木結(jié)構(gòu)建筑防火技術研究

摘 要：在木結(jié)構(gòu)建筑的分類和結(jié)構(gòu)受力分析的基礎上提出了技術措施的火木結(jié)構(gòu)建筑，包括外包火法、因為火法、防火設計、防火性能化方法和自動防火設施的使用方法等。根據(jù)設計上面的規(guī)范，提出了木結(jié)構(gòu)的概念和進行木材結(jié)構(gòu)的性能特點分析，指出防火保護的技術措施。

關鍵詞：建筑；木結(jié)構(gòu)；材料特性；火災防護

引言

建筑的單一住宅結(jié)構(gòu)和其他建筑結(jié)構(gòu)有所不同。在美國和其他國家中，木質(zhì)結(jié)構(gòu)房屋使用的主要方法和木結(jié)構(gòu)系統(tǒng)施工技術相對比較成熟。自二十世紀八十年代開始，中國對木結(jié)構(gòu)建筑也有所認識，一段時間內(nèi)頒布了相應的法規(guī)受木材資源和消防法規(guī)。現(xiàn)在，木結(jié)構(gòu)建筑是我們偉大歷史上遺留下來的古老性的建筑——磚結(jié)構(gòu)。下面針對木結(jié)構(gòu)建筑進行詳細分析與總結(jié)。

1 木結(jié)構(gòu)建筑的概念與分類

建筑木材或負載的結(jié)構(gòu)主要大部分是由木材構(gòu)成的，它是由陰陽榫接合或各種金屬連接片固定及相關聯(lián)的連接。根據(jù)不同的機械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，木材結(jié)構(gòu)可分為輕型木結(jié)構(gòu)和沉重的木頭。輕木框架結(jié)構(gòu)的功能組件的尺寸很小，一般的中心組件是少于600毫米。沉重的木制部件的特征斷面尺寸大，具體規(guī)定：柱和梁是大于或等于150毫米，木地板不小于50毫米，主軸承使用木結(jié)構(gòu)系統(tǒng)和木頭來組合在一起。我們要想把防火工作做到位，我們必須先熟悉知道火災組成的3個最基本性的條件和要求，即起火點、燃料和氧化劑。再此基礎上文章關鍵講明了可燃性的消防控制（即木結(jié)構(gòu)建筑防火技術）。

2 木材的特性和燃燒性能

2.1 木材的特性

其實影響木材燃燒的主要原因大概就是形狀、含水率、密度、機械性能、熱傳導和木材的熱值。（1）形狀，木頭的形狀直接影響著火和燃燒率。一般對我們來說，在材質(zhì)相同時，薄的比厚的木材容易燃燒，主要是較大的表面積，在較大的木材表面上加熱，溫度上升快，供氧充分，燃燒相對容易。（2）密度，密度是木材最基本的特征，一般的木材總干密度為300-700m3。木材的密度與溫度相關，當溫度從200度升至300度時，木材的密度會從0.9下降到0.2。木材力學性能與密度之間有一定的比例關系存在，木材的含水率和導熱系數(shù)也與木材的密度存在一定的比例關系。（3）力學性能。木材是一種各向異性的材料，剛度和強度與木紋方向息息相關。機械性能同樣受溫度的大小和炭化率高低的影響。可是這些木材的強度大小差異性，還有強度和韌性大小的剩余部分也有不同的木材炭化。（4）熱導率，木材是一個很好的熱絕緣體。它最突出的特點就是冬天溫暖、夏天涼爽。材料的導熱速度和材料的絕緣性能都直接影響著木材的導熱性能和燃燒性能，其平均熱傳導只有1/350鋼。木材導熱系數(shù)和熱的流動方向、木紋方向、水分含量和密度、導熱系數(shù)和含水率、溫度、密度成正比。木材在導熱性比較差的情況下，具有良好的耐火性，木材的核心溫度升高速度會比較緩慢。燃燒的表面比較容易形成炭化層，增加了木材的熱絕緣，阻隔空氣中的氧氣，控制燃燒速度。（5）熱燃燒的熱值，有關木材性的燃燒，和熱釋放方面的性能。從測試結(jié)果上來看，大部分的木材熱值之間大概是MJ/kg 18.16-27.19。

2.2 燃燒特性

（1）在燃燒中期間，木材是一種固體性可燃的材料。從燃燒熱的這個實際過程上去分解，來努力散發(fā)熱量。一方面，加快分解木材，提供所需要的能量來維持燃燒，在其他方面燃燒過程分為四個階段：一是熱分解緩慢階段，能夠分解出水汽和二氧化碳（CO2）和其他非可燃氣體，能夠消耗大量的能量。二是熱分解階段，分解速率加快，然后幾乎完全蒸發(fā)水份，主要是一氧化碳（CO）和其他可燃氣體，仍然是吸熱階段。第三階段熱分解發(fā)生迅速，并產(chǎn)生大量的甲烷和乙烯和醋酸，甲醇，焦油和其他產(chǎn)品的分解，熱分解完成，木炭燃燒，通過吸熱向放熱轉(zhuǎn)移。揮發(fā)性和可燃性氣體，當溫度超過500快速形成，是氣化階段。（2）在木材燃燒的影響因素情況下，它包括釋放可燃氣體的燃燒表面的環(huán)境。可燃性氣體擴散從外到內(nèi)的燃燒熱傳輸過程都是由木頭、水分含量、木字號等等來實現(xiàn)的。外熱的影響有溫度、環(huán)境空氣循環(huán)和其他燃燒，也都是可以通過一定程度來形成影響的。（3）燃燒特性，木頭燃燒特性大概包括照明、燃燒速率、放熱特征和煙氣毒性這幾個主要的方面。當燃燒的木材熱解發(fā)生第一次，然后再碳化，稱為有效燃燒熱。

