建筑物外墙保温系统火灾实验装置的制作方法

专利名称：建筑物外墙保温系统火灾实验装置的制作方法
技术领域：
本发明属于消防安全技术领域，具体涉及建筑物外墙保温系统火灾蔓延规律以及与 建筑物外壁面构造特征相结合的外保温体系防火构造的措施、机理和效果的实验和研究装 置。
背景技术：
随着社会经济的飞速发展和人民生活品质的不断提高，人们对能源的需求也日益增 长。大量不可再生能源地消耗，不仅加速了能源枯竭，而且排放了大量污染环境的有害气 体。“节能减排”已成为保证我国国民经济可持续发展的重要举措，而建筑节能是其中尤为 重要的一环。《中华人民共和国节约能源法》和建设部第143号令《民用建筑节能管理规 定》等一系列强制节能保温法规的出台，强制要求在新建和改建建筑中构建外墙保温系统， 以有效降低建筑的能耗。然而，由于缺乏相应的防火法规和相关火灾风险的评估，大量可 燃、易燃的外墙保温材料被用于大型公共建筑和高层建筑，导致近年来火灾事故时有发生， 严重威胁了人民生命和财产安全，造成了负面的社会影响。2009年2月9日，央视新址配 楼在施工阶段的外保温系统发生火灾，火势发展迅速，扑救过程中一名消防官兵牺牲，造成 了惨重的经济损失和恶劣的社会影响；类似的火灾，如2007年4月四日，济南鲁能领秀城 四层的七号公馆外墙挤塑保温板火灾；2009年4月19日上午，南京中环国际广场50层高 楼外保温系统火灾等。在建筑物外墙大量应用易燃的有机保温材料，一旦发生火灾，火势很 有可能沿建筑物外表面迅速蔓延，并且产生大量的有毒烟气，给建筑物内人员的生命和财 产安全造成威胁。建筑物外保温系统火灾主要涉及到两个火灾场景一是建筑内部火灾发展到轰燃 阶段，高温火焰通过建筑物外壁面上的开口(窗户或门)溢出，冲击开口上方保温材料，造成 外保温系统火灾；二是建筑临近部位可燃物发生火灾，如建筑周围的垃圾场或燃料堆着火， 高温火羽流在卷吸作用下贴附在外保温系统表面，进而点燃保温材料。对于可燃有机高分 子外保温材料，在没有任何防火措施的情况下，火灾将一直蔓延至整个外保温系统。外保温 系统燃烧形成的高温火焰又可以通过建筑开口(如玻璃破碎)进入室内，造成室内次生火灾 的发生。高分子材料燃烧的特殊火行为，如熔融滴落与炭化，也将使火蔓延问题更加复杂 化。外墙保温系统火灾涉及到材料、火灾机理和建筑物外部构造特征等多方面因素， 目前相关火灾发展和防火措施的研究还基本处于空白状态。虽然近期国家有关规定和地方 法规针对外保温系统提出了防火隔断和防火隔离带等防火措施，但其在实际应用中的有效 性还有待验证。一方面建筑物外壁面的构造形式千变万化，外保温系统在外壁面的构造也 千差万别，防火措施的构造不应千篇一律。如开于建筑物外壁面的窗口形状不一，溢流火焰 的形态(溢出高度、厚度和宽度)和对墙热流也不尽相同。又如窗口位于凹字形外墙中间，火 灾时窗口两侧的外墙可显著增加溢流火焰的强度。与之对应，防火隔断措施的构造方式也 应有所差别。此外，建筑物外壁面所固有的外部构件，如阳台、挑檐和类似外遮阳之类的结构，本身具有一定进深、宽度和长度，甚至具有不同的角度，这些都将影响外保温系统的火 灾行为和与之对应的防火措施。另一方面，防火措施的构造方式和有效性应有实验数据的 支撑和火灾实验的验证，而现在尚缺少此类数据和实验。因此，应加强和深化外保温火灾和 建筑防火构造的基础性研究，建立合适的外墙保温体系整体防火性和稳定性实验方法和装 置，获取相关的火灾实验数据，以指导相应法规标准的制定，降低外保温系统火灾发生的危 险性及火灾造成的损失。由于火灾现象的复杂性和不确定性，对同一问题往往须进行大量实验研究才能总 结出其中的规律，因此全尺寸火灾试验一般须要投入大量的人力、物力和财力。与全尺寸实 验相比，中小尺寸的火灾实验规模小，操作相对容易，不仅可降低试验成本，而且可在较短 的时间内进行大量的实验，已成为现今火灾试验研究的一大趋势。此外，中小尺寸所得到 的数据可通过相似理论预知实际全尺寸火灾的趋势，从而以较小的成本和较短的周期得到 较为可信的结果。因此，本发明所涉及的建筑物外保温系统火灾模拟实验装置以中小尺寸 的火灾试验为基础，突出了对前述两个火灾场景和壁面外部构造特征以及两者之间相互作 用的模拟和研究。现有技术中相近文件如专利申请号200910184963. 0，申请公布号为CN 101696888 A也公开了一种火灾实验室，其仅考虑了室内溢流情况对建筑物外壁面的影响； 燃烧小室体积不可变；研究侧重点不同对比文献资料侧重室内溢流对于斜坡上的其它建 筑壁面的影响。

