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木建課堂 | 重型木結(jié)構(gòu)建筑是如何防火的

“重型木結(jié)構(gòu)建筑逐漸成為當(dāng)今建筑界大趨勢之一，其最大的特點(diǎn)是可以將木材天然的紋理和色澤完全的暴露。但隨之而來也帶來一些顧慮，例如暴露在外木材遇到火災(zāi)是否會(huì)不堪一擊？”

事實(shí)和研究證明，重木材料本身具有優(yōu)良的耐火性，它們在外露時(shí)，仍能達(dá)到規(guī)范要求的耐火時(shí)間。今天我們就從幾個(gè)方面簡單的介紹重型木結(jié)構(gòu)建筑是如何做到防火的。

炭化效應(yīng)

當(dāng)木構(gòu)件暴露在火災(zāi)中時(shí)，木材表面會(huì)燃燒并形成一層天保護(hù)性炭化層。炭化層起到絕緣作用，阻止火焰向內(nèi)蔓延。炭化層以可預(yù)測的速度（約46mm/小時(shí)）形成，從而減緩燃燒和火勢蔓延。相由于炭化層的保護(hù)，大截面的木構(gòu)件遇火時(shí)，其強(qiáng)度保持時(shí)間要比金屬構(gòu)件長的多。

建筑火災(zāi)的溫度大約在攝氏700-900度之間，溫度升至230度時(shí)，鋼材的強(qiáng)度急劇下降，造成結(jié)構(gòu)垮塌，從而致使人員傷亡；而相同溫度下，木材才開始燃燒，炭化層將木材與外界隔離并提高木材可承受的溫度，保持結(jié)構(gòu)的完整性，為救援人員爭取更多救援時(shí)間。

? Scott Breneman

重木耐火等級的方法

當(dāng)重木建筑構(gòu)件或組件需要具有耐火等級時(shí)，通過ASTM E 119進(jìn)行測試來確定等級。

ASTM E119 測試方法

根據(jù)ASTM E119-18第4.2節(jié)，防火測試程序?qū)?zhí)行以下操作：

將測試樣品暴露在標(biāo)準(zhǔn)火中（Standard fire），在指定的時(shí)間段內(nèi)達(dá)到指定的溫度。該測試提供了建筑元件暴露在火災(zāi)條件下對火災(zāi)測試相對的響應(yīng)速度。標(biāo)準(zhǔn)火并不代表所有火災(zāi)條件，因?yàn)闂l件會(huì)隨著火災(zāi)載荷量、性質(zhì)和分布、通風(fēng)、隔間大小和配置以及隔間的散熱器特性的變化而變化。測試條件或測試樣品結(jié)構(gòu)的變化，例如尺寸、材料、組裝方法，也會(huì)影響防火測試響應(yīng)。由于這些原因，需要對變化進(jìn)行現(xiàn)場評估。

目前，在北美許多重木構(gòu)件已成功完成防火測試，且達(dá)到3小時(shí)或更長時(shí)間的耐火等級。大多數(shù)測試是根據(jù)ASTM E119或其加拿大等效標(biāo)準(zhǔn)ULC S101進(jìn)行的。兩者都使用相同的時(shí)間-溫度曲線和性能標(biāo)準(zhǔn)，因此，在美國，建筑官員通常可以接受ULC S101防火測試。

重木構(gòu)件的火災(zāi)表現(xiàn)

層板膠合木（Glued-Laminated Timber）的防火性能

? Canada Wood

重型木結(jié)構(gòu)建筑項(xiàng)目通常使用外露的層板膠合木（GLT）柱和梁。這些構(gòu)件通常被認(rèn)為是建筑物的主要結(jié)構(gòu)框架或其地板/屋頂結(jié)構(gòu)的一部分。GLT是被認(rèn)證的建筑材料。相較于筆直的GLT構(gòu)件，彎曲的GLT構(gòu)件耐火需要單獨(dú)試驗(yàn)測定其耐火時(shí)間。

△ 2小時(shí)耐火測試對比 ? Scott Breneman

層板釘接木（Nail-Laminated Timber）的防火性能

? Canada Wood

盡管它已在北美建筑中使用多年，但最近隨著人們對用于大型木結(jié)構(gòu)建筑的樓面板、屋面板和墻體NLT板的興趣激增而大火。NLT是一種規(guī)范許可的建筑材料，名稱為釘接層板膠合木。它的防火性能類似于暴露的GLT。

