合弥补了传统突变评价具有评价值过高的不足,提高了评价结果的准确性。利用熵值法与突变理论得到的初始计算结果为0.943,经数据拟合后结果为0.613,其危险等级为中度危险,符合国家标准规定。并且根据文中研究内容以及危险性评价结果提出了一系列建议,对木结构古建筑群的保护具有现实意义。
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