木結(jié)構(gòu)建筑的防火設(shè)計(jì)
2010年08月06日
發(fā)表日期：2007年1月27日 作者：蔣昌松 編著
一、木材的燃燒
木材受熱，溫度100攝氏度 以下時(shí)，只蒸發(fā)水分，不發(fā)生分解。繼續(xù)加熱，溫度在100-200OC時(shí)，木材開始分解，但分解速度很慢，分解出的主要是水蒸汽和二氧化碳，同時(shí)還有少量的一氧化碳和有機(jī)酸氣體。因此，2000C以下，對(duì)木材加熱，個(gè)吸熱過程，不會(huì)發(fā)生燃燒。
沒有空氣的條件下，木材加熱超越2000C時(shí)，即開始分解，最初比較緩慢，隨著溫度的提高，分解加速，當(dāng)溫度達(dá)到260OC~3300C時(shí)，木材分解到達(dá)最高峰。木材急劇分解時(shí)，放出可燃?xì)怏w，如一氧化碳、甲烷、甲醇以及高燃點(diǎn)的焦油成分等，而剩余物為木炭。木材在溫度達(dá)到400~450oC時(shí)完全碳化。木材在急劇分解的同時(shí)放出大量的反應(yīng)熱，故此過程屬于放熱反應(yīng)過程。
木材受熱分解時(shí)，放出的可燃?xì)怏w和剩余物，若與氧氣或氧化劑相遇，則發(fā)生氧化反應(yīng)，放出熱和光的化學(xué)反應(yīng)稱為燃燒。木炭與氧氣發(fā)生的反應(yīng)稱為緞燒。燃燒發(fā)生的熱進(jìn)一步使周圍的木材受熱分解，連續(xù)放出可燃?xì)怏w，使燃燒擴(kuò)展。
木材受熱分解而急速放出可燃?xì)怏w時(shí)，氧氣在木材外表碳化層的擴(kuò)散受到阻礙，因而氣相燃燒通常是離木材外表一定距離處進(jìn)行的由于木炭層傳熱性低，故木材外表形成碳化層后，對(duì)木炭層下面的木材與其外面氣相燃燒產(chǎn)生的熱起隔離作用，延緩內(nèi)層的木材達(dá)到熱解溫度，可燃?xì)怏w也因而不急速放出，這就導(dǎo)致燃燒緩慢，也使木材碳化速度減慢，若離開明火作用，就有可能逐步停止燃燒。這就是罕見的大截面木構(gòu)件雖沒有防火處置卻相當(dāng)能耐火的原因。
二、木結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)原則
木材是一種可燃材料，規(guī)范規(guī)定凡處于下列生產(chǎn)、使用條件的房屋和構(gòu)筑物不應(yīng)采用木結(jié)構(gòu)：
1極易引起火災(zāi)危險(xiǎn)的
2受生產(chǎn)性高溫影響，木材外表溫度高于50OC
設(shè)計(jì)木結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)采取防火情施。防火措施有建筑設(shè)計(jì)構(gòu)造防火處置和使用化學(xué)防火劑處理兩種。
木結(jié)構(gòu)房屋的建筑設(shè)計(jì)構(gòu)造防火處置，應(yīng)遵照現(xiàn)行《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GBJ16-87有關(guān)規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過控制木結(jié)構(gòu)的使用范圍、層數(shù)、長(zhǎng)度、面積、防火間距，并規(guī)定必要的平安措施（如設(shè)置平安入口、防火墻等）以預(yù)防火災(zāi)的發(fā)生，或在已發(fā)生災(zāi)情地區(qū)控制火災(zāi)蔓延及減少火災(zāi)損失。