发明内容
为了研究建筑物外保温系统火蔓延规律和火蔓延抑制措施，本发明综合考虑了室内溢 流火焰和建筑物外部贴附火羽流的特点及其对外保温系统热冲击的规律，重点突出了建筑 物外部构件的不同构造形式与不同开口下冲击火焰之间的相互作用机理，提供了一套适用 于建筑物外保温系统火灾研究的中型实验装置。本发明为实现其目的所采取的技术方案如下一种建筑物外保温系统火灾实验装 置，该装置包括热电偶架、模拟主墙和侧墙，所述模拟主墙侧设燃烧小室，所述燃烧小室设 开口与模拟主墙相通，开口两翼装有侧板；所述开口上方的模拟主墙与侧墙间设置外壁面 防火隔断机构；所述燃烧小室内设称重机构；燃烧小室上方设热流计架。所述模拟主墙和侧墙为框架结构，表面装有玻镁复合防火板构成模拟壁面；所述 模拟主墙四周框架结构上连有主墙横筋、主墙左竖筋和主墙右竖筋，主墙框架左侧固定有 多孔角钢，框架顶部右侧固定有滑轮；所述墙左竖筋和主墙右竖筋分布在模拟主墙中线两 侧，下部与主墙横筋相连，上部与主墙上框架相连；所述多孔角钢一侧固定于主墙左框架表 面，与之垂直的另一侧则与主墙左框架边缘平齐并伸出主墙面；所述主墙横筋、主墙左竖筋 和主墙右竖筋沿长度方向均勻设有十个以上的小孔，多孔角钢伸出墙面一侧沿长度方向均 勻设有十个以上小孔，每两个小孔之间设条形槽。所述燃烧小室为立方体结构，其左、右和后侧外表面竖直中线处设有加强筋，每个 加强筋上在竖直方向开有至少个五贯穿燃烧小室壁的隔板卡位螺纹孔，隔板卡位螺栓可穿 过隔板卡位螺纹孔并深入燃烧小室一段距离，燃烧小室上分隔板和小室下分隔板置于隔板 卡位螺栓伸出段之上；所述燃烧小室开口侧左、右和下边缘设有卡槽，燃烧小室底部预留燃 气管预留孔。燃烧小室上、下分隔板和燃烧小室前侧固定于卡槽中的防火板构成燃烧小室 内部空间，其开口形状和体积可调。燃烧小室左侧及右侧壁面预留至少三个热电偶孔，上侧设有至少一个热流计孔，底部至少预留四个称重支架洞口和一个气体燃烧器供气管路洞 口。燃烧小室内称重机构上托盘通过上支架穿过小室下分隔板和小室底部的预留孔洞与置 于燃烧小室下面的电子天平相连。所述称重机构包括上托盘、下托盘、上支架、下支架、高度调节螺母和电子天平；所 述下支架支撑柱为套管状，下端穿过燃烧小室的底部壁面预留孔连接于下托盘上，下托盘 则置于电子天平之上；所述上支架支撑柱带有外螺纹，上有高度调节螺母；所述下支架支 撑柱套管的内径大于上支架支撑柱的外径而小于高度调节螺母的外径，上支架支撑柱可伸 入下支架支撑柱套管内而通过高调节螺母卡位于一定高度。所述外壁面防火隔断机构包括夹板和角度调节机构，所述夹板置于角度调节 机构的支撑架上；所述外壁面防火隔断机构，其防火隔断的角度调节范围为0-180度。所述角度调节机构多孔包括多孔角钢、支撑架、拉索和滑轮；所述支撑架由前、后 支撑臂、连接臂和左、右支撑臂组成，所述连接臂两端设有螺栓连接小孔，通过固定螺栓与 左支撑臂和多孔角钢固定；所述拉索一端连接支撑架右支撑臂前侧的拉索固定螺栓，绕过 主墙上的滑轮，连接于模拟主墙后侧的拉索长度调节螺栓上。所述热电偶架为为可调式结构，呈枝状，其包括热电偶底座、竖向支撑柱、横向支 撑柱、横向支撑套管、热电偶套管和角度调节套管。所述横向支撑柱水平角度转动范围为0-360度；所述角度调节套管竖直角度转动 范围为0-360度。所述模拟主墙和侧墙上方设烟气收集机构，由集烟罩及排烟管道构成，在所述排 气管道上预留了采样接口。本发明建立了一套适合研究外保温系统火灾特征及其与建筑物外部构造相互作 用机制的模拟实验装置。