Construction of an analytical evaluation method for fire preventive performance in wooden buildings with combustible insulation

木结构可燃保温建筑防火性能分析评价方法的构建

• 批准号: 22H01656
• 负责人: 糸毛 治
• 金额: $ 11.15万
• 依托单位: Hokkaido Research Organization
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01656/
• 关键词: 防火性能; 数値解析; 木造外壁; 断熱工法; 断熱材; 熱・水分同時移動計算; 中空層; 高温性状; 柱内部; 温度分布

本研究では、環境負荷を低減し安全性の高い木造建築の普及に貢献するため、木造外壁の対象に、その材料構成から防火性能を評価する数値解析手法を開発することを目的としている。数値解析に用いる計算モデルは、木造外壁の水平断面を対象にした二次元の熱・水分同時移動計算モデルとした。本研究では、既往研究で製作した計算モデルのプロトタイプをもとに、次に示す(1)～(3)の課題を、火災加熱実験による検証を行いながら解決し、計算モデルの構築を行う計画としている。以下、課題ごとに研究実績を示す。「(1)中空層の熱伝達・熱収支のモデル化」では、火災加熱実験により木造外壁の中空層内の温度分布および熱流束を測定し、壁体内に炉内からの高温ガスが侵入しない場合には中空層内の上下方向にほとんど温度差が生じないことを確認した。計算モデルは中空層の熱収支を閉じた系と仮定し、中空層の放射熱伝達は、中空層に面する各点においてモンテカルロ法により求めた形態係数を用いて算定すると、実験結果と良い相関を示すことがわかり、モデル化に目途がついた。「(2)断熱材・建材の高温時における実効的な熱物性の定式化」では、外装材に窯業系サイディングを選定し、その高温時性状を把握した。内装材はせっこうボードとし、火災加熱時の材料の劣化性状を実験により確認した。火災加熱を受けるせっこうボードは、面内収縮による破断によりひび割れが生じるため、熱抵抗値は既往の物性値に収縮率に応じた低減を見込んで定式化すればよい見通しを得た。「(3)柱の残存耐力の推定法構築」では火災加熱実験を行い、壁内柱の内部温度を測定した。これらの実験結果に対し、プロトタイプに(1)のモデルを組み込んだ計算モデルで計算すると良い相関を示した。柱内部の温度分布・推移は数値予測が可能となり、残存耐力の推定はこの温度による影響を考慮して進めていけばよい方針を得た。

这项研究旨在开发一种数值分析方法，该方法根据木制外墙的材料组成来评估防火性能，以减少环境影响并有助于高度安全的木制建筑物的传播。用于数值分析的计算模型是用于同时热量和水分转移的二维模型，该模型针对木制外壁的水平横截面。在这项研究中，我们计划通过基于先前研究中产生的计算模型的原型并构建计算模型来解决以下问题（1）至（3）。下面，我们显示了每个任务的研究结果。在“（1）对空心层的热传递和热平衡进行建模”中，通过燃料加热实验测量了木制外壁的空心层中的温度分布和热通量，并确认，当炉子中的高温气体不会进入壁体时，几乎没有空心层的温度差异。计算模型假设空心层的热平衡是一个封闭的系统，并且当使用蒙特卡洛方法在面对空心层的每个点上使用的形态系数计算空心层中的辐射传热时，发现与实验结果具有良好的相关性，并且已经实现了建模的前景。在“（2）在高温下制定有效的绝缘和建筑材料的热性能，”陶瓷壁板被选为外部材料，并在高温下抓住了其性能。内部材料由大蒜板制成，并通过实验确认燃料加热过程中材料的恶化特性。由于裂纹是由于平面内收缩引起的断裂而导致的，因此可以制定燃烧加热的大蒜板预测，根据过去物理特性中的收缩率降低了热电阻。在“（3）构建用于估计柱子的残余强度的方法”中，进行了一项火灾加热实验，以测量墙内柱的内部温度。当使用将模型（1）纳入原型的计算模型计算时，这些实验的结果显示出良好的相关性。可以从数值上预测支柱内的温度分布和趋势，并且可以估计剩余的轴承能力，并在此温度的效果下进行估计。