【正文】 木結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)原則及防火理念知識(shí)點(diǎn)一、木結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)原則 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB500052003第一章“總則”：木結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，除應(yīng)遵守本規(guī)范外，尚應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。：木結(jié)構(gòu)建筑的防火設(shè)計(jì)，應(yīng)按本章規(guī)定執(zhí)行。本章未規(guī)定的應(yīng)遵照《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》 GB50016的規(guī)定執(zhí)行。上述規(guī)定是木結(jié)構(gòu)建筑防火設(shè)計(jì)的根本指導(dǎo)原則。設(shè)計(jì)人員或?qū)張D人員在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)、審查時(shí)必須遵守該條規(guī)定，以維護(hù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)威性和公正性。二、木材的燃燒特性 木材為可燃材料，品種不同發(fā)熱量各異。木材受熱，溫度在100℃以下時(shí)，只蒸發(fā)水分，不發(fā)生分解。繼續(xù)加熱，溫度在100~200℃時(shí)，開始分解。但其速度很慢。分解出的主要是水蒸氣和CO2，同時(shí)，還有少量的有機(jī)酸氣體。因此，在200℃以下，是木材的吸熱過(guò)程，一般不會(huì)發(fā)生燃燒，僅有少數(shù)木材品種的最低著火點(diǎn)為157℃。 在沒(méi)有空氣的條件下，木材加熱超過(guò)200℃時(shí)，即開始分解。最初比較緩慢，隨著溫度的提高，分解加速。當(dāng)溫度達(dá)到260℃～330℃時(shí)，分解到達(dá)最高峰。木材急劇分解時(shí)，放出可燃?xì)怏w，如：CO、甲烷（CH4）、甲醇（CH3OH）以及高燃點(diǎn)的焦油成分等，而剩余物為木碳。木材在其溫度達(dá)到400℃～450℃的時(shí)候完全碳化，并在急劇分解的過(guò)程中放出大量的反應(yīng)熱，故此過(guò)程為放熱反應(yīng)過(guò)程。 木材受熱分解時(shí)，放出的可燃?xì)怏w和產(chǎn)生的剩余物，若與氧氣或氧化劑相遇，則發(fā)生氧化反應(yīng)，放出熱和光，俗稱為燃燒。氣體燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的固體剩余物——木碳，繼續(xù)與氧氣發(fā)生反應(yīng)，即稱之為煅燒，其過(guò)程產(chǎn)生大量的熱又使內(nèi)層木材發(fā)生分解，進(jìn)一步分解出的可燃?xì)怏w，又繼續(xù)燃燒，周而復(fù)始，使燃燒煅燒往復(fù)交替形成火勢(shì)。在木材受熱分解而急速放出可燃?xì)怏w時(shí)，氧氣在木材表面碳化層的擴(kuò)散受到阻礙，因而氣相燃燒通常是在離木材表面一定距離處進(jìn)行的。由于木碳層傳熱性能較差，故當(dāng)木材表面形成碳化層后，對(duì)木碳層下面的木材與其外面的氣相燃燒起到了一定的隔離作用，這不僅延緩了內(nèi)層的木材達(dá)到熱解溫度，而且也降低了熱分解速度，導(dǎo)致分解出的可燃?xì)怏w透過(guò)碳化層參加外表面與空氣混合的燃燒速度減慢，當(dāng)然，木材深層的碳化速度亦隨之減慢。這就是常見(jiàn)的大截面木構(gòu)件雖然沒(méi)有經(jīng)過(guò)防火處理但仍然有比較長(zhǎng)的耐火極限的原因。 三、木結(jié)構(gòu)的防火特性 木結(jié)構(gòu)分為普通木結(jié)構(gòu)、膠合木結(jié)構(gòu)和輕型木結(jié)構(gòu)三種。由于各自的結(jié)構(gòu)性質(zhì)不同，其防火性能也有著各自的特點(diǎn)。（一） 普通木結(jié)構(gòu)未經(jīng)防火處理的普通木結(jié)構(gòu)構(gòu)件較為容易被火引燃。但是，由于木材的導(dǎo)熱性較低，且構(gòu)件 338 在燃燒時(shí)，表面形成的碳化層起到很好的隔熱效果，從而有效地減緩碳化層下未燃燒木材的燃燒速度。