实验装置为组合式，可根据不同建筑物外部构造形式的特性组合 设置，可模拟当前大部分建筑物外部构件的构造形式，其特点是功能多样，构造原理简单， 可靠性高，组合和拆卸方便，成本较低。本发明的有益技术效果体现在以下几个方面(1)考虑了室内溢流火焰和建筑临近火灾贴附火羽流两种火灾场景下建筑物外保温系 统的火灾机理及防火措施研究。模拟燃烧小室内和主墙上设有足够的测试设备和设备预留 孔洞，可用于监测小室内和壁面附近火灾的发展状态以及与之相应的溢流火焰和贴附羽流 的形态和热冲击强度。(2)燃烧小室体积可变，可调节小室上、下分隔板的高度位置，与之对应的称重机 构的高度也可以改变。小室开口由上、下、左、右四块防火板固定于卡槽上构造而成，可按照 实际需要裁切成任意形状和大小，并且拆卸方便。由此可模拟研究不同体积腔室在不同开 口条件下的溢流火焰机理。对于邻近建筑贴附羽流情况，则可以用防火板将小室开口完全 封闭，以临近主墙的长油盘或气体燃烧器为火源。油盘或气体燃烧器的大小和形状可定制， 并可在地面任意放置，其离壁面的距离亦为可变，可用于研究多参数影响下的壁面贴附羽 流的机理。(3)在模拟外壁面构造方面，考虑了防火隔断和开口侧板两类构造。防火隔断的竖 直位置、厚度、进深、角度均为可调，其现实意义除了可研究防火隔断构造对溢流火焰的抑 制效果外，还可模拟建筑壁面开口上方诸如挑檐、阳台和遮阳等构件对溢流火焰的影响。开口侧板的水平位置、高度、进深和形状可调，可模拟现实中建筑壁面上开口左右两侧有垂直 挡板或墙壁等构造的情形。(4)火源方面。小室内称重托盘上可放置各种形状的油盘，可用正庚烷这一标准液 体火源为燃料，其燃烧完全，火焰明亮，便于观察和测量火焰形态。也可用固体燃料，如小木 垛等，以模拟固体燃料火灾。同时，称重系统和小室底部预留了气体燃烧器管路洞口，可方 便对接气体燃烧装置，模拟气体燃料火灾。(5)实验参数测量方面。针对外保温系统安装于建筑物外壁面的特点，为方便测 量，设计了适合于外保温系统火灾参数测量的热电偶架和热流计架，移动和组装方便。热电 偶架和热流计架可根据壁面构造的特点调节支架的高度和水平角度，热电偶架则单独设计 了竖直角度调节机构以与不同角度的防火隔断相配合。实验装置中设计了烟气采集机构， 可对保温材料燃烧后的烟气进行收集、采样、处理后排出室外。在排烟管道中预留了测试 段，便于烟气分析设备和其他参数测量设备的对接，以对燃烧状态做进一步分析。


图1为本发明结构示意图图中1、模拟主墙，2、侧墙，3、燃烧小室，4、开口侧板机 构，5、外壁面防火隔断机构，7、可调式热电偶架，8、防火板，9、长油盘，64、集烟罩，65、 采样接口，66、排气管道。图2为模拟墙体框架结构示意图图中1、模拟主墙，2、侧墙，10、主墙横筋，11、主 墙左竖筋，12、主墙右竖筋，13、多孔角钢，14、滑轮。图3为燃烧小室结构示意图图中3、燃烧小室，6、电子天秤，15、上分隔板，16、 下分隔板，17、卡槽，18、加强筋，19、卡位螺栓，20、卡位螺纹孔，21、上托盘。图4为称重机构结构示意图图中6、电子天秤，15、上分隔板，16、下分隔 板，17、卡槽，19、卡位螺栓，20、卡位螺纹孔，21、上托盘，22、下托盘，23、上支 架，M、下支架，25、高度调节螺母，26、燃气孔。图5为防火隔断机构结构示意图A :图中13、多孔角钢，14、滑轮，27、支撑 架，29、前侧支撑臂，30、连接臂，31、拉索32、夹板，67、热流机预留孔。图6为防火隔断机构框架结构示意图B:图中11、主墙左竖筋，13、多孔角钢， 27、支撑架，28、后支撑臂，29、前支撑臂，30、连接臂，33、过高度调节固定螺栓， 34、多孔角钢固定螺栓，35、支撑架固定螺栓，36、支撑架固定螺栓，46、侧板，67、热 流机预留孔。图7为图6的另一视角图图中13、多孔角钢，27、支撑架，29、前支撑臂，30、 连接臂，31、拉索，34、多孔角钢固定螺栓，35、支撑架固定螺栓，36、支撑架固定螺栓 ，37、拉索固定螺栓。图8为拉索和滑轮结构示意图图中1、模拟主墙，2、侧墙，14、滑轮，31、拉索。