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。

本研究的目的是开发一种根据木质外墙的材料成分评估其防火性能的数值分析方法，以减轻环境负担并为高度安全的木质建筑的推广做出贡献。用于数值分析的计算模型是针对木质外墙水平横截面的二维热湿同时运动计算模型。在本研究中，我们计划通过火加热实验来验证以下问题（1）至（3），并基于先前研究中创建的计算模型的原型构建计算模型。每个主题的研究结果如下所示。在“（1）空心层传热与热平衡建模”中，我们通过火加热实验测量了木质外墙空心层内的温度分布和热通量，并确定了来自木质外墙空心层的高温气体在这种情况下，确认了中空层内垂直方向上几乎没有温差。计算模型假设空心层的热平衡是一个封闭系统，利用蒙特卡罗法确定的面向空心层各点的视角系数计算空心层的辐射传热，表现出良好的效果。与实验结果的相关性表明，该模型是可以建模的。在“(2)隔热材料和建筑材料在高温下的有效热性能的制定”中，选择陶瓷壁板作为外部材料，并了解其在高温下的性能。内部材料由石膏板制成，通过实验证实了材料在火加热过程中的劣化。由于暴露在火中的石膏板会因面内收缩而破裂而破裂，因此发现可以根据现有的物理性能值来制定热阻值，并与收缩率成比例地降低。在“(3)开发柱的剩余强度估算方法”中，我们进行了火加热实验并测量了墙内柱的内部温度。当使用将模型（1）纳入原型的计算模型计算这些实验结果时，显示出良好的相关性。可以对塔内的温度分布和转变进行数值预测，并且我们发现可以通过考虑这种温度影响来估计残余强度。