木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：設(shè)計(jì)上除應(yīng)遵守現(xiàn)行《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》規(guī)定外，尚應(yīng)采取下列構(gòu)造措施：
1有火源的房屋內(nèi)，須設(shè)置防止火焰、火星及輻射熱危害的防火設(shè)施（如防火隔墻、防火幕、石棉隔板等）使木結(jié)構(gòu)與火源隔開，被隔開的木結(jié)構(gòu)仍應(yīng)具有通風(fēng)條件，不得將結(jié)構(gòu)包裹在防產(chǎn)層內(nèi)。
2當(dāng)房屋中有采暖或炊事的磚煙囪時(shí)，與木構(gòu)件相鄰部位的煙囪壁厚應(yīng)加厚至240mm
煙囪外表面與木構(gòu)件之間的凈距，不應(yīng)小于下列規(guī)定：
對(duì)于磚或混凝土煙囪120mm
對(duì)于金屬煙囪240mm
當(dāng)煙囪穿過木屋蓋的吊頂時(shí)，煙囪周圍500mm范圍內(nèi)，不得采用可燃資料作保溫層。
3當(dāng)房屋有采暖管道通過木構(gòu)件時(shí)，其管壁外表應(yīng)與木構(gòu)件堅(jiān)持不小于50mm凈距（若采暖管道的溫度超越100'C此凈距尚應(yīng)適當(dāng)加大）或用非燃燒資料隔熱。4木屋蓋吊頂內(nèi)的電線，應(yīng)采用金屬管配線，或使用帶金屬維護(hù)層的絕緣導(dǎo)線。白熾燈、鹵鎢燈、熒光高汞燈及其鎮(zhèn)流器等不應(yīng)直接裝置在木構(gòu)件上。
5有可能遭受火災(zāi)危險(xiǎn)的木結(jié)構(gòu)，宜采用刨光的方木（包括膠合木）或原木制作；木屋蓋的吊頂及木隔墻等應(yīng)采用抹灰或設(shè)置水泥石棉板、石膏板等防火措施；保溫和隔音資料宜采用非燃燒材料（如礦棉、爐渣等）制作。
用化學(xué)防火劑處理是用某些化合物注入木材，以提高木材的抗火性；或者在木材外表涂以抗火涂氣以防止木結(jié)構(gòu)起火或延緩木結(jié)構(gòu)的燃燒速度。對(duì)有可能遭受火災(zāi)危險(xiǎn)的建筑物以及對(duì)防火要求較高的木結(jié)構(gòu)，除應(yīng)在構(gòu)造上采取防火措施外，尚宜用防火劑進(jìn)行處理。
一、木材防火劑
良好的木材防火劑應(yīng)具有較高的防火效力、對(duì)人畜無(wú)害，且價(jià)格便宜，對(duì)木材的主要性能（如吸濕性、尺寸穩(wěn)定性、木材強(qiáng)度、油漆和膠合等）無(wú)不良影響，對(duì)金屬不產(chǎn)生腐蝕，并具有抗流失和對(duì)防蟲防腐有利等作用。
可用作浸漬防火劑的資料很多，目前廣泛使用的多為無(wú)機(jī)化合物。這些無(wú)機(jī)化合物的主要優(yōu)點(diǎn)是防火效力高且價(jià)格低廉，但它對(duì)材性略有不良影響。用作這類防火劑的無(wú)機(jī)化合物主要有：磷酸氫二錢、硫酸按、氯化鋅、硼砂、硼酸和三氧化二銻等。磷酸氫二按和磷酸二氫餒抑制燃燒效果好。硼酸防止灼熱很有效，但抑制燃燒較差。翻酸與硼砂混合能抑制燃燒。由于各種化合物具有不同的特性，故采用多種化合的復(fù)合物作防火劑往往效果最好。
硅酸鈉（水玻璃）常用做防火涂料的主要成分，并加入惰性資料如高嶺土、石棉等混合使用。尿醛樹脂和磷酸鐵為基礎(chǔ)的混合物，也常用作防火涂料。
二、木材化學(xué)防火處置方法
木材化學(xué)防火處置方法可分為浸漬和外表涂復(fù)兩種。