图9为防火隔断机构夹板(32)结构示意图图中39、上防火盖板，40、、陶瓷纤维棉 防火层，41、下防火盖板，42、夹板固定螺栓。图10为燃烧小室开口侧板机构结构示意图图中10、主墙横筋，13、多孔角钢， 43、固定横臂，44、横臂固定螺栓，45、固定侧翼 46、侧板，47、左侧防火板，48、右侧防火板，49、上侧防火板，50、下侧防火板。图11为可调式热电偶架结构示意图图中51、竖向支撑柱，52、横向支撑柱， 53、横向支撑套管，54、热电偶套管，55、角度调节套管，56、热电偶底座。图12为图11的局部放大图图中51、竖向支撑柱，52、横向支撑柱，53、横向支 撑套管，54、热电偶套管，55、角度调节套管，57、横向套管螺纹固定螺栓，58、角度调节 套管紧固螺钉。图13为可调式热流计架结构示意图图中3、燃烧小室，10、主墙横筋，11、主墙 左竖筋，12、主墙右竖筋，14、滑轮，27、支撑架，31、拉索，32、夹板，59、拉索长度 调节螺栓，60、热流计架竖管，61、水平支管，62、水平套管，63、水冷式火焰热流计。
具体实施例方式下面结合附图，对本发明作进一步地说明。参见图1和图2，建筑物外保温系统火灾模拟实验装置包括模拟主墙1、侧墙2、燃 烧小室3、外壁面防火隔断机构5、开口侧板机构4、称重机构、可调式热电偶架7、可调式热 流计架和烟气收集机构。模拟主墙1和侧墙2为框架结构，表面装有玻镁复合防火板8构成模拟壁面，其上 可安装各种外保温材料以构造不同形式的外保温系统。主墙四周框架结构上连有主墙横筋 10、主墙左竖筋11和主墙右竖筋12。主墙框架左侧固定有多孔角钢13，框架顶部右侧固定 有滑轮14。参见图3、图4和图10，燃烧小室3为立方体结构，其左、右和后侧外表面竖直中线 处设有加强筋18，每个加强筋上在竖直方向开有至少5个贯穿燃烧小室壁的隔板卡位螺纹 孔20，隔板卡位螺栓19可穿过隔板卡位螺纹孔20并深入小室一段距离，小室上分隔板15 和小室下分隔板16置于隔板卡位螺栓19伸出段之上。调节隔板卡位螺栓19在加强筋18 上的高度位置，可相应调节小室上分隔板15和下分隔板16在小室3中的高度，从而调节小 室的容积。燃烧小室3开口侧左、右和下边缘设有卡槽17，裁切成特定形状的卡槽17下侧 防火板50、卡槽17左侧防火板47、卡槽17右侧防火板48和卡槽17上侧防火板49可置于 卡槽17之中并通过螺钉固定。小室底部预留燃气管预留孔26，便于对接气体燃烧器。参见图4，称重机构包括上托盘21、下托盘22、上支架23、下支架24、高度调节螺母 25和电子天平6。下支架M支撑柱为套管状，下端穿过燃烧小室3的底部壁面预留孔连接 于下托盘22上。下托盘22则置于电子天平6之上。上支架23支撑柱带有外螺纹，上有高 度调节螺母25。下支架M支撑柱套管的内径大于上支架23支撑柱的外径而小于高度调节 螺母25的外径，上支架23支撑柱可伸入下支架M支撑柱套管内而通过高调节螺母25卡 位于一定高度。改变高度调节螺母25的位置，即可调节上托盘21和上支架23的高度。参见图5、图6、图7、图8、图9和图13，外壁面防火隔断机构5防火隔断为框架结 构，包括支撑架27、夹板32和角度调节机构。支撑架27由前、后支撑臂四、28、连接臂30 和左、右支撑臂组成。左、右支撑臂采用角钢，左支撑臂竖直侧有不少于三个槽状和小孔状 相间的开口，水平侧有不少于六个均勻开设的小孔，右支撑臂水平侧均勻开有与之对应的 不少于六个小孔。支撑架27的左、右支撑臂和前支撑臂四构成底座结构，其上可放置夹板 32，组成所模拟防火隔断的凸出主体。角钢状前支撑臂四两端带有小孔，与支撑架27支撑臂水平侧沿长度方向的小孔相对应，可用螺栓固定。改变螺栓位置即可改变前支撑臂四离 主墙1的距离。后支撑臂为长条形，在沿长度方向上与主墙左、右竖筋小孔相对应的位置各设一 个小孔，用于与主墙的连接。后支撑臂在两端弯曲成垂直于主墙向外的侧翼结构。侧翼前 端呈半圆形，其上开有小孔。后支撑臂右侧与支撑架右侧支撑臂通过穿过相应小孔的支撑 架固定螺栓相连，左侧与支撑架左侧支撑臂和主墙左侧多孔角钢通过穿过相应小孔的支撑 架固定螺栓相连。