3 木結(jié)構(gòu)建筑防火的技術措施

建筑防火設計中首先要考慮的是，當發(fā)生火災的時候，人們都要有足夠的時間來逃離火災，因此消防設計應注重光滑或容易逃跑；其次，木結(jié)構(gòu)能保持足夠的時間穩(wěn)定性，抗火性要強，在木材表面涂層的耐火材料和保溫材料可以方便消防員工作；第三，木結(jié)構(gòu)建筑應有防火分區(qū)及消防滅火設備，并與其他建筑設立防火隔離保護區(qū)、隔離建筑本身和周圍的建筑。如果發(fā)生火災，人們有時間去逃生，并且有效保護其相鄰的建筑物。木結(jié)構(gòu)建筑是經(jīng)常使用以下方法來實現(xiàn)上述防火的要求和標準，這些方法有：外包性防火、防火阻燃的處理、性能化的消防、自動的消防設施應用，如防火措施等。

3.1 外包防火法

非燃性材料防火原理是包裹在外面的木頭，分區(qū)的熱量來自火災源和氧氣與外界之間的聯(lián)系。具體操作外包防火方法是使用防火材料將木制的東西包起來，更好地來努力提高和改善組件耐火的極限。

3.2 自防火法

自我預防火災它指的是火災燃燒木材的炭化層的利用和使用，不設置額外的防火措施的方法。在木材被迅速點燃，熱電阻和燃燒形成的碳化層可有效阻止火災的蔓延，為火災救援工作爭取時間。由于炭化層是該方法的核心要素，因此，在進行建筑用料選取時，應多選取較大的木材用料。這個消防法通常用于重型木結(jié)構(gòu)。

3.3 阻燃處理法

阻燃劑范圍使用包括：許多老建筑的木材結(jié)構(gòu)組件、輕木部件和重的木制零件。阻燃劑的作用包括：延緩木材的燃燒速度、防止輻射等。國際上研制了多種可有效改善木材防火效能的阻燃劑，例如，磷和氮硼效率復合木材阻燃劑FRW、Dricon等。

3.4 性能化防火法

性能化防火保護方法的全稱是建筑防火性能化設計。該方法是基于火災性安全工程在建筑消防里使用的一個新的方法。根據(jù)木材結(jié)構(gòu)新穎進行木結(jié)構(gòu)建筑的防火設計。首先要確定評價對象和攻擊的目標。然后進行火災現(xiàn)場模擬。最后進行方案評估和問題說明。

3.5 自動消防設施的應用法

木結(jié)構(gòu)建筑在自動消防設施的設置過程中，我們還沒有嚴格的規(guī)定，但考慮到可燃的木結(jié)構(gòu)建筑的構(gòu)件在災發(fā)生時會速度燃燒，火災現(xiàn)場還會產(chǎn)生突發(fā)狀況，消防條件比較差，它推廣的自動火災探測和滅火系統(tǒng)應用的初期都是必要和必須的，可以更好地實現(xiàn)現(xiàn)代防火的措施。

3.6 其他措施防火法

我們還可以需要采取其他防火方法措施，如電氣防火線、空調(diào)系統(tǒng)、燃氣熱水器防火等防火措施來實現(xiàn)火災的預防，確保木結(jié)構(gòu)建筑的防火措施萬無一失。

4 結(jié)束語

木結(jié)構(gòu)建筑符合可持續(xù)發(fā)展的要求和標準，對木結(jié)構(gòu)建筑的防火技術的探討具有理論價值和實踐價值。與此同時，由于城市建設的快速穩(wěn)步發(fā)展，作為發(fā)展綠色木材的物質(zhì)基礎性的木結(jié)構(gòu)建筑，我們應該努力的來發(fā)展民用型和防火等級高的木結(jié)構(gòu)建筑的連接組件，這應該成為我們今后研究的重要方向。

參考文獻

[1]GB 50016-2012.建筑設計防火規(guī)范[S].

[2]GB 50005-2011.木結(jié)構(gòu)設計規(guī)范[S].

[3]公安部天津防火研究所.倪紹鵬.木結(jié)構(gòu)建筑防火技術研究報告[R].2011.

作者簡介：王茂靚（1981，5-），男，重慶綦江人，碩士，工程師，研究方向：消防安全工程。