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木建课堂 | 重型木结构建筑是如何防火的

木建课堂 | 重型木结构建筑是如何防火的

打印 0条评论来源:加拿大木业

重型木结构建筑逐渐成为当今建筑界大趋势之一,其最大的特点是可以将木材天然的纹理和色泽完全的暴露。但随之而来也带来一些顾虑,例如暴露在外木材遇到火灾是否会不堪一击?


事实和研究证明,重木材料本身具有优良的耐火性,它们在外露时,仍能达到规范要求的耐火时间。今天我们就从几个方面简单的介绍重型木结构建筑是如何做到防火的。


01


炭化效应


当木构件暴露在火灾中时,木材表面会燃烧并形成一层天保护性炭化层。炭化层起到绝缘作用,阻止火焰向内蔓延。炭化层以可预测的速度(约46mm/小时)形成,从而减缓燃烧和火势蔓延。相由于炭化层的保护,大截面的木构件遇火时,其强度保持时间要比金属构件长的多。


建筑火灾的温度大约在摄氏700-900度之间,温度升至230度时,钢材的强度急剧下降,造成结构垮塌,从而致使人员伤亡;而相同温度下,木材才开始燃烧,炭化层将木材与外界隔离并提高木材可承受的温度,保持结构的完整性,为救援人员争取更多救援时间。


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© Scott Breneman


02


重木耐火等级的方法


当重木建筑构件或组件需要具有耐火等级时,通过ASTM E 119进行测试来确定等级。


ASTM E119 测试方法


根据ASTM E119-18第4.2节,防火测试程序将执行以下操作:


将测试样品暴露在标准火中(Standard fire),在指定的时间段内达到指定的温度。该测试提供了建筑元件暴露在火灾条件下对火灾测试相对的响应速度。标准火并不代表所有火灾条件,因为条件会随着火灾载荷量、性质和分布、通风、隔间大小和配置以及隔间的散热器特性的变化而变化。测试条件或测试样品结构的变化,例如尺寸、材料、组装方法,也会影响防火测试响应。由于这些原因,需要对变化进行现场评估。


目前,在北美许多重木构件已成功完成防火测试,且达到3小时或更长时间的耐火等级。大多数测试是根据ASTM E119或其加拿大等效标准ULC S101进行的。两者都使用相同的时间-温度曲线和性能标准,因此,在美国,建筑官员通常可以接受ULC S101防火测试。


03


重木构件的火灾表现


层板胶合木(Glued-Laminated Timber)的防火性能


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© Canada Wood


重型木结构建筑项目通常使用外露的层板胶合木(GLT)柱和梁。这些构件通常被认为是建筑物的主要结构框架或其地板/屋顶结构的一部分。GLT是被认证的建筑材料。相较于笔直的GLT构件,弯曲的GLT构件耐火需要单独试验测定其耐火时间。


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△ 2小时耐火测试对比 © Scott Breneman


层板钉接木(Nail-Laminated Timber)的防火性能


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© Canada Wood


尽管它已在北美建筑中使用多年,但最近随着人们对用于大型木结构建筑的楼面板、屋面板和墙体NLT板的兴趣激增而大火。NLT是一种规范许可的建筑材料,名称为钉接层板胶合木。它的防火性能类似于暴露的GLT。


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© Scott Breneman


榫槽板(Tongue & Groove Decking)的防火性能


T&G地板是一种北美建筑规范许可的建筑材料,名称为榫槽板。它的用途类似于暴露的、耐火性的GLT和NLT。在标准测试后,每块木板的两侧都有33%的炭化深度。


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© Scott Breneman


复合结构木材(Structural Composite Lumber)的防火性能


SCL包括各种工程木制品,例如旋切板顺纹胶合木 (LVL)、层叠木片胶合木(LSL)和平行木片胶合木 (PSL)。这些产品多年来一直用于住宅和商业轻型木结构建筑,但由于它们适用于大型木结构建筑,人们对其兴趣再次增加。SCL产品是建筑规范中可接受的建筑材料。SCL构件耐火系数为46mm/每小时的标准炭化率。


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© Scott Breneman


正交胶合木(Cross-Laminated Timber)的防火性能


CLT一直处于包括北美在内的全球大规模木材革命的前沿。它是一种尺寸稳定的实木面板,在结构和火灾条件下表现良好。CLT在2015年首次得到IBC规范认可。


2015更新的IBC版本提供了暴露CLT深度计算表。这些规定与实心木材和 SCL 构件的不同之处在于,层压厚度与所需的耐火等级相结合决定了最终有效的炭化深度。下表给出了 CLT 面板的有效炭化深度。


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© Scott Breneman


04


重木结构连接节点的防火保护


除了结构木构件(例如梁、柱和地板/屋顶板)的耐火等级要求外,构件之间的连接(例如梁到柱的连接)必须有足够的保护以提供相同的耐火等级。


木材连接处,包括连接设计中的连接器、紧固件和部分木构件,应在所需的耐火时间内防止火灾暴露。由木材、防火石膏板、其他经批准的材料提供保护。


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△ 未经保护的暴露的连接 © Scott Breneman


保护连接节点的措施:


• 受木材炭化保护的隐蔽连接


• 防火石膏板


• 经有管辖权的机关批准的其他材料或方法


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△ 保护的暴露的连接 © Scott Breneman


如果需要不隐蔽的连接,应提供管辖范围可接受的其他耐火方式的证明。一些项目使用涂料为暴露的连接提供保护。建议聘请专业人员对连接细节进行防火工程的分析和评估。


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△ 其他耐火方式连接 © Scott Breneman


05


重木构件的尺寸要求


重木结构的耐火性基于大型木材构件的固有尺寸。在火灾中,大构件比小构件更容易保持结构承载能力;因为在火灾中,构件表面形成炭层,而内部结构保存完好。在北美有一套完整的尺寸规定供参考,规定了柱、地板框架及甲板、屋顶框架及甲板和墙壁的最小重木材料尺寸。这些最小标准尺寸适用于实心重木构件。


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© Scott Breneman


在多户住宅和商业建筑中越来越多地使用裸露的重木材料,只有我们更了解重型木结构防火的底层逻辑,才能更游刃有余地去应用重木结构。更多有关于我国木结构建筑防火的条文规范,可以参考2014年颁布的《建筑设计防火规范》。


(责任编辑:何雯丽)



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[责任编辑:Susan]

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