支撑架可通过两个支撑架固定螺栓形成的转动轴旋转。前支撑臂为角钢状，左右两端置于支撑架左、右支撑臂水平侧翼上，其水平方向上 开有不少于3个的小孔。在与支撑架水平侧翼相应位置开有小孔，并通过螺栓相连。夹板由陶瓷纤维棉外夹玻镁复合防火板而成，形状和厚度可任意裁切，置于支撑 架和前支撑臂构成的底座上。连接臂为条状，两端设有小孔，与支撑架左支撑臂和多孔角钢上小孔相对应。连接 臂通过与支撑架的固定螺栓连接支撑架左支撑臂，通过与多孔角钢的固定螺栓连接多孔角 钢。拉索一端连接支撑架右支撑臂前侧的拉索固定螺栓，绕过主墙上的滑轮，连接于 主墙后侧的拉索长度调节螺栓上。夹板32由上防火盖板39、陶瓷纤维棉防火层40、下防火盖板41和夹板固定螺栓42组 成。上防火盖板39和下防火盖板41为玻镁复合防火板，其大小可任意裁切，陶瓷纤维棉防 火层40的厚度和大小也可以根据需要任意裁切。将夹板32裁切成需要大小和高度置于支 撑架27之上，并调节前侧支撑臂四的位置与夹板32相配合，以模拟不同进深和厚度的防 火隔断主体。支撑架27后侧通过支撑架固定螺栓36与后支撑臂观和多孔角钢13相连，支 撑架固定螺栓36同时起到转动轴的作用。后支撑臂观在主墙左竖筋11和主墙右竖筋12 相应位置设有小孔，与左、右竖筋沿长度方向小孔配合并由过高度调节固定螺栓33固定， 可调节防火隔断在主墙上的高度。拉索31为一钢丝绳，一端连接拉索固定螺栓36经过滑 轮14绕过主墙另一端连接到拉索长度调节螺栓59之上。在角度调节方面，调整连接臂30 与多孔角钢固定螺栓34在多孔角钢13上的位置，同时调整连接臂30与支撑架固定螺栓35 在支撑架27左侧竖直侧臂上的位置，同时调节拉索31的长度以配合防火隔断主体沿支撑 架固定螺栓36的转动。外壁面防火隔断的角度调节范围为0-180度。参见图10，开口侧板机构4包括固定横臂43、侧板46和固定侧翼45。固定横臂设 有不少于2个的小孔，与主墙横筋10上的小孔相对应，可由横臂固定螺栓44固定于主墙之 上。侧板46为玻镁复合防火板，可裁切成不同的高度、宽度和形状，通过螺栓固定于固定侧 翼45上。参见图11和图12，热电偶架7为支状，包括热电偶架底座56、竖向支撑柱51、横 向支撑柱52、横向支撑套管53、角度调节套管55和热电偶套管M。热电偶底座56底部装 有滑轮，便于热电偶架移动。竖向支撑柱51插入底座56中央圆形开口，并通过螺栓紧固。 横向支撑柱52焊接于横向支撑套管53两端。横向支撑套管53可穿过竖向支撑柱51，其 上有横向套管螺纹固定螺栓57，可将横向支撑柱52固定于竖向支撑柱51上某一高度，并 可沿竖向支撑柱51转动。角度调节套管55上连有热电偶套管M和角度调节套管紧固螺钉58。角度调节套管55可穿过横向支撑柱52，通过紧固螺钉58固定于横向支撑柱52某 一水平位置，并可沿横向支撑柱旋转一定角度。热电偶套管M内可放置热电偶。参见图13和图5，热流计架为支状，包括热流计架竖管60、水平套管62和水平支 管61。水平支管61焊接于于水平套管62之上，水平套管可穿过热流计架竖管60并通过紧 固螺钉固定。水冷式火焰热流计63后部置于水平支管61之上，前端则穿过热流计预留孔 67与外保温系统表面平齐。实施例2 见图1和图2，模拟主墙1和侧墙2为框架结构，由4mm厚角钢焊接而成。主墙高 2400mm,宽1200mm，侧墙高MOOmm，宽600mm，主墙和侧墙通过螺栓固定连接。主墙框架结 构上的横筋10为长1160mm宽40mm厚4mm的长条形钢板焊接而成，水平中线距地面距离为 1200mm。主墙左竖筋11和主墙右竖筋12为长1200mm宽40mm的长条形钢板焊接，位于主 墙竖直中线左右两侧200mm处。在主墙和侧墙框架表面装有20mm厚玻镁复合防火板8，其 上可安装各种外保温材料构成不同形式的外保温系统。见图3、图4和图10，燃烧小室3内部尺寸为IOOOmmX IOOOmmX 1000mm，箱体壁面由外及里分别为5mm厚钢板、20mm厚防火和30mm厚陶瓷纤维棉。