【正文】 過碳化速度β 得到以下關系： 炭化層 構件耐火極限計算簡圖 353當構件四面面火時， β β 2 2d D d Bt?=?= （10. ） 當構件三面受火時： β βd D b Bt?=?=2 （10. ） 對于梁構件， 當截面的面積矩減小到臨界數(shù)值時，梁會破壞。假定安全系數(shù)為k ，荷載系數(shù)為Z，強度與剛度采用同樣的折減系數(shù)α ，則關鍵截面由下式?jīng)Q定： 6 62 2bd BDkZ α = （10. 2. 3） 式中 k —— 設計荷載與極限荷載的比值。 Z—— 荷載系數(shù)， 決定。 α—— 強度和剛度的折減系數(shù)。 如果已知構件的截面尺寸B 和D，可以通過公式( )和( )求出耐火時間t 。方程的解需通過試算法解決。這一過程較為煩瑣，為了簡化計算，可以將上述公式進行簡化。令8. 0 = α ， 。得出計算膠合梁小于等于1 小時耐火極限的計算公式如下： 33 . 0 = k當構件四面受火時： )24( 10 . 0DBZB tf? = （10. 2. 4） 當構件三面受火時： ) 4( 10 . 0DBZB tf? = （10. 2. 5 ） 式中 當R 0. 5 時， ；當 R ≧1. 5 時， 3. 1 = ZRZ3. 17. 0 + = ；R 為荷載作用與承載力設計值的比值。 對于柱構件： 柱的破壞模式與構件的長細比有關，對于短柱，當截面面積減小到臨界值時，發(fā)生短柱破壞模式。這里，假設安全系數(shù)為 k，荷載系數(shù)為Z，強度的平均折減為α，這樣關鍵截面由下式?jīng)Q定： bd kZBD α = （10. 2. 6 ） 發(fā)生長柱破壞時，當截面破壞到一定程度時，截面的慣性模量達到臨界值。這里，假定安全系數(shù)為k ，荷載系數(shù)為Z，強度的平均折減為α，關鍵截面由下式?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 33 . 0 , 8. 0 = = k α 時，得出計算膠合柱小于等于1 小時耐火極限的計算公式如下： 354 對于四面受火構件 ) 3( 10 . 0BDZD tf? = （） 對于三面受火構件 )23( 10 . 0BDZD tf? = （10. 2. 9） 式中，對于短柱（當 11 / ≤ D l Ke時），Z 值為：當R 時， ；當R ≧0. 5 時， 5. 1 = ZRZ3. 09. 0 + = ；對于長柱（當Kel /D11 時），Z 值為：當R0. 5 時, ； 當R ≧ 時, 3. 1 = ZRZ3. 07. 0 + = 。R 為荷載作用與承載力設計值的比值，時間以分鐘為單位，所有的截面尺寸以毫米。K e值可按表7. 3. 6 選用。 3. 膠合木結構構件的耐火極限計算方法應用條件 上一節(jié)中，構件耐火極限的計算公式，在三面受火時，不適用于構件寬面背火的情況，即上述計算公式，僅當柱的某條短邊為不受火面時，才能成立。另外，當柱嵌入墻體中時，計算時，仍按柱的全截面尺寸，. 2 。此外，當采用上述公式計算構件的耐火極限時，還要求構件在受火前的截面最小尺寸不得小于140 1 40 (m m)。 4. 膠合木結構構件的耐火極限計算實例 【 . 1 】 結構膠合梁截面尺寸為 175 380m m ，三面受火，荷載作用為抗彎強度設計值的80%。求結構膠合梁的耐火極限。 解：本題中，B = 175 mm，D = 380 m m 圖1 0. 2 .4 荷載系數(shù)Z 值 ：當構件為三面受火的梁，并且荷載作用為強度設計值的80 % 時，其荷載系數(shù) Z = 。 6. 663801754 175 075 . 1 1. 0 4 10 . 0 =??????? =??????? =DBZB t （min ） 所以，這根結構膠合梁的耐火極限為1 小時。 5. 滿足1 小時耐火極限的結構膠合木的構造和最小尺寸要求 膠合梁中的受拉層板總是放在受拉區(qū)的最外側。而在火災中，木構件的最外側木纖維總是首先被破壞的。因為這個原因，當膠合梁要求1 小時的耐火極限時，設計中應注明增加一層抗拉層板，代替中間的普通層板（ ）生產(chǎn)廠商應在結構膠合木產(chǎn)品上注名“1 小時耐火極限”。對于對稱的層板組合，頂面和底面均應附加抗拉層板。對于柱和拱，則不需要加附加抗拉層板。 為了便于設計人員參考選擇結構膠合木構件截面， . . 9 、10 .2 .1 0 給出了根據(jù)上述公式計算的結構膠合木構件在達到100%設計承載力和1 小時耐火極限條件下，構件的截面最小尺寸。 355 普通膠合梁截面 1 小時耐火極限膠合梁截面 圖 小時耐火極限的不對稱膠合梁 當構件截面小于表中規(guī)定數(shù)值但大于140 140 的最小截面尺寸的構造要求時，構件仍有可能達到1 小時的耐火極限，此時，構件設計尺寸相對于設計荷載來說，必須偏于保守。 