? Scott Breneman

榫槽板（Tongue & Groove Decking）的防火性能

T&G地板是一種北美建筑規(guī)范許可的建筑材料，名稱為榫槽板。它的用途類似于暴露的、耐火性的GLT和NLT。在標(biāo)準(zhǔn)測試后，每塊木板的兩側(cè)都有33%的炭化深度。

? Scott Breneman

復(fù)合結(jié)構(gòu)木材（Structural Composite Lumber）的防火性能

SCL包括各種工程木制品，例如旋切板順紋膠合木 (LVL)、層疊木片膠合木(LSL)和平行木片膠合木 (PSL)。這些產(chǎn)品多年來一直用于住宅和商業(yè)輕型木結(jié)構(gòu)建筑，但由于它們適用于大型木結(jié)構(gòu)建筑，人們對其興趣再次增加。SCL產(chǎn)品是建筑規(guī)范中可接受的建筑材料。SCL構(gòu)件耐火系數(shù)為46mm/每小時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)炭化率。

? Scott Breneman

正交膠合木（Cross-Laminated Timber）的防火性能

CLT一直處于包括北美在內(nèi)的全球大規(guī)模木材革命的前沿。它是一種尺寸穩(wěn)定的實(shí)木面板，在結(jié)構(gòu)和火災(zāi)條件下表現(xiàn)良好。CLT在2015年首次得到IBC規(guī)范認(rèn)可。

2015更新的IBC版本提供了暴露CLT深度計(jì)算表。這些規(guī)定與實(shí)心木材和 SCL 構(gòu)件的不同之處在于，層壓厚度與所需的耐火等級相結(jié)合決定了最終有效的炭化深度。下表給出了 CLT 面板的有效炭化深度。

? Scott Breneman

重木結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)的防火保護(hù)

除了結(jié)構(gòu)木構(gòu)件（例如梁、柱和地板/屋頂板）的耐火等級要求外，構(gòu)件之間的連接（例如梁到柱的連接）必須有足夠的保護(hù)以提供相同的耐火等級。

木材連接處，包括連接設(shè)計(jì)中的連接器、緊固件和部分木構(gòu)件，應(yīng)在所需的耐火時(shí)間內(nèi)防止火災(zāi)暴露。由木材、防火石膏板、其他經(jīng)批準(zhǔn)的材料提供保護(hù)。

△ 未經(jīng)保護(hù)的暴露的連接 ? Scott Breneman

保護(hù)連接節(jié)點(diǎn)的措施：

? 受木材炭化保護(hù)的隱蔽連接

? 防火石膏板

? 經(jīng)有管轄權(quán)的機(jī)關(guān)批準(zhǔn)的其他材料或方法

△ 保護(hù)的暴露的連接 ? Scott Breneman

如果需要不隱蔽的連接，應(yīng)提供管轄范圍可接受的其他耐火方式的證明。一些項(xiàng)目使用涂料為暴露的連接提供保護(hù)。建議聘請專業(yè)人員對連接細(xì)節(jié)進(jìn)行防火工程的分析和評估。

△ 其他耐火方式連接 ? Scott Breneman

重木構(gòu)件的尺寸要求

重木結(jié)構(gòu)的耐火性基于大型木材構(gòu)件的固有尺寸。在火災(zāi)中，大構(gòu)件比小構(gòu)件更容易保持結(jié)構(gòu)承載能力；因?yàn)樵诨馂?zāi)中，構(gòu)件表面形成炭層，而內(nèi)部結(jié)構(gòu)保存完好。在北美有一套完整的尺寸規(guī)定供參考，規(guī)定了柱、地板框架及甲板、屋頂框架及甲板和墻壁的最小重木材料尺寸。這些最小標(biāo)準(zhǔn)尺寸適用于實(shí)心重木構(gòu)件。

? Scott Breneman

在多戶住宅和商業(yè)建筑中越來越多地使用裸露的重木材料，只有我們更了解重型木結(jié)構(gòu)防火的底層邏輯，才能更游刃有余地去應(yīng)用重木結(jié)構(gòu)。更多有關(guān)于我國木結(jié)構(gòu)建筑防火的條文規(guī)范，可以參考2014年頒布的《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》。

（責(zé)任編輯：何雯麗）