【正文】 過碳化速度β 得到以下關(guān)系： 炭化層 構(gòu)件耐火極限計(jì)算簡圖 353當(dāng)構(gòu)件四面面火時(shí)， β β 2 2d D d Bt?=?= （10. ） 當(dāng)構(gòu)件三面受火時(shí)： β βd D b Bt?=?=2 （10. ） 對于梁構(gòu)件， 當(dāng)截面的面積矩減小到臨界數(shù)值時(shí)，梁會破壞。假定安全系數(shù)為k ，荷載系數(shù)為Z，強(qiáng)度與剛度采用同樣的折減系數(shù)α ，則關(guān)鍵截面由下式?jīng)Q定： 6 62 2bd BDkZ α = （10. 2. 3） 式中 k —— 設(shè)計(jì)荷載與極限荷載的比值。 Z—— 荷載系數(shù)， 決定。 α—— 強(qiáng)度和剛度的折減系數(shù)。 如果已知構(gòu)件的截面尺寸B 和D，可以通過公式( )和( )求出耐火時(shí)間t 。方程的解需通過試算法解決。這一過程較為煩瑣，為了簡化計(jì)算，可以將上述公式進(jìn)行簡化。令8. 0 = α ， 。得出計(jì)算膠合梁小于等于1 小時(shí)耐火極限的計(jì)算公式如下： 33 . 0 = k當(dāng)構(gòu)件四面受火時(shí)： )24( 10 . 0DBZB tf? = （10. 2. 4） 當(dāng)構(gòu)件三面受火時(shí)： ) 4( 10 . 0DBZB tf? = （10. 2. 5 ） 式中 當(dāng)R 0. 5 時(shí)， ；當(dāng) R ≧1. 5 時(shí)， 3. 1 = ZRZ3. 17. 0 + = ；R 為荷載作用與承載力設(shè)計(jì)值的比值。 對于柱構(gòu)件： 柱的破壞模式與構(gòu)件的長細(xì)比有關(guān)，對于短柱，當(dāng)截面面積減小到臨界值時(shí)，發(fā)生短柱破壞模式。這里，假設(shè)安全系數(shù)為 k，荷載系數(shù)為Z，強(qiáng)度的平均折減為α，這樣關(guān)鍵截面由下式?jīng)Q定： bd kZBD α = （10. 2. 6 ） 發(fā)生長柱破壞時(shí)，當(dāng)截面破壞到一定程度時(shí)，截面的慣性模量達(dá)到臨界值。這里，假定安全系數(shù)為k ，荷載系數(shù)為Z，強(qiáng)度的平均折減為α，關(guān)鍵截面由下式?jīng)Q定： 12 123 3bd BDkZ α = （） 式中，D 為柱截面中最窄的尺寸，柱的屈曲發(fā)生在最弱的方向。 這里，假定初始尺寸為B（較大的尺寸）和D（窄邊尺寸），短柱的耐火極限通過公式（10. 2. 1）、（）和（），長柱的耐火極限可以通過公式（）、（10. ）和（10. ）求得。同樣，為了簡化計(jì)算，采用公式（）作為平均值代替公式（），用于短柱，代替公式（）用于長柱。所以，當(dāng) 33 . 0 , 8. 0 = = k α 時(shí)，得出計(jì)算膠合柱小于等于1 小時(shí)耐火極限的計(jì)算公式如下： 354 對于四面受火構(gòu)件 ) 3( 10 . 0BDZD tf? = （） 對于三面受火構(gòu)件 )23( 10 . 0BDZD tf? = （10. 2. 9） 式中，對于短柱（當(dāng) 11 / ≤ D l Ke時(shí)），Z 值為：當(dāng)R 時(shí)， ；當(dāng)R ≧0. 5 時(shí)， 5. 1 = ZRZ3. 09. 0 + = ；對于長柱（當(dāng)Kel /D11 時(shí)），Z 值為：當(dāng)R0. 5 時(shí), ； 當(dāng)R ≧ 時(shí), 3. 1 = ZRZ3. 07. 0 + = 。R 為荷載作用與承載力設(shè)計(jì)值的比值，時(shí)間以分鐘為單位，所有的截面尺寸以毫米。