[发明专利]一种针对建筑外墙防火结构及其性能的模拟实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及建筑外墙防火测试技术领域，具体来说是一种针对建筑外墙防火结构及其性能的模拟实验装置。

背景技术

随着我国社会经济快速发展和城镇化进程不断深入，(超)高层建筑日益增多。我国内地目前共有近20万座高层建筑，其中超高层建筑有近3000多座，与高层建筑快速发展相依相伴的是其带来的严重的火灾安全问题。

外墙有机保温材料的使用可以在一定程度上减少能源消耗，而且给居民提供一个相对舒适的生活环境，但是大量可燃外墙保温材料的使用也带来了重大的火灾安全隐患，带来的灾难更是不可估量。目前，可燃和易燃外墙保温材料的大量使用，使得由建筑外立面火蔓延造成的重特大火灾事故频繁发生；其次，高层建筑发生火灾，建筑内部竖向间火焰和烟气蔓延非常迅速，还会通过建筑外部可燃外立面燃烧形成内-外-内相互蔓延的大规模立体火灾，扑救难度大。

高层建筑火灾在致灾机理与行为方面具有很多新的特点，在防控方面有诸多技术难题亟待解决。首先，外墙保温材料被广泛应用于高层建筑，成为降低建筑能耗的重要途径之一。常用的外墙有机保温材料，如聚苯乙烯和硬泡聚氨酯外墙保温材料等，虽然具有优越的保温节能性能，但是这些保温材料可燃，火蔓延速度迅速，同时又大量有毒有害烟气，造成重大的安全隐患。再者，复杂的建筑结构及边界条件会带来特殊的火灾演化行为。高层建筑的结构与边界条件复杂，管网纵横交错，楼梯井、电梯井、管道井等竖向通道内形成的烟囱效应、活塞风等显著影响高层建筑内部的火蔓延及烟气输运过程，是造成群死群伤重大事故的重要原因。当室内火灾导致玻璃幕墙破裂时，将形成外立面开口火溢流，火灾给高层建筑的结构安全带来严重威胁。最后，火灾也给高层建筑的结构安全带来严重的威胁。玻璃幕墙结构、钢结构和大面积灯箱广告牌已成为高层建筑等现代综合建筑的重要结构形式，这些结构本身的力学荷载分布就非常复杂，其关键构件和节点在火灾非均匀强变热流的作用下，很容易膨胀失效并导致建筑结构的局部或整体坍塌，形成重大的火灾次生灾害，造成灾难性后果。

目前我国《建筑设计防火规范》(GB50016-2006)和《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045-95 2005)都是没有针对预防外墙保温材料引发的火灾而制定先关条文，规定中都没有提出针对建筑外墙防火结构的设计的具体内容，即便是最新的《建筑设计防火规范》(GB50016-2014)也仅仅对民用建筑外墙保温以及其装饰时采用的保温材料的燃烧性能提出要求，对建筑外墙防火结构没有详细规定。2012年2月10日，住建部就《关于贯彻落实国务院关于加强和改进消防工作的意见的通知》对外墙保温材料要求：“加强新建建筑监管，要严格执行《民用建筑外墙保温系统及外墙装饰防火暂行规定》中关于保温材料燃烧性能的规定，特别是采用B1和B2级保温材料时，应按照规定设置防火隔离带。”外墙保温隔离带与保温材料配比单元，只有公安部、住房和城乡建设部2009年46号文件要求。从大尺寸窗口火实验可知此标准不利于火灾防控。对已经具有外墙外保温系统的建筑很难按照现行法规重新安装，相应的通知、法律规范并未明确其使用要求。

此外，建筑物外墙固有的外部结构，例如阳台、窗槛墙、挑檐等类似的水平挡板结构和竖直挡板结构，自身具有一定的宽度和长度，该类建筑结构在一定程度上对外墙保温系统火行为有一定的影响和相应的防火效果。可是相应结构的防火行为没有具体的研究和相应的火灾实验，缺少这些方面的数据支撑和实验验证。因此，有必要针对不同类型建筑外墙的外部结构开展加强建筑防火构造的基础研究和在建筑外部结构基础上对外保温火行为的影响研究，获取相关的数据支撑，为高层建筑外立面保温系统的防火设计提供有益的指导和借鉴，也为高层建筑火灾扑救和结构设计等条纹规范提供有力的理论指导和技术支撑。

由于火灾现象的复杂性和不确定性，需要通过引入相似理论的思想，将实际复杂的多因素耦合作用下的火灾过程简化为影响因子单一、条件可控的小尺寸实验研究，从而简化实际火灾中的复杂性，降低实验成本，操作性简单，提高实验可重复性。因此，建筑外墙防火结构、防火性能模拟实验装置需要以中小尺寸实验为基础，突出防火隔离带、水平挡板、竖直挡板等构件的防火性能以及对外保温系统火行为的模拟实验和研究。