喷水灭火过程中足尺钢框架房屋温度场试验研究
Experimental Research on Temperature Field of Full⁃scale Steel Frame Building during Firefighting by Water Spraying
- 防灾减灾工程学报 2021年41卷第4期 页码：813-822
- 作者机构：
1.上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院，上海 200240
2.上海市公共建筑和基础设施数字化运维重点实验室，上海 200240
- 作者简介：
徐阳（1995—），男，硕士研究生。主要从事钢结构抗火研究。E-mail:yancyxu@sjtu.edu.cn
宋振森（1970—），男，副教授。主要从事钢结构稳定和抗火研究。E-mail: songzs@sjtu.edu.cn
- 基金信息：国家自然科学基金项目(51678358);工信部研发专项(MC-201620-H01-04)
DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.202102020
中图分类号： TU998.1收稿：2021-02-20，
修回：2021-04-12，
纸质出版：2021-08-15
- 稿件说明：
移动端阅览
徐阳,宋振森,赵金城等.喷水灭火过程中足尺钢框架房屋温度场试验研究[J].防灾减灾工程学报,2021,41(04):813-822.
XU Yang,SONG Zhensen,ZHAO Jincheng,et al.Experimental Research on Temperature Field of Full⁃scale Steel Frame Building during Firefighting by Water Spraying[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2021,41(04):813-822.
徐阳,宋振森,赵金城等.喷水灭火过程中足尺钢框架房屋温度场试验研究[J].防灾减灾工程学报,2021,41(04):813-822. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.202102020.
XU Yang,SONG Zhensen,ZHAO Jincheng,et al.Experimental Research on Temperature Field of Full⁃scale Steel Frame Building during Firefighting by Water Spraying[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2021,41(04):813-822. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.202102020.
摘要
喷水灭火行为引起的火场局部温度骤降，有可能引起房屋结构破坏。为研究火灾及消防过程中温度场的分布和变化情况，设计建造了足尺钢框架房屋，根据实际火灾及消防场景设计火灾荷载和消防系统，模拟了真实火灾下窗户玻璃破碎和喷水灭火对火灾温度场的影响。试验过程中利用热电偶测量火灾及消防全过程的火场温度，得到了火场中不同位置的温度变化曲线。根据试验结果，并结合火灾动力学分析了火场温度的空间分布和变化规律。研究表明：火灾过程中，火场在垂直方向上存在明显的温度梯度，空气温度随高度增加而升高；框架平面沿水平方向越靠近起火点，升温速率越快，能达到的最高温度越高，垂直方向温度梯度越大；玻璃破碎增大了通风口面积，对通风控制型火灾的温度场有显著影响，靠近通风口处温度略有降低，而远离通风口的火场纵深处温度大幅上升；消防喷水能迅速抑制火场燃烧，降低火场温度，降温速率随喷水灭火时间增长而减小；开始灭火的短时间内，火源附近温度骤降，降温速率最高达到391 ℃/min。
Abstract
A sudden drop of local fire temperature field due to water spraying during firefighting may cause damage in steel frame buildings. In this study， a full-scale steel frame building was designed and constructed for investigating the distribution and variation of temperature field under fire as well as during firefighting process. The fire load and firefighting system were designed according to actual fire and firefighting scenarios， respectively. The influences of window glass broken and water spraying on fire temperature field were simulated in the test. During testing， the temperature distributions throughout the whole fire and firefighting processes were carefully measured by thermocouples， and the temperature-time curves at various positions of the fire site were obtained. The experimentally obtained spatial distribution and variation of fire temperature field were analyzed in the present study based on fire dynamics theories. The results indicate that there is an obvious temperature gradient in the vertical direction of the fire site， and the air temperature increases with the increase of height. In the frame plane， the closer to the fire point， the bigger the heating rate， the higher the maximum temperature， and the greater the temperature gradient in the vertical direction were recorded. The broken glass increases the vent area， as a result significantly influences the temperature field of a ventilation-controlled fire； the temperature near the vent decreases slightly， while the temperature in deep of the fire field far away from the vent increases significantly. Water spraying can significantly suppress the fire field combustion and reduce the temperature of the fire site. The cooling rate decreases with the prolongation of the water spraying time. Within a short time after firefighting started， the temperature near the fire source drops sharply， and the cooling rate reaches a maximum value of 391 ℃/min.
关键词
Keywords
references
消防词汇第1部分：通用术语 ： GB/T 5907.1—2014 ［S］. 北京 ： 中国标准出版社 ， 2014 .
Fire protection vocabulary-Part 1： General terms ： GB/T 5907.1—2014 ［S］. Beijing ： Standards Press of China ， 2014 . （in Chinese）
孙冬明 ， 夏军武 ， 常鸿飞 ， 等 . 升-降温全过程中约束钢梁的有限元与试验分析 ［J］. 防灾减灾工程学报 ， 2010 ， 30 （ 1 ）： 71 - 76 .