1．防火劑浸漬處理
防火劑浸漬處理的作用，主要是起火時(shí)，能阻止或延緩木材溫度的升高，降低火焰蔓延的速度以及減低火焰穿透木材的速度。
防火劑浸漬方法與防腐劑浸漬方法相似，不同乏處是防火劑需要很高的注入量，故常用壓力浸注法；對(duì)容易浸注的木材，也可采用熱冷槽法浸注。
2．外表涂覆處理
防火劑涂覆在木材外表的主要作用是將木材與熱源隔開，以阻止木材的受熱分解和放出可燃?xì)庑?，此外還可防止空氣直接與木材接觸。外表涂覆處置多用于提高已建成的木結(jié)構(gòu)的防火能力。
承重木結(jié)構(gòu)使用的防火劑的應(yīng)是對(duì)人畜無(wú)毒，且經(jīng)消防部門鑒定合格、批準(zhǔn)生產(chǎn)的產(chǎn)品。
選用防火劑時(shí)，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)行《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》規(guī)定和設(shè)計(jì)要求，按建筑物耐火確定所采用的防火劑。如采用防火浸漬劑，則應(yīng)依此確定等級(jí)對(duì)木構(gòu)件耐火極限的要求，浸漬的等級(jí)。木材防火浸漬劑的特性和用途列于表9一8o
編號(hào) 名稱 配方組成%特性 適用范圍 處置方法 1銨氟合劑 磷酸銨 27硫酸銨 62氟化鈉 11空氣相對(duì)濕度超越80％時(shí)易吸濕，降低木材強(qiáng)度10~15%不受潮的木結(jié)構(gòu) 加壓浸漬 2氨基樹脂1384型 甲醛 46尿素 4雙氰胺 18磷酸 32空氣相對(duì)濕度在100％以下，溫度為250C時(shí)，不降低木材強(qiáng)度 不受用的細(xì)木制品 加壓浸漬 3氨基樹脂OP144型 甲醛 26尿素 5雙氰胺 7磷酸 28氨水 34空氣相對(duì)濕度在85％以下，溫度為200C時(shí)，不降低木材強(qiáng)度 不受潮的細(xì)木制品 加壓浸漬 注：① 木材防火浸漬等級(jí)的要求分為三級(jí)：
一級(jí)浸漬-吸收量應(yīng)達(dá)80kg/m3保證木材無(wú)可燃性：
二級(jí)浸漬-吸收量應(yīng)達(dá)48kg/m3保證木材緩燃，
三級(jí)浸漬-吸收量應(yīng)達(dá)20kg/m3露天火源作用下，能延遲木材燃燒起火。
② 經(jīng)過試驗(yàn)，且經(jīng)消防部門鑒定合格、批準(zhǔn)生產(chǎn)的其他防火浸漬劑亦允許采用。
涂覆用的防火劑又稱防火涂料或防火漆。涂刷在可燃建筑結(jié)構(gòu)上，遇小火不燃燒，火勢(shì)不大時(shí)，具有阻滯延燃能力，從而減緩火焰?zhèn)鬟_(dá)速度；離開明火后能自行熄滅，可提高材料的耐火能力，防止火災(zāi)迅速蔓延擴(kuò)大，但不能完全阻止和消滅火災(zāi)。用于木材的防火涂料--丙烯酸乳膠涂料，每平方米的用量不得少于0.5kg這種涂料無(wú)抗水性，可用于頂棚、木屋架及室內(nèi)細(xì)木制品。經(jīng)過試驗(yàn)，且經(jīng)消防部門鑒定合格、批準(zhǔn)生產(chǎn)的其他防火涂料亦允許采用，其用量應(yīng)按該種涂料的使用說明要求執(zhí)行。
對(duì)于露天結(jié)構(gòu)或易受潮的木構(gòu)件，經(jīng)防火劑處理后，尚應(yīng)加防水層維護(hù)
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