這就是普通木結(jié)構(gòu)構(gòu)件雖然是可燃材料，但其耐火極限卻比普通鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件（耐火極限為14分鐘）高得多的原因。北美的建筑規(guī)范指出，對(duì)于普通木結(jié)構(gòu)，隨著構(gòu)件截面尺寸的增加，構(gòu)件的耐火極限也相應(yīng)提高。所以，在普通木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，選取適當(dāng)?shù)慕孛娉叽缫彩菨M足耐火極限要求的措施之一。鑒于普通木結(jié)構(gòu)較之膠合木結(jié)構(gòu)、輕型木結(jié)構(gòu)的耐火性能差的特點(diǎn)，故對(duì)一些耐火極限要求較高、截面尺寸又不能過(guò)大的構(gòu)件則必須采取阻燃劑浸泡或防火涂料噴刷的輔助措施。（二）膠合木結(jié)構(gòu) 膠合木結(jié)構(gòu)主要采用鋸材或結(jié)構(gòu)膠合木等工程木產(chǎn)品建造，結(jié)構(gòu)體系主要為梁柱體系。膠合木結(jié)構(gòu)的防火設(shè)計(jì)是通過(guò)規(guī)定結(jié)構(gòu)構(gòu)件的最小尺寸（包括梁、柱的截面尺寸以及樓面板和屋面板的厚度等），將所有構(gòu)件外露，利用木構(gòu)件本身的耐火性達(dá)到規(guī)定的耐火極限。木材的導(dǎo)熱性很低，構(gòu)件燃燒時(shí)，表面形成的碳化層起到了很好的隔熱效果，有效地減緩了碳化層下未燃燒木材的燃燒速度。截面尺寸較大的膠合木結(jié)構(gòu)構(gòu)件，據(jù)國(guó)外資料介紹，火災(zāi)時(shí)，一般能達(dá)到一小時(shí)或一小時(shí)以上的耐火極限，由于我國(guó)目前尚未發(fā)展膠合木結(jié)構(gòu)建筑，有關(guān)構(gòu)件的防火性能及其耐火極限亦未進(jìn)行研究和試驗(yàn)?！赌窘Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB500052003）沒(méi)有給出膠合木結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)的有關(guān)設(shè)計(jì)方法和構(gòu)造規(guī)定。為了使設(shè)計(jì)人員對(duì)木結(jié)構(gòu)建筑的防火了解更加全面，本章以北美情況為例，介紹了膠合木結(jié)構(gòu)建筑防火設(shè)計(jì)的有關(guān)內(nèi)容，供設(shè)計(jì)人員參考。（三） 輕型木結(jié)構(gòu)輕型木結(jié)構(gòu)主要采用規(guī)格材和木基結(jié)構(gòu)板材建造，墻體、樓屋蓋的結(jié)構(gòu)體系類似箱型結(jié)構(gòu)，其防火設(shè)計(jì)主要通過(guò)在結(jié)構(gòu)構(gòu)件外部覆耐火材料，例如防火石膏板等，以達(dá)到增加構(gòu)件耐火極限及阻擋火焰和高溫氣體傳播的作用。 第二節(jié) 建筑構(gòu)件的燃燒性能和耐火極限 一、建筑構(gòu)件的燃燒性能 建筑物由許多建筑構(gòu)件組成，建筑構(gòu)件在火災(zāi)高溫下的耐火性，即建筑構(gòu)件的燃燒性能和耐火極限，對(duì)建筑物的耐火程度有很大的影響。建筑構(gòu)件的燃燒性能，反映了建筑構(gòu)件遇火燒或高溫作用時(shí)的燃燒特點(diǎn)，由構(gòu)件材料的燃燒性能決定，不同燃燒性能建筑材料制成的建筑構(gòu)件，分成三類： (一) 不燃燒體用通過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑材料不燃性試驗(yàn)方法》（GB546485）試驗(yàn)合格的材料，即不燃性材料制成建筑構(gòu)件稱為不燃燒體。這種構(gòu)件在空氣中受到火燒或高溫作用時(shí)，不起火，不微燃，不碳化。(二) 難燃燒體 用通過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑材料難燃性試驗(yàn)方法》（GB546485）試驗(yàn)合格的材料制成的構(gòu)件，或用可燃性材料作基層，而用不燃性材料作保護(hù)層（或隔熱層）的構(gòu)件稱為難燃燒體。這類構(gòu)件在空氣中受到火燒及高溫作用時(shí)，難起火，難微燃，難碳化，當(dāng)火源移走后，燃燒或微燃立即停止。 339 (三) 燃燒體 用普通可燃性或易燃性材料制成的建筑構(gòu)件成為燃燒體。這類構(gòu)件在明火或高溫作用下，能立即著火燃燒，且火源移走后，仍能繼續(xù)燃燒和微燃。二、建筑構(gòu)件的耐火極限 （一） 設(shè)計(jì)原則建筑構(gòu)件的耐火極限的高低,是決定木結(jié)構(gòu)建筑防火安全程度的關(guān)鍵因素。