Sun D M ， Xia J W ， Chang H F ， et al . Finite element and experimental analyses of a restrained steel beam in complete process of heating and cooling ［J］. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering ， 2010 ， 30 （ 1 ）： 71 - 76 . （in Chinese）
夏云春 ， 徐正朝 . 喷水快速冷却下高温约束钢柱抗火性能 ［J］. 建筑结构 ， 2017 ， 47 （ 增1 ）： 799 - 805 .
Xia Y Ch ， Xu Zh Ch . Fire resistances of high-temperature restrained steel column rapidly cooled by spray water ［J］. Building Structure ， 2017 ， 47 （ Sup 1 ）： 799 - 805 . （in Chinese）
Magnusson S E ， Thelandersson S . Temperature-time curves of complete process of fire development ［R］. Bulletin of Division of Structural Mechanics and Concrete Construction . Sweden ： Lund Institute of Technology ， 1970 .
Babrauskas V . Structural fire protection： ASCE manuals and reports on engineering practice No . 78 ［M］. New York ： ASCE ， 1992 .
马忠诚 . 火灾后钢筋混凝土结构损伤评估与抗震修复 ［D］. 哈尔滨 ： 哈尔滨建筑大学 ， 1997 .
International Standard ISO 834-1 ， Fire-resistance tests elements of building construction—Part 1： general requirements ［S］. Switzerland ： International Organization of Standardization ， 1999 .
杜咏 ， 李国强 ， 黄珏倩 . 大空间建筑火灾中烟气温度计算模型的比较 ［J］. 自然灾害学报 ， 2007 ， 16 （ 6 ）： 99 - 103 .
Du Y ， Li G Q ， Huang J Q . Comparison of calculation models for smoke temperature in fire of large space building ［J］. Journal of Natural Disasters ， 2007 ， 16 （ 6 ）： 99 - 103 . （in Chinese）
李国强 ， 韩林海 ， 楼国彪 ， 等 . 钢结构及钢-混凝土组合结构抗火设计 ［M］. 北京 ： 中国建筑工业出版社 ， 2006 .
Li G Q ， Han L H ， Lou G B ， et al . Fire resistant design of steel structure and steel-concrete composite structure ［M］. Beijing ： China Architecture and Building Press ， 2006 . （in Chinese）
黄晓露 ， 谢元一 ， 荣建忠 ， 等 . 木垛火热释放速率的试验研究 ［J］. 消防科学与技术 ， 2014 ， 33 （ 5 ）： 484 - 486 .
Huang X L ， Xie Y Y ， Rong J Zh ， et al . Experimental study of heat release rate of wood crib ［J］. Fire Science and Technology ， 2014 ， 33 （ 5 ）： 484 - 486 . （in Chinese）
BS EN 1991-1-2 ：2002， Eurocode 1： action on structures⁃part 1-2： general action⁃actions on structures exposed to fire ［S］. Brussels ： European Committee for Standardization ， 2002 .
Kevin M G ， Simo H ， Randall M D ， et al . Fire dynamics simulator （sixth edition） user’s guide ［M］. Washington ： U.S. Government Printing Office ， 2017 .
张庆文 ， 张和平 ， 万玉田 ， 等 . 4 mm单层浮法玻璃全尺寸火灾实验研究 ［J］. 燃烧科学与技术 ， 2007 ， 13 （ 1 ）： 67 - 71 .
Zhang Q W ， Zhang H P ， Wang Y T ， et al . Experimental study of 4 mm thick float glass in full-scale enclosure fire test ［J］. Journal of Combustion Science and Technology ， 2007 ， 13 （ 1 ）： 67 - 71 . （in Chinese）
张志猛 . 钢结构火灾损伤识别及安全性鉴定研究 ［D］. 西安 ： 西安工业大学 ， 2016 .
Zhang Zh M . Damage identification and safety authentication research for steel structure after fire ［D］. Xi’an ： Xi’an Technological University ， 2016 . （in Chinese）
Quintiere J G ， Steckler K ， Corley D . An assessment of fire induced flows in compartments ［J］. Fire Science and Technology ， 1984 ， 4 （ 1 ）： 1 - 14 .
Morgan J H ， Daniel G ， John R H ， et al . SFPE handbook of fire protection engineering （Fifth Edition） ［M］. New York ： Springer ， 2016 .
0
浏览量
0
下载量
1
CSCD
- 网络PDF下载
- WORD下载
- Meta-XML下载
- BibTeX下载
- Endnote下载
- RefMan 下载
- NoteExpress下载
- NoteFirst下载
关联资源
相关文章
相关作者
相关机构
- 技术支持由北京北大方正电子有限公司提供 苏ICP备05012539号-11
苏公网安备32010202012147号 - 本系统建议在Chrome、 IE9+ 以上版本浏览器阅读本站内容，360浏览器请切换至极速模式
- Cookies帮助我们提供服务并提供个性化体验。使用本网站，即表示您同意我们使用Cookies