K e值可按表7. 3. 6 選用。 3. 膠合木結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐火極限計(jì)算方法應(yīng)用條件 上一節(jié)中，構(gòu)件耐火極限的計(jì)算公式，在三面受火時(shí)，不適用于構(gòu)件寬面背火的情況，即上述計(jì)算公式，僅當(dāng)柱的某條短邊為不受火面時(shí)，才能成立。另外，當(dāng)柱嵌入墻體中時(shí)，計(jì)算時(shí)，仍按柱的全截面尺寸，. 2 。此外，當(dāng)采用上述公式計(jì)算構(gòu)件的耐火極限時(shí)，還要求構(gòu)件在受火前的截面最小尺寸不得小于140 1 40 (m m)。 4. 膠合木結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐火極限計(jì)算實(shí)例 【 . 1 】 結(jié)構(gòu)膠合梁截面尺寸為 175 380m m ，三面受火，荷載作用為抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的80%。求結(jié)構(gòu)膠合梁的耐火極限。 解：本題中，B = 175 mm，D = 380 m m 圖1 0. 2 .4 荷載系數(shù)Z 值 ：當(dāng)構(gòu)件為三面受火的梁，并且荷載作用為強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的80 % 時(shí)，其荷載系數(shù) Z = 。 6. 663801754 175 075 . 1 1. 0 4 10 . 0 =??????? =??????? =DBZB t （min ） 所以，這根結(jié)構(gòu)膠合梁的耐火極限為1 小時(shí)。 5. 滿足1 小時(shí)耐火極限的結(jié)構(gòu)膠合木的構(gòu)造和最小尺寸要求 膠合梁中的受拉層板總是放在受拉區(qū)的最外側(cè)。而在火災(zāi)中，木構(gòu)件的最外側(cè)木纖維總是首先被破壞的。因?yàn)檫@個原因，當(dāng)膠合梁要求1 小時(shí)的耐火極限時(shí)，設(shè)計(jì)中應(yīng)注明增加一層抗拉層板，代替中間的普通層板（ ）生產(chǎn)廠商應(yīng)在結(jié)構(gòu)膠合木產(chǎn)品上注名“1 小時(shí)耐火極限”。對于對稱的層板組合，頂面和底面均應(yīng)附加抗拉層板。對于柱和拱，則不需要加附加抗拉層板。 為了便于設(shè)計(jì)人員參考選擇結(jié)構(gòu)膠合木構(gòu)件截面， . . 9 、10 .2 .1 0 給出了根據(jù)上述公式計(jì)算的結(jié)構(gòu)膠合木構(gòu)件在達(dá)到100%設(shè)計(jì)承載力和1 小時(shí)耐火極限條件下，構(gòu)件的截面最小尺寸。 355 普通膠合梁截面 1 小時(shí)耐火極限膠合梁截面 圖 小時(shí)耐火極限的不對稱膠合梁 當(dāng)構(gòu)件截面小于表中規(guī)定數(shù)值但大于140 140 的最小截面尺寸的構(gòu)造要求時(shí)，構(gòu)件仍有可能達(dá)到1 小時(shí)的耐火極限，此時(shí)，構(gòu)件設(shè)計(jì)尺寸相對于設(shè)計(jì)荷載來說，必須偏于保守。 滿足 1 小時(shí)耐火極限的梁的截面最小尺寸(mm) 構(gòu)件類型 梁 火災(zāi)暴露面數(shù)量 三面面火 四面面火 梁截面寬度 171 216 222 267 273 171 216 222 267 273 截面最小高度（38mm厚木板） 343 191 152 686 343 305 截面最小高度（35mm厚木板） 340 175 175 699 349 314 注：本表中，即設(shè)計(jì)荷載 作用等于構(gòu)件的設(shè)計(jì)承載力。