建筑構(gòu)件的耐火極限是指構(gòu)件在標(biāo)準(zhǔn)耐火試驗(yàn)中，從受到火的作用時(shí)算起，到失去支持能力或完整性被破壞或失去隔火作用為止，這段抵抗火作用的時(shí)間，一般以小時(shí)計(jì)。對(duì)構(gòu)件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)耐火試驗(yàn)，測(cè)定其耐火極限是通過(guò)燃燒試驗(yàn)爐進(jìn)行的。耐火試驗(yàn)采用明火加熱，使試驗(yàn)構(gòu)件受到與實(shí)際火災(zāi)相似的火焰作用。為了模擬一般室內(nèi)火災(zāi)的全面發(fā)展階段，實(shí)驗(yàn)時(shí)，爐內(nèi)溫度隨時(shí)間推移而上升并呈一定的關(guān)系。按這種關(guān)系得出的曲線稱作火災(zāi)標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線。目前，世界上大多數(shù)國(guó)家都采用火災(zāi)標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線來(lái)升溫，例如，美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)的ASTM E119等。這就在基本試驗(yàn)條件上趨于一致。對(duì)于耐火極限的判定，我國(guó)按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑構(gòu)件耐火試驗(yàn)方法》（GB997888）規(guī)定。根據(jù)木結(jié)構(gòu)建筑的特點(diǎn)，《木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB500052003規(guī)定了對(duì)木結(jié)構(gòu)建筑構(gòu)件的選用原則, 。 木結(jié)構(gòu)建筑中構(gòu)件的燃燒性能和耐火極限 構(gòu) 件 名 稱 耐 火 極 限(h) 防 火 墻 承重墻、分戶墻、樓梯和電梯井墻體 非承重外墻、疏散走道兩側(cè)的隔墻 分室隔墻 多層承重柱 單層承重柱 梁 樓蓋 屋頂承重構(gòu)件 疏散樓梯 室內(nèi)吊頂 注：； ，較低部分的屋頂承重構(gòu)件必須是難燃燒體，耐火極限 。 第十章木結(jié)構(gòu)的防火設(shè)計(jì) 第一節(jié) 木結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)原則及防火理念 一、木結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)原則 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB500052003第一章“總則”：木結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，除應(yīng)遵守本規(guī)范外，尚應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。：木結(jié)構(gòu)建筑的防火設(shè)計(jì)，應(yīng)按本章規(guī)定執(zhí)行。本章未規(guī)定的應(yīng)遵照《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》 GB50016的規(guī)定執(zhí)行。上述規(guī)定是木結(jié)構(gòu)建筑防火設(shè)計(jì)的根本指導(dǎo)原則。設(shè)計(jì)人員或?qū)張D人員在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)、審查時(shí)必須遵守該條規(guī)定，以維護(hù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)威性和公正性。二、木材的燃燒特性 木材為可燃材料，品種不同發(fā)熱量各異。木材受熱，溫度在100℃以下時(shí)，只蒸發(fā)水分，不發(fā)生分解。繼續(xù)加熱，溫度在100~200℃時(shí)，開始分解。但其速度很慢。分解出的主要是水蒸氣和CO2，同時(shí)，還有少量的有機(jī)酸氣體。因此，在200℃以下，是木材的吸熱過(guò)程，一般不會(huì)發(fā)生燃燒，僅有少數(shù)木材品種的最低著火點(diǎn)為157℃。 在沒(méi)有空氣的條件下，木材加熱超過(guò)200℃時(shí)，即開始分解。最初比較緩慢，隨著溫度的提高，分解加速。當(dāng)溫度達(dá)到260℃～330℃時(shí)，分解到達(dá)最高峰。