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高层建筑中有楼梯间、电梯井、电缆井、污水井，排气管道等竖井，这些竖井往往贯
穿整个楼层，当高层建筑发生火灾时，建筑内的竖井就好比一座高耸的烟囱，烟气在竖井
内快速蔓延。据实验测试表明，火灾时的烟气水平流速约为0.3%~0.8m/s，垂直流速为
2~5m/s。这表明在无阻挡的情况下，对200m高的建筑，垂直方向不到1 min，烟气可到达
顶部。 正由于烟气在高层建筑的竖井中蔓延速度如此之快，所以竖井的防排烟设计就显得
格外的重要。此外，在高层建筑所承受的风力也是火灾蔓延的主要因素。建筑物越高，风
速越大，火灾蔓延越迅速。风力通常能使微弱的火源变得十分危险，可使蔓延可能性很小
的火势急剧扩大成灾难。而外界风的大小也定然影响着烟气在竖井中的运动情况。
由于外保温材料的易燃、易产生有毒烟气的性质和竖井的烟囱效应使的高层建筑火灾
危险性加大。在此背景下，本课题提出通过CFD数值模拟仿真分析，研究在室外风和外墙
火灾作用下某典型高层办公建筑内楼梯井和电梯井等竖井结构的火灾发展及蔓延规律，火
灾烟气演化运动特性，温度场分布。重点是研究竖井内烟气运动参数与室外风，火源位置
之间的关系，并以此来考察原有规范排烟设计的效用、可靠性以及适用条件。 1.2 研究的目的和意义
防火设计规范是通过要求建筑根据建筑物本身可能发生的各类型的火灾进行防火设
计。由于传统规范并未充分考虑到高层建筑外墙保温层发生火灾的情况。加之，近年来高
层建筑外墙火灾频发，让人们开始意识到传统高层建筑防火设计规范在防止外墙火灾的发
生薄弱性。 本课题的研究目的为了验证在外墙发生火灾情况下，原有高层建筑竖井防排烟
设计规范的可靠性。 以防止存在缺陷甚至无效的设计规范被广泛应用而扩大高层建筑在发
生外墙火灾时的伤亡和财产损失。
随着节能保温技术的发展，外保温材料用于高层建筑外墙保温设计日趋普遍，而外墙
保温材料本身具有高火灾危险性。高层建筑火灾的显著特点是扑救困难，人员逃生过程中
立足于自救。但是外保温材料燃烧所产生的烟气和有毒有害气体会由于高层建筑竖井的
“烟囱效应”快速蔓延，使人员的逃生通道受阻，严重地影响了人员的逃生自救，扩大了
伤亡。因此，本课题意在通过对高层办公楼的竖井防排烟进行合理设计，并在此基础上利
用FDS对其排烟过程进行模拟，研究该高层办公楼在外墙火灾的作用下竖井防排烟的效果，
以此证明原有设计规范的可靠性，并具有相当重要的现实意义。
1.3 研究的内容和方法
本主要通过理论分析、原始化设计以及数值仿真模拟对以下内容进行研究。
(1） 通过理论分析的方法，在查阅大量文献资料基础上对本课题相关的研究背景、
研究意义、研究现状及理论基础做出分析。
(2) 本文通过原始化设计的方法根据现时适用的《高层建筑防火设计规范》 对某高
层办公楼的竖井防排烟进行合理的设计， 原始化设计就好比根据现行的高层建筑竖井防排
烟设计规范建立一个物理模型；
(3) 采用CFD方法中的 FDS 进行相应模拟研究。利用火灾流体动力学原理分析烟
气在高层建筑竖向通道内的蔓延情况，并模拟中性面上下不同外墙火源、不同风向、风速
条件竖井防排烟的效果，根据模拟结果分析原有的竖井防排烟设计的可靠性，并分析其可