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木结构建筑防火设计中的问题分析

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[摘要针对木结构建筑及其防火设计,对耐火极限、建筑层数及面积和防火间距三个关键问题进行分析,并提出相关建议及研究发展方向,以提高木结构建筑防火设计水平。

[关键词]木结构建筑;建筑防火设计

木结构建筑在当前仍有很大范围的使用,对木结构建筑而言,其最大的问题在于防火,一旦木结构建筑起火,则很难有效控制,造成严重的后果。因此,必须重视并做好木结构建筑防火设计。

1耐火极限问题

耐火极限是指进行耐火试验时,从开始受到火的作用,到完全丧失承载能力经历的时间,不同国家对这一指标有不同的要求。美国按照IBC标准,根据建筑材料是否具有可燃性和是否采取了防火保护措施把建筑分成九类。按建筑类别,对构件耐火极限提出要求。针对重型木结构而言,外墙应采用耐火极限不少于2h的材料,且不能具有可燃性,内部构件应采用耐火极限不少于1h的材料,完成阻燃处理的框架,也可用于建筑外墙。另外,如果建筑设有自动喷水装置,则可适当降低对材料提出的耐火极限要求。与此同时,对木构件的截面尺寸也提出了明细要求,以此进一步保证耐火极限:(1)当柱承受楼面上的荷载时,其宽度×高度应为203mm×203mm;(2)当柱承受屋面上的荷载时,其宽度×高度应为152mm×203mm;(3)对于楼面梁,其宽度×高度应为152mm×254mm;(4)对于楼面拱,其宽度×高度应为203mm×203mm;(5)对于楼面桁架,其宽度×高度应为203mm×203mm;(6)对于从楼面上起始的木屋架及屋面拱,其宽度×高度应为152mm×152mm(上部分)及152mm×203mm(下部分);(7)对于从墙顶起始的木桁架及屋面拱,一级其它在屋顶使用的结构,其宽度×高度应为102mm×152mm[1]。

在我国的相关设计规范当中,也针对木结构提出了和燃烧性能及耐火极限有关的要求,比如,对于防火墙,其耐火极限应达到3.00h以上,且应为不燃烧体;对于承重墙(包括分户墙、楼梯墙、电梯井墙),其耐火极限应达到1.00h以上,且应为难燃烧体;对于非承重外墙(包括走道隔墙),其耐火极限应达到1.00h以上,且应为难燃烧体;对于分室隔墙,其耐火极限应达到0.50h以上,且应为难燃烧体;对于单、多层承重柱及包含屋顶、梁和楼盖等在内的承重构件,其耐火极限应达到1.00h以上,且应为难燃烧体;对于疏散楼梯,其耐火极限应达到0.20h以上,且应为难燃烧体;对于室内吊顶,其耐火极限应达到0.25h以上,且应为难燃烧体。NBCC标准提出,如果建筑可以使用具有可燃性的材料,并且对耐火极限提出的要求在0.75h以内,则可运用重型木结构。但木构件的表面必须平整,成型后构件的截面尺寸不能有突变,且用于承重的柱,其上、下层必须保持连续。通过对不同标准提出的要求的对比,可得出以下结论:第一,相比之下,德国提出的耐火极限标准相对较低,通常为0.75h。而美国相对较高,通常在1-2h范围内,同时还要通过对尺寸的限制来达到预期的耐火极限。第二,IBC标准提出,如果建筑采用自动喷淋装置,则可放宽对耐火极限提出的要求[2]。

2建筑层数及面积

按照现行设计规范的要求,对于采用木结构的建筑,其层数应控制在三层以内,楼层数不同的木结构建筑,其长度和面积应满足以下要求:(1)单层木结构建筑,长度不能超过100m,面积不能超过1200m2;(2)双层木结构建筑,长度不能超过80m,面积不能超过900m2;(3)三层木结构建筑,长度不能超过60m,面积不能超过600m2。而国外针对木结构建筑楼层数和面积提出的要求主要将建筑用途与是否装有自动喷淋装置为依据来确定:(1)美国对居住用木结构建筑的要求为:耐火极限应达到TypeV,楼层数为3层或4层,当装有自动喷淋装置时,面积不能超过3300m2与5700m2,当没装自动喷淋装置时,面积不能超过1100m2与1900m2;美国对商务用木结构建筑的要求为:耐火极限应达到TypeV,楼层数为3层或4层,当装有自动喷淋装置时,面积不能超过4800m2与9900m2,当没装自动喷淋装置时,面积不能超过1600m2与3300m2。(2)加拿大对居住用木结构建筑的要求为:极限耐火应达到0.75h以上,楼层数不能超过3层,当装有自动喷淋装置时,面积不能超过1800m2;当没装自动喷淋装置时,面积不能超过600m2;对商务用木结构建筑的要求为:极限耐火应达到0.75h以上,楼层数不能超过3层,当装有自动喷淋装置时,面积不能超过4800m2;当没装自动喷淋装置时,面积不能超过1600m2。(3)德国的木结构建筑大多为独栋建筑,相关标准对耐火极限、建筑面积都未提出要求,但楼层数不能超过3层[3]。

3防火间距问题

防火间距即保证建筑间能有充分救援、疏散空间的间距。上述提到的IBC标准与NBC标准均以开口情况为依据,结合外墙采用材料进行防火间距的设计,美国要求防火间距达到1.5-3.0m,加拿大要求防火间距达到1.2-2.0m。瑞士与德国均提出了最小值,为4m与6m。此外,瑞士的相关规范还要求,如果相邻两栋建筑之间的距离在4m以内,则应采取能有效抑制火灾不断蔓延的措施。我国在这一方面提出以下要求:楼层数在3-4层范围内的住宅及商务建筑,如果外墙上的门窗开洞总面积小于外墙总面积1/10,则应将防火间距控制在5-7m范围内。

4结论

(1)在设计中,可借鉴加拿大的做法,即从耐火极限这一方面着手,使结构受到火的作用后依然能保持稳定,创造更多的逃生时间。(2)积极研发新型阻燃材料,以及高效且环保的阻燃剂。(3)分析木结构及其用胶在火灾条件下的使用性能。(4)分析喷淋装置对木结构具有的保护作用,以及能预防火灾快速蔓延的有效措施。

参考文献

[1]李嘉慧,刘艺文,王正,孙欣瑜,李婷,陈偲.木结构建筑梁柱防火性能分析研究[J].木工机床,2018(01):12-14.

[2]刘山山.关于木结构建筑防火技术的研究[J].消防技术与产品信息,2017(11):17-19.

[3]张晋,李成,张悦洋,蔡建国.木结构抗火性能及防火设计研究现状[J].工业建筑,2016,46(02):112-119.

作者:黎杞昌 单位:江西省天浩国际设计有限公司

耐火材料杂志责任编辑:陈老师    阅读:人次