左、右和后侧竖直中线处 加强筋18宽40mm厚5mm，其上隔板卡位螺纹孔20的直径为10mm，隔板卡位螺栓19深入小 室距离不小于30mm。小室上分隔板15和小室下分隔板16为厚度20mm的玻镁复合防火板。 小室开口左、右和下边缘卡槽17宽8mm，片状小翼高10mm。小室底部燃气管预留孔沈直径 为50mm，并配有相应堵头。见图4，上托盘21和下托盘22由3mm厚钢板制成，上支架23支撑柱外径为10mm， 高度调节螺母外径为18mm下支架M支撑柱套管内径为14mm，小室底面离地250mm以便放 置电子天平和称重支架。上支架23穿过小室下分隔隔板16预留的4个间距为30cm直径为25mm的孔洞， 以确保上支架与孔洞壁不相接触。下支架M穿过燃烧小室底板预留的4个间距为31cm直 径为30mm的孔洞见图5、图6、图7、图8、图9和图13，外壁面防火隔断机构5包括夹板和角度调节机 构，所述夹板(5)置于角度调节机构的支撑架07)上；所述外壁面防火隔断机构(5)，其防 火隔断的角度调节范围为0-180度。防火隔断为框架结构。支撑架27整体长1185mm，宽450mm，为3mm厚40mm宽角钢和 条状钢板焊接而成的整体结构。角钢状前支撑臂四长度为1149mm，置于支撑架左右两侧 臂上并通过螺栓固定，螺孔直径为6mm。夹板上防火盖板39和下防火盖板41为5mm厚玻 镁复合防火板，其大小可任意裁切，陶瓷纤维棉防火层40的厚度和大小也可以根据需要任 意裁切。后支撑臂观为3mm厚40mm宽条状钢板制成，其上螺孔直径为10mm。多孔角钢13 厚4mm宽40mm，一侧有圆形和带有圆角的槽形相间的孔，与支撑架左侧臂小孔相对应，圆孔 直径10mm，槽形长条总长度为70mm，两端半圆直径10mm。连接臂30为3mm厚，宽30mm长 300mm条状钢板，两端小孔直径10mm。支撑架27右前侧拉索为一钢丝绳，一端由拉索固定 螺栓37固定于支撑架之上，一端经过滑轮14绕过主墙1上方，调整长度后，由拉索长度调 节螺栓59固定。
见图10，固定横臂43和固定侧翼45为一整体结构，用3mm厚条状钢板焊接而成。 固定横臂呈τ型，其宽度与主墙横筋10相同为40mm，沿主墙横筋10方向长度为100m，竖直 方向长度为500mm，其上螺孔直径为10mm。固定侧翼呈梯形，伸出墙面的距离为50mm，其上 小孔直径为10mm。侧板46为5mm厚玻镁复合板防火板，可裁切成不同的高度、宽度和形状， 通过螺栓固定于固定侧翼45之上。见图11和图12，热电偶架7高2.細，沿主墙方向总体长度1. 2m。热电偶架底座56 上焊接有直径为50cm圆形铁块。竖向支撑柱51为直径30mm，壁厚3mm圆管，高2170mm。横 向支撑柱52为直径15mm钢质实心圆柱。横向支撑套管53内径31mm，外径45mm，高60mm， 其上螺孔和焊接螺母直径为10mm。角度调节套管55内径16mm，外径18mm，长30mm，其上小 孔直径2mm。热电偶套管M焊接于角度调节套管55之上，直径为3mm，长400mm。横向支撑 套管53可绕竖向支撑柱51在水平方向旋转0-360度，并可调节在竖向支撑柱51上的竖直 位置。角度调节套管阳可绕横向支撑柱52在竖直方向旋转0-360度，并可调节在横向支 撑柱52上的水平位置。见图13和图5，热流计架高1. an。热流计架竖管60直径为15mm。水平套管62内 径16mm，外径沈讓，水平支管为钢质实心圆柱，直径为8mm，长150mm。水冷式火焰热流计63 后部置于水平调节支管61之上，前端热流计预留孔67直径为25mm。实验1，研究室内溢流火对建筑物外保温系统的冲击，模拟开口两侧有类似侧板的 遮阳或临近开口的墙体构造以及建筑物外壁面有防火隔断情况。首先，改变燃烧小室3的 体积。小室上分隔板15不动，小室下分隔板16通过改变隔板卡位螺栓19的位置提高到距 燃烧小室3底面30cm位置。调整上支架23上的高度调节螺母25，使上支架23和上托盘 21也相应升高30cm。其次，调整火源。