滿足 1 小時耐火極限的梁的截面最小尺寸(mm) 構件類型 梁 火災暴露面數(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，即設計荷載 作用等于構件的設計承載力。表中，當設計荷載產(chǎn)生的荷載作用小于設計承載力時，構件的截面高度可適當降低。 截面寬度為216 或267 的膠合木構件一般采用35厚的木板；截面寬度為222 或273的膠合木構件一般采用38厚的層板。 三面受火條件下，滿足1 小時耐火極限的柱的截面最小尺寸(mm) 構件類型 柱 火災暴露面數(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 小時耐火極限的柱的截面最小尺寸(m m) 構件類型 柱 火災暴露面數(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、木結構建筑防火構造要求 (一) 普通木結構 由于普通木結構的承重構件是可燃材料，其構件的防火完全靠構件自身的耐火能力。盡管實際工程中，涂刷防火涂料、用防火劑浸泡等輔助措施對于提高構件的耐火極限有所幫助，但是不能作為提高構件耐火極限的手段。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件表面的傳播速度。當普通木結構建筑不能通過加大構件截面來滿足規(guī)定的耐火極限的要求時，應采取其他主動防火的措施和被動防火的措施同時并舉的方式，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，這是一項非常有力的防火措施——無論是針對普通木結構，還是膠合木結構，亦或是輕型木結構。但是，設計人員應該特別注意的是《建筑設計防火規(guī)范》（GBJ1687）第7 . 條規(guī)定“防火墻應直接設置在基礎上或鋼筋混凝土框架上?！币约?“且應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 防火墻構造 木構件與不可燃防火墻的連接 357設計防火墻時，應考慮防火墻一側的屋架、梁、樓板等受到火災的影響而破壞時，不致使防火墻倒塌。防火墻應為獨立結構。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。設計擱柵與墻體的連接時，應保證火災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、浸劑對構件進行防火處理 目前，國內(nèi)外生產(chǎn)銷售的防火涂料和阻燃劑品種較多，設計時應根據(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 涂刷于木構件表面，火災時受熱膨脹，具有阻止火災蔓延、保護可燃基材的作用。 （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裝飾材料和不準遮蓋構件表面已有的花紋、圖案但又必須進行防火保護的木結構構件。 透明防火涂料是以人工合成的有機高分子樹脂為主體，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，再適當加入少量的發(fā)泡劑、阻燃劑、碳源等組成防火體系。 在設計選用透明防火涂料時，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防火門，其耐火極限可以達到甲級——, 以上，均能滿足各類建筑設計防火規(guī)范的要求。 (二) 輕型木結構建筑防火構造要求 輕型木結構中，框架構件和面板之間形成許多空腔，如果墻體構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，應增設擋火構造，從構造上阻斷火焰、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，擋火構造分成豎向擋火構造和水平擋火構造。 豎向擋火構造主要用來阻擋火焰，高溫氣體和煙氣通過構件上的開孔，通過豎向通道在不同構件之間的傳播。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量以達到限制火焰增長的目的。水平擋火構造，則是，限制火焰、高溫氣體和煙氣在水平構件中的傳播。水平擋火構造的設置，一般根據(jù)空間中的面積來確定。 1. 豎向擋火構造 1) 墻體或隔墻的密閉空間中，擋火構件的位置應滿足下列要求： (1) 位于每層樓面層高處； (2) 當頂棚有耐火極限要求時，在每層頂棚的位置； (3) 墻體構件中的水平空間(例如用于固定墻面石膏板的水平龍骨)，當該空間的長度超過20m 時； 358 1. 豎向擋火構造 1) 墻體或隔墻的密閉空間中，擋火構件的位置應滿足下列要求： (1) 位于每層樓面層高處； (2) 當頂棚有耐火極限要求時，在每層頂棚的位置； (3) 墻體構件中的水平空間(例如用于固定墻