木材急劇分解時(shí)，放出可燃?xì)怏w，如：CO、甲烷（CH4）、甲醇（CH3OH）以及高燃點(diǎn)的焦油成分等，而剩余物為木碳。木材在其溫度達(dá)到400℃～450℃的時(shí)候完全碳化，并在急劇分解的過(guò)程中放出大量的反應(yīng)熱，故此過(guò)程為放熱反應(yīng)過(guò)程。 木材受熱分解時(shí)，放出的可燃?xì)怏w和產(chǎn)生的剩余物，若與氧氣或氧化劑相遇，則發(fā)生氧化反應(yīng)，放出熱和光，俗稱為燃燒。氣體燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的固體剩余物——木碳，繼續(xù)與氧氣發(fā)生反應(yīng)，即稱之為煅燒，其過(guò)程產(chǎn)生大量的熱又使內(nèi)層木材發(fā)生分解，進(jìn)一步分解出的可燃?xì)怏w，又繼續(xù)燃燒，周而復(fù)始，使燃燒煅燒往復(fù)交替形成火勢(shì)。在木材受熱分解而急速放出可燃?xì)怏w時(shí)，氧氣在木材表面碳化層的擴(kuò)散受到阻礙，因而氣相燃燒通常是在離木材表面一定距離處進(jìn)行的。由于木碳層傳熱性能較差，故當(dāng)木材表面形成碳化層后，對(duì)木碳層下面的木材與其外面的氣相燃燒起到了一定的隔離作用，這不僅延緩了內(nèi)層的木材達(dá)到熱解溫度，而且也降低了熱分解速度，導(dǎo)致分解出的可燃?xì)怏w透過(guò)碳化層參加外表面與空氣混合的燃燒速度減慢，當(dāng)然，木材深層的碳化速度亦隨之減慢。這就是常見(jiàn)的大截面木構(gòu)件雖然沒(méi)有經(jīng)過(guò)防火處理但仍然有比較長(zhǎng)的耐火極限的原因。 三、木結(jié)構(gòu)的防火特性 木結(jié)構(gòu)分為普通木結(jié)構(gòu)、膠合木結(jié)構(gòu)和輕型木結(jié)構(gòu)三種。由于各自的結(jié)構(gòu)性質(zhì)不同，其防火性能也有著各自的特點(diǎn)。（一） 普通木結(jié)構(gòu)未經(jīng)防火處理的普通木結(jié)構(gòu)構(gòu)件較為容易被火引燃。但是，由于木材的導(dǎo)熱性較低，且構(gòu)件 338 在燃燒時(shí)，表面形成的碳化層起到很好的隔熱效果，從而有效地減緩碳化層下未燃燒木材的燃燒速度。這就是普通木結(jié)構(gòu)構(gòu)件雖然是可燃材料，但其耐火極限卻比普通鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件（耐火極限為14分鐘）高得多的原因。北美的建筑規(guī)范指出，對(duì)于普通木結(jié)構(gòu)，隨著構(gòu)件截面尺寸的增加，構(gòu)件的耐火極限也相應(yīng)提高。所以，在普通木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，選取適當(dāng)?shù)慕孛娉叽缫彩菨M足耐火極限要求的措施之一。鑒于普通木結(jié)構(gòu)較之膠合木結(jié)構(gòu)、輕型木結(jié)構(gòu)的耐火性能差的特點(diǎn)，故對(duì)一些耐火極限要求較高、截面尺寸又不能過(guò)大的構(gòu)件則必須采取阻燃劑浸泡或防火涂料噴刷的輔助措施。（二）膠合木結(jié)構(gòu) 膠合木結(jié)構(gòu)主要采用鋸材或結(jié)構(gòu)膠合木等工程木產(chǎn)品建造，結(jié)構(gòu)體系主要為梁柱體系。膠合木結(jié)構(gòu)的防火設(shè)計(jì)是通過(guò)規(guī)定結(jié)構(gòu)構(gòu)件的最小尺寸（包括梁、柱的截面尺寸以及樓面板和屋面板的厚度等），將所有構(gòu)件外露，利用木構(gòu)件本身的耐火性達(dá)到規(guī)定的耐火極限。木材的導(dǎo)熱性很低，構(gòu)件燃燒時(shí)，表面形成的碳化層起到了很好的隔熱效果，有效地減緩了碳化層下未燃燒木材的燃燒速度。截面尺寸較大的膠合木結(jié)構(gòu)構(gòu)件，據(jù)國(guó)外資料介紹，火災(zāi)時(shí)，一般能達(dá)到一小時(shí)或一小時(shí)以上的耐火極限，由于我國(guó)目前尚未發(fā)展膠合木結(jié)構(gòu)建筑，有關(guān)構(gòu)件的防火性能及其耐火極限亦未進(jìn)行研究和試驗(yàn)。《木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB500052003）沒(méi)有給出膠合木結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)的有關(guān)設(shè)計(jì)方法和構(gòu)造規(guī)定。