当研究液体火和固体火时，可在上托盘21上放置燃 料盘；当研究气体火时，可去掉称重支架和托盘，将气体燃烧器置于小室下分隔板16之上， 进气管道通过小室底部燃气管预留孔沈进入小室并与燃烧器连接。在本实验说明中，以 正庚烷液体火为例进一步说明。再次，将小室开口大小设为30X30cm。裁切卡槽下侧防火 板50的尺寸为100 X 40cm，裁切卡槽17左侧防火板47和卡槽17右侧防火板48的尺寸为 30 X 30cm，裁切卡槽上侧防火板49的尺寸为100 X 30cm，将裁切好的防火板依次放入卡槽 中并用螺钉固定。之后，在墙面上安装要测试的外保温系统。外壁面构件的安装。首先，安装外壁面防火隔断机构5。调整外壁面防火隔断机构 的位置，调节后支撑臂观在主墙左、右竖筋11和12上的位置，使其位于距离小室开口上边 缘IOcm处，并由高度调节固定螺栓33固定。调节前支撑臂四的位置，使其距离墙面30cm。 裁切上防火盖板39和下防火盖板41的尺寸为110X30cm，裁切陶瓷纤维棉防火层40的尺 寸为110X30X20cm，按顺序堆放好后由螺钉固定，制成夹板32。由此，隔断主体尺寸为长 IOOcm进深30cm厚20cm。调整隔断的角度，调整连接臂30与多孔角钢固定螺栓34在多孔 角钢13上的位置，调整连接臂30与支撑架固定螺栓35在支撑架27左侧竖直臂上的位置， 同时调节拉索31的长度与之相配合，使隔断绕支撑架固定螺栓36形成的轴线沿与主墙垂 直方向向下旋转30度。其次，安装开口侧板机构4。将固定横臂43由横臂固定螺栓44固 定于主墙横筋10相应小孔之上，使其离小室开口的左、右边缘5cm。裁切侧板46，使其整体 尺寸高50cm进深10cm，其上部呈60度角，以与防火隔断角度相配合。将裁切好的侧板固定 于固定侧翼46之上。
调整热电偶架横向支撑柱52和横向支撑套管53的竖直距离，使下端横向支撑柱 与小室开口下边缘等高，并由横向支撑套管螺纹固定螺栓57固定。调整角度调节套管55 在横向支撑柱52上的位置，使套管之间相隔25cm。调节角度调节套管55的角度，使之与防 火隔断相配合。将水冷式火焰热流计63后端置于热流计架之上，前端穿过热流计预留孔67 并于外保温系统表面平齐。打开热流计水冷系统和烟气采集设备，打开数据采集设备。将 电子天平6归零，量取600ml正庚烷倒入燃料盘并点燃。待火熄灭后，拆除小室开口周围防 火板，等待室内温度降低到室温后重复上面步骤。实验2，模拟建筑临近火贴附羽流对外保温系统冲击。首先用防火板将小室开口完 全封闭。在墙面上安装要测试的外保温系统。可根据实际情况选择安装防火隔断和侧板， 操作步骤同实验1。调整热电偶架、热流计架和相关设备，步骤同实验1。调整火源，可为液 体火源、固体火源或气体火源。现以液体火源为例说明，调整长油盘9离主墙的位置，使其 距主墙10cm。将水冷式火焰热流计63后端置于热流计架之上，前端穿过热流计预留孔67 并于外保温系统表面平齐。打开热流计水冷系统和烟气采集设备，打开数据采集设备。量 取IOOOml正庚烷倒入长油盘并点燃。待火熄灭后，重复上面步骤。
权利要求
1.一种建筑物外保温系统火灾实验装置，其特征在于该装置包括热电偶架(7)、模拟 主墙⑴和侧墙(2)，所述模拟主墙⑴侧设燃烧小室(3)，所述燃烧小室(3)设开口与模拟 主墙(1)相通，开口两翼装有侧板(4)；所述开口上方的模拟主墙(1)与侧墙(2)间设置外 壁面防火隔断机构(5)；所述燃烧小室(3)内设称重机构；燃烧小室(3)上方设热流计架。
2.如权利要求1所述的建筑物外保温系统火灾实验装置，其特征在于所述模拟主墙 (1)和侧墙(2)为框架结构，表面装有玻镁复合防火板(8)构成模拟壁面；所述模拟主墙(1) 四周框架结构上连有主墙横筋(10)、主墙左竖筋(11)和主墙右竖筋(12)，主墙框架左侧固 定有多孔角钢(13)，框架顶部右侧固定有滑轮(14);所述墙左竖筋(11)和主墙右竖筋(12) 分布在模拟主墙中线两侧，下部与主墙横筋(10)相连，上部与主墙上框架相连；所述多孔 角钢(13)—侧固定于主墙左框架表面，与之垂直的另一侧则与主墙左框架边缘平齐并伸出 主墙面；所述主墙横筋(10)、主墙左竖筋(11)和主墙右竖筋(12)沿长度方向均勻设有十个 以上的小孔，多孔角钢(13)伸出墙面一侧沿长度方向均勻设有十个以上小孔，每两个小孔 之间设条形槽。
