火灾荷载代表可燃物燃烧释放的热量,是探索火灾领域的基础数据;外立面开口作为连接室内外的通道,影响着建筑立体火蔓延发展。住宅建筑外立面发生火灾后,会快速蔓延至建筑顶部,并通过开口引燃室内可燃物,扩大火灾规模,对建筑结构稳定性和住户人身安全造成巨大威胁。因此,通过实地调研获取住宅建筑火灾荷载和开口数据,进行统计分析;基于统计数据设置参数,进一步开展实验和数值模拟研究,从而揭示开口影响下住宅建筑立体火蔓延的变化规律和内在机理,具有积极的现实意义。本文主要研究成果包括:（1）针对多城市的住宅建筑火灾荷载和开口的调研数据进行统计分析。结果表明,住宅建筑火灾荷载密度平均值为343.46MJ/m~2,标准差为226.57MJ/m~2,其分布规律服从对数正态分布。住宅建筑开口与左右墙距离的对数值服从Logistic分布;开口面积占比集中在18%～45%,平均值为35.2%,标准差为16.3%;开口面积、开口面积占比和室内开口距离比均服从对数正态分布。（2）通过开展缩尺寸火蔓延实验,研究了不同开口高度（开口面积占比）对XPS保温材料竖向顺流火蔓延的影响。研究发现火蔓延过程分为两个阶段,竖向火蔓延阶段和火焰合并阶段;平均火焰高度和火蔓延速度随开口高度的增加呈现先增大后减小的趋势,当开口高度为30cm时达到最大,揭示了开口促进供氧量和抑制燃料数量的相互竞争机制;建立了开口高度影响下外立面火蔓延速度预测模型,模型预测值与实验值相吻合;随开口高度增大,开口立体火由顶部开口立体火主导逐步转变为侧面开口立体火主导,室内最高温度值和室内火焰蔓延长度呈下降趋势。（3）通过开展缩尺寸火蔓延实验,研究了不同开口高度（开口面积占比）对XPS保温材料竖向逆流火蔓延的影响。结果表明,开口处熔融滴落引起的“跳跃”式火蔓延导致“U”型火焰前锋出现;平均质量损失速率、平均火焰高度、平均火蔓延速度和熔融XPS质量增长速率随开口高度增大呈现减小趋势;得到了火焰高度和热释放速率的无量纲函数关系:Hf/w=9.76（Q*）~1.72;基于传热传质学理论,揭示了开口影响下竖向逆流火蔓延的主导传热方式是辐射传热;随开口高度增大,室内最高温度点从顶层逐渐下移至底层;拟合得出不同开口高度下子火焰的蔓延速度峰值与火焰高度峰值的无量纲函数,明晰了熔融滴落引起的局部火焰加速蔓延特征。（4）通过开展全尺寸住宅建筑立体火蔓延数值模拟,研究了不同开口面积占比（α）对立体火蔓延的影响。首先基于实地调研数据对住宅建筑火灾场景进行了设定,得到火灾增长系数为0.0998k W/s~2,推导出了火灾旺盛期持续时间概率密度分布函数。其次针对典型火灾场景进行数值模拟,结果表明,住宅建筑立体火蔓延发展呈现三个阶段:火灾初期、立体火蔓延和全面轰燃,最大热释放速率随α的增大呈现降低趋势。外立面火蔓延呈现两个阶段:线性增长阶段和加速增长阶段,并拟合出不同工况下各阶段火焰前锋位置与时间的函数关系;外立面平均火蔓延速度、距离外立面0.1m处竖向最大空气流速和最高温度随α增加呈现减小趋势,而横向最大空气流速则呈现增大趋势。对于同一楼层,室内火蔓延速度随α增大而减小,火灾危险来临时间随α增大而增加;对于同一α,室内火蔓延速度和火灾危险来临时间均随楼层增高呈现增大趋势。高温区、高CO浓度区和低能见度区在一定楼层从室内转移至楼梯间;高温区和低能见度区面积在转移楼层发生骤降;对于不同α,在第一层和第二层并未出现高CO浓度区;对于同一楼层,高温区、高CO浓度区和低能见度区面积均随α的增大呈现减小趋势。本文的研究成果可以为住宅建筑的风险评估、防火设计和消防救援提供重要参考。本论文共有图63幅,表格29个,参考文献84篇。