為了使設(shè)計(jì)人員對(duì)木結(jié)構(gòu)建筑的防火了解更加全面，本章以北美情況為例，介紹了膠合木結(jié)構(gòu)建筑防火設(shè)計(jì)的有關(guān)內(nèi)容，供設(shè)計(jì)人員參考。（三） 輕型木結(jié)構(gòu)輕型木結(jié)構(gòu)主要采用規(guī)格材和木基結(jié)構(gòu)板材建造，墻體、樓屋蓋的結(jié)構(gòu)體系類似箱型結(jié)構(gòu)，其防火設(shè)計(jì)主要通過(guò)在結(jié)構(gòu)構(gòu)件外部覆耐火材料，例如防火石膏板等，以達(dá)到增加構(gòu)件耐火極限及阻擋火焰和高溫氣體傳播的作用。 第二節(jié) 建筑構(gòu)件的燃燒性能和耐火極限 一、建筑構(gòu)件的燃燒性能 建筑物由許多建筑構(gòu)件組成，建筑構(gòu)件在火災(zāi)高溫下的耐火性，即建筑構(gòu)件的燃燒性能和耐火極限，對(duì)建筑物的耐火程度有很大的影響。建筑構(gòu)件的燃燒性能，反映了建筑構(gòu)件遇火燒或高溫作用時(shí)的燃燒特點(diǎn)，由構(gòu)件材料的燃燒性能決定，不同燃燒性能建筑材料制成的建筑構(gòu)件，分成三類： (一) 不燃燒體用通過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑材料不燃性試驗(yàn)方法》（GB546485）試驗(yàn)合格的材料，即不燃性材料制成建筑構(gòu)件稱為不燃燒體。這種構(gòu)件在空氣中受到火燒或高溫作用時(shí)，不起火，不微燃，不碳化。(二) 難燃燒體 用通過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑材料難燃性試驗(yàn)方法》（GB546485）試驗(yàn)合格的材料制成的構(gòu)件，或用可燃性材料作基層，而用不燃性材料作保護(hù)層（或隔熱層）的構(gòu)件稱為難燃燒體。這類構(gòu)件在空氣中受到火燒及高溫作用時(shí)，難起火，難微燃，難碳化，當(dāng)火源移走后，燃燒或微燃立即停止。 339 (三) 燃燒體 用普通可燃性或易燃性材料制成的建筑構(gòu)件成為燃燒體。這類構(gòu)件在明火或高溫作用下，能立即著火燃燒，且火源移走后，仍能繼續(xù)燃燒和微燃。二、建筑構(gòu)件的耐火極限 （一） 設(shè)計(jì)原則建筑構(gòu)件的耐火極限的高低,是決定木結(jié)構(gòu)建筑防火安全程度的關(guān)鍵因素。建筑構(gòu)件的耐火極限是指構(gòu)件在標(biāo)準(zhǔn)耐火試驗(yàn)中，從受到火的作用時(shí)算起，到失去支持能力或完整性被破壞或失去隔火作用為止，這段抵抗火作用的時(shí)間，一般以小時(shí)計(jì)。對(duì)構(gòu)件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)耐火試驗(yàn)，測(cè)定其耐火極限是通過(guò)燃燒試驗(yàn)爐進(jìn)行的。耐火試驗(yàn)采用明火加熱，使試驗(yàn)構(gòu)件受到與實(shí)際火災(zāi)相似的火焰作用。為了模擬一般室內(nèi)火災(zāi)的全面發(fā)展階段，實(shí)驗(yàn)時(shí)，爐內(nèi)溫度隨時(shí)間推移而上升并呈一定的關(guān)系。按這種關(guān)系得出的曲線稱作火災(zāi)標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線。目前，世界上大多數(shù)國(guó)家都采用火災(zāi)標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線來(lái)升溫，例如，美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)的ASTM E119等。這就在基本試驗(yàn)條件上趨于一致。對(duì)于耐火極限的判定，我國(guó)按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑構(gòu)件耐火試驗(yàn)方法》（GB997888）規(guī)定。根據(jù)木結(jié)構(gòu)建筑的特點(diǎn)，《木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB500052003規(guī)定了對(duì)木結(jié)構(gòu)建筑構(gòu)件的選用原則, 。 木結(jié)構(gòu)建筑中構(gòu)件的燃燒性能和耐火極限 構(gòu) 件 名 稱 耐 火 極 限(h) 防 火 墻 承重墻、分戶墻、樓梯和電梯井墻體 非承重外墻、疏散走道兩側(cè)的隔墻 分室隔墻 多層承重柱 單層承重柱 梁 樓蓋 屋頂承重構(gòu)件 疏散樓梯 室內(nèi)吊頂 注：； ，較低部分的屋頂承重構(gòu)件