3.如权利要求1所述的建筑物外保温系统火灾实验装置，其特征在于所述燃烧小室 (3)为立方体结构，其左、右和后侧外表面竖直中线处设有加强筋(18)，每个加强筋上在竖 直方向开有至少个五贯穿燃烧小室壁的隔板卡位螺纹孔(20)，隔板卡位螺栓(19)可穿过 隔板卡位螺纹孔(20)并深入燃烧小室一段距离，燃烧小室上分隔板(15)和小室下分隔板 (16)置于隔板卡位螺栓(19)伸出段之上；所述燃烧小室(3)开口侧左、右和下边缘设有卡 槽(17)，燃烧小室底部预留燃气管预留孔(26);燃烧小室上、下分隔板和燃烧小室前侧固定 于卡槽中的防火板构成燃烧小室内部空间，其开口形状和体积可调。
4.如权利要求1所述的建筑物外保温系统火灾实验装置，其特征在于所述称重机构 包括上托盘(21)、下托盘(22)、上支架(23)、下支架(24)、高度调节螺母(25)和电子天平(6);所述下支架(24)支撑柱为套管状，下端穿过燃烧小室(3)的底部壁面预留孔连接于下 托盘(22)上，下托盘(22)则置于电子天平(6)之上；所述上支架(23)支撑柱带有外螺纹， 上有高度调节螺母(25)；所述下支架(24)支撑柱套管的内径大于上支架(23)支撑柱的外 径而小于高度调节螺母(25)的外径，上支架(23)支撑柱可伸入下支架(24)支撑柱套管内 而通过高调节螺母(25)卡位于一定高度。
5.如权利要求1所述的建筑物外保温系统火灾实验装置，其特征在于所述外壁面防 火隔断机构(5)包括夹板和角度调节机构，所述夹板(32)置于角度调节机构的支撑架(27) 上；所述外壁面防火隔断机构(5)，其防火隔断的角度调节范围为0-180度。
6.如权利要求2所述的建筑物外保温系统火灾实验装置，其特征在于所述角度调节 机构多孔包括多孔角钢(13)、支撑架(27)、拉索(31)和滑轮(14)；所述支撑架(27)由前、 后支撑臂(29、28)、连接臂(30)和左、右支撑臂组成，所述连接臂(30)两端设有螺栓连接小 孔，通过固定螺栓与左支撑臂和多孔角钢(13)固定；所述拉索(31) —端连接支撑架右支撑 臂前侧的拉索固定螺栓，绕过主墙上的滑轮，连接于模拟主墙(1)后侧的拉索长度调节螺 栓上。
7.如权利要求1所述的建筑物外保温系统火灾实验装置，其特征在于所述热电偶架(7)为为可调式结构，呈枝状，其包括热电偶底座(56)、竖向支撑柱(51)、横向支撑柱(52)、 横向支撑套管(53)、热电偶套管(54)和角度调节套管(55)。
8.如权利要求7所述的建筑物外保温系统火灾实验装置，其特征在于所述横向支撑 柱(52)水平角度转动范围为0-360度；所述角度调节套管(55)竖直角度转动范围为0-360度。
9.如权利要求1-8任一项所述的建筑物外保温系统火灾实验装置，其特征在于所述 模拟主墙(1)和侧墙(2)上方设烟气收集机构，由集烟罩(64)及排烟管道(66)构成，在所 述排气管道(66)上预留了采样接口(65)。
全文摘要
本发明涉及一种建筑物外墙保温系统火灾实验装置，用于研空建筑物外墙保温系统火灾规律及建筑物自身防火构造。该装置为组合式，包括模拟主墙、侧墙、燃烧小室、防火隔断、小室开口两翼侧板、称重机构、可调式热电偶架、可调式热流计架和烟气收集机构，可根据不同建筑物外部构造形式的特性安装相应组件组合设置，可模拟当前大部分建筑物外部构件的构造形式。本发明首次建立了一套研究建筑物外墙保温系统火灾规律及其与建筑物外壁面自身构造特征相互作用机制的模拟实验装置，其特点是功能多样，构造原理简单，可靠性高，组合和拆卸方便，成本较低。
文档编号G01F1/00GK102052936SQ20101058092
公开日2011年5月11日 申请日期2010年12月9日 优先权日2010年12月9日
发明者崔嵛, 张和平, 程旭东, 赵庆, 龚伦伦 申请人:中国科学技术大学, 甬港现代工程有限公司