表中，當(dāng)設(shè)計(jì)荷載產(chǎn)生的荷載作用小于設(shè)計(jì)承載力時(shí)，構(gòu)件的截面高度可適當(dāng)降低。 截面寬度為216 或267 的膠合木構(gòu)件一般采用35厚的木板；截面寬度為222 或273的膠合木構(gòu)件一般采用38厚的層板。 三面受火條件下，滿足1 小時(shí)耐火極限的柱的截面最小尺寸(mm) 構(gòu)件類型 柱 火災(zāi)暴露面數(shù)量 三面面火 Kel/d ≤11 11 柱截面寬度 216 222 267 273 216 222 267 273 截面最小高度（38mm厚木板） 229 191 381 267 截面最小高度（35mm厚木板） 210 210 489 244 注：。 表10 . 2. 10 四面受火條件下，滿足1 小時(shí)耐火極限的柱的截面最小尺寸(m m) 構(gòu)件類型 柱 火災(zāi)暴露面數(shù)量 三面面火 Kel/d ≤11 11 柱截面寬度 216 222 267 273 216 222 267 273 截面最小高度（38mm厚層板） 229 191 381 267 截面最小高度（35mm厚層板） 314 244 978 349 注：同表 。 356 三、木結(jié)構(gòu)建筑防火構(gòu)造要求 (一) 普通木結(jié)構(gòu) 由于普通木結(jié)構(gòu)的承重構(gòu)件是可燃材料，其構(gòu)件的防火完全靠構(gòu)件自身的耐火能力。盡管實(shí)際工程中，涂刷防火涂料、用防火劑浸泡等輔助措施對于提高構(gòu)件的耐火極限有所幫助，但是不能作為提高構(gòu)件耐火極限的手段。采用涂刷防火涂料、用防火劑浸泡等輔助措施，主要是降低火焰在構(gòu)件表面的傳播速度。當(dāng)普通木結(jié)構(gòu)建筑不能通過加大構(gòu)件截面來滿足規(guī)定的耐火極限的要求時(shí)，應(yīng)采取其他主動防火的措施和被動防火的措施同時(shí)并舉的方式，以滿足耐火極限的要求。 1. 采用防火墻對建筑 、建筑群劃分防火分區(qū)。將面積較大的建筑群或建筑物分隔成由幾部分較小面積組成的建筑物，這是一項(xiàng)非常有力的防火措施——無論是針對普通木結(jié)構(gòu)，還是膠合木結(jié)構(gòu)，亦或是輕型木結(jié)構(gòu)。但是，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該特別注意的是《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GBJ1687）第7 . 條規(guī)定“防火墻應(yīng)直接設(shè)置在基礎(chǔ)上或鋼筋混凝土框架上。”以及 “且應(yīng)高出非燃燒體屋面不小于40cm,高出燃燒體或難燃燒體屋面不小于50cm ?！边@一原則是絕不容忽視的，必須遵守（）。 磚或混凝土 磚或混凝土 磚或混凝土 磚或混凝土 防火墻構(gòu)造 木構(gòu)件與不可燃防火墻的連接 357設(shè)計(jì)防火墻時(shí)，應(yīng)考慮防火墻一側(cè)的屋架、梁、樓板等受到火災(zāi)的影響而破壞時(shí)，不致使防火墻倒塌。防火墻應(yīng)為獨(dú)立結(jié)構(gòu)。在保證所需的耐火極限要求的墻體厚度的條件下，木樓蓋可以安裝在防火墻上。設(shè)計(jì)擱柵與墻體的連接時(shí)，應(yīng)保證火災(zāi)中樓蓋的坍塌不會影響到防火墻的坍塌。 給出兩種防火墻的施工建造方法。 2 ．采用防火涂料、浸劑對構(gòu)件進(jìn)行防火處理 目前，國內(nèi)外生產(chǎn)銷售的防火涂料和阻燃劑品種較多，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況和使用場合選用，現(xiàn)簡單介紹如下： 1） 防火涂料 涂刷于木構(gòu)件表面，火災(zāi)時(shí)受熱膨脹，具有阻止火災(zāi)蔓延、保護(hù)可燃基材的作用。 （1）溶劑型防火涂料：溶劑型防火涂料的耐水性和防潮性均較優(yōu)越，且具有良好的表面裝飾效果，但是，由于所采用的溶劑是200 號溶劑汽油、香蕉水、醋酸丁脂等易燃物，所以，在其施工及其涂刷后溶劑完全揮發(fā)之前，要特別注意防火安全。 （2）水劑型防火涂料：水劑型防火涂料是以水作分散介質(zhì)的，其成膜劑主要有丙稀酸乳液、氯乙烯扁二氯乙烯、氯丁乳液、醋酸乙烯乳液、苯丙乳液、水星樹脂等，一般以乳液型飾面防火涂料居多。 （3）透明防火涂料：也稱防火清漆。是近幾年發(fā)展起來并趨于成熟的新型防火涂料品種。該產(chǎn)品主要用于高級木質(zhì)裝飾材料和不準(zhǔn)遮蓋構(gòu)件表面已有的花紋、圖案但又必須進(jìn)行防火保護(hù)的木結(jié)構(gòu)構(gòu)件。 透明防火涂料是以人工合成的有機(jī)高分子樹脂為主體，并經(jīng)特殊的基因改性，使其本身帶有一定量的阻燃基因和能發(fā)泡的基因，再適當(dāng)加入少量的發(fā)泡劑、阻燃劑、碳源等組成防火體系。 在設(shè)計(jì)選用透明防火涂料時(shí)，為保證防火涂料的長效性，最好在其表面再罩一層透明清漆。透明防火涂料的涂刷量為350～500g/m2，罩面清漆的用量一般為50g/ｍ２。 2)水基型阻燃處理劑 水基型阻燃處理劑是近幾年發(fā)展起來的新型防火產(chǎn)品，是通過對木材直接噴涂或浸泡的方式使其達(dá)到規(guī)范要求的耐火等級。例如，經(jīng)過阻燃劑處理過的木質(zhì)防火門，其耐火極限可以達(dá)到甲級——, 以上，均能滿足各類建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范的要求。 (二) 輕型木結(jié)構(gòu)建筑防火構(gòu)造要求 輕型木結(jié)構(gòu)中，框架構(gòu)件和面板之間形成許多空腔，如果墻體構(gòu)件的空腔沿建筑物高度或者與樓蓋或頂棚之間沒有任何阻隔的話，一旦構(gòu)件內(nèi)某處遇火，火焰，高溫氣體以及煙氣會迅速傳播。所以在這些不同的空間之間，應(yīng)增設(shè)擋火構(gòu)造，從構(gòu)造上阻斷火焰、高溫氣體以及煙氣的傳播。根據(jù)火焰、高溫氣體和煙的傳播的方式和規(guī)模，擋火構(gòu)造分成豎向擋火構(gòu)造和水平擋火構(gòu)造。 豎向擋火構(gòu)造主要用來阻擋火焰，高溫氣體和煙氣通過構(gòu)件上的開孔，通過豎向通道在不同構(gòu)件之間的傳播。其主要目的，是將通過相對封閉的空間相對封閉，有效地限制氧氣的供應(yīng)量以達(dá)到限制火焰增長的目的。水平擋火構(gòu)造，則是，限制火焰、高溫氣體和煙氣在水平構(gòu)件中的傳播。水平擋火構(gòu)造的設(shè)置，一般根據(jù)空間中的面積來確定。 1. 豎向擋火構(gòu)造 1) 墻體或隔墻的密閉空間中，擋火構(gòu)件的位置應(yīng)滿足下列要求： (1) 位于每層樓面層高處； (2) 當(dāng)頂棚有耐火極限要求時(shí)，在每層頂棚的位置； (3) 墻體構(gòu)件中的水平空間(例如用于固定墻面石膏板的水平龍骨)，當(dāng)該空間的長度超過20m 時(shí)； 358 1. 豎向擋火構(gòu)造 1) 墻體或隔墻的密閉空間中，擋火構(gòu)件的位置應(yīng)滿足下列要求： (1) 位于每層樓面層高處； (2) 當(dāng)頂棚有耐火極限要求時(shí)，在每層頂棚的位置； (3) 墻體構(gòu)件中的水平空間(例如用于固定墻