木结构建筑防火技术研究

2015-05-30王茂靓

科技创新与应用 2015年25期

摘要：在木结构建筑的分类和结构受力分析的基础上提出了技术措施的火木结构建筑，包括外包火法、因为火法、防火设计、防火性能化方法和自动防火设施的使用方法等。根据设计上面的规范，提出了木结构的概念和进行木材结构的性能特点分析，指出防火保护的技术措施。

关键词：建筑；木结构；材料特性；火灾防护

引言

建筑的单一住宅结构和其他建筑结构有所不同。在美国和其他国家中，木质结构房屋使用的主要方法和木结构系统施工技术相对比较成熟。自二十世纪八十年代开始，中国对木结构建筑也有所认识，一段时间内颁布了相应的法规受木材资源和消防法规。现在，木结构建筑是我们伟大历史上遗留下来的古老性的建筑——砖结构。下面针对木结构建筑进行详细分析与总结。

1 木结构建筑的概念与分类

建筑木材或负载的结构主要大部分是由木材构成的，它是由阴阳榫接合或各种金属连接片固定及相关联的连接。根据不同的机械系统的结构，木材结构可分为轻型木结构和沉重的木头。轻木框架结构的功能组件的尺寸很小，一般的中心组件是少于600毫米。沉重的木制部件的特征断面尺寸大，具体规定：柱和梁是大于或等于150毫米，木地板不小于50毫米，主轴承使用木结构系统和木头来组合在一起。我们要想把防火工作做到位，我们必须先熟悉知道火灾组成的3个最基本性的条件和要求，即起火点、燃料和氧化剂。再此基础上文章关键讲明了可燃性的消防控制（即木结构建筑防火技术）。

2 木材的特性和燃烧性能

2.1 木材的特性

其实影响木材燃烧的主要原因大概就是形状、含水率、密度、机械性能、热传导和木材的热值。（1）形状，木头的形状直接影响着火和燃烧率。一般对我们来说，在材质相同时，薄的比厚的木材容易燃烧，主要是较大的表面积，在较大的木材表面上加热，温度上升快，供氧充分，燃烧相对容易。（2）密度，密度是木材最基本的特征，一般的木材总干密度为300-700m3。木材的密度与温度相关，当温度从200度升至300度时，木材的密度会从0.9下降到0.2。木材力学性能与密度之间有一定的比例关系存在，木材的含水率和导热系数也与木材的密度存在一定的比例关系。（3）力学性能。木材是一种各向异性的材料，刚度和强度与木纹方向息息相关。机械性能同样受温度的大小和炭化率高低的影响。可是这些木材的强度大小差异性，还有强度和韧性大小的剩余部分也有不同的木材炭化。（4）热导率，木材是一个很好的热绝缘体。它最突出的特点就是冬天温暖、夏天凉爽。材料的导热速度和材料的绝缘性能都直接影响着木材的导热性能和燃烧性能，其平均热传导只有1/350钢。木材导热系数和热的流动方向、木纹方向、水分含量和密度、导热系数和含水率、温度、密度成正比。木材在导热性比较差的情况下，具有良好的耐火性，木材的核心温度升高速度会比较缓慢。燃烧的表面比较容易形成炭化层，增加了木材的热绝缘，阻隔空气中的氧气，控制燃烧速度。（5）热燃烧的热值，有关木材性的燃烧，和热释放方面的性能。从测试结果上来看，大部分的木材热值之间大概是MJ/kg 18.16-27.19。

2.2 燃烧特性

（1）在燃烧中期间，木材是一种固体性可燃的材料。从燃烧热的这个实际过程上去分解，来努力散发热量。一方面，加快分解木材，提供所需要的能量来维持燃烧，在其他方面燃烧过程分为四个阶段：一是热分解缓慢阶段，能够分解出水汽和二氧化碳（CO2）和其他非可燃气体，能够消耗大量的能量。二是热分解阶段，分解速率加快，然后几乎完全蒸发水份，主要是一氧化碳（CO）和其他可燃气体，仍然是吸热阶段。第三阶段热分解发生迅速，并产生大量的甲烷和乙烯和醋酸，甲醇，焦油和其他产品的分解，热分解完成，木炭燃烧，通过吸热向放热转移。挥发性和可燃性气体，当温度超过500快速形成，是气化阶段。（2）在木材燃烧的影响因素情况下，它包括释放可燃气体的燃烧表面的环境。可燃性气体扩散从外到内的燃烧热传输过程都是由木头、水分含量、木字号等等来实现的。外热的影响有温度、环境空气循环和其他燃烧，也都是可以通过一定程度来形成影响的。（3）燃烧特性，木头燃烧特性大概包括照明、燃烧速率、放热特征和烟气毒性这几个主要的方面。当燃烧的木材热解发生第一次，然后再碳化，称为有效燃烧热。

3 木结构建筑防火的技术措施

建筑防火设计中首先要考虑的是，当发生火灾的时候，人们都要有足够的时间来逃离火灾，因此消防设计应注重光滑或容易逃跑；其次，木结构能保持足够的时间稳定性，抗火性要强，在木材表面涂层的耐火材料和保温材料可以方便消防员工作；第三，木结构建筑应有防火分区及消防灭火设备，并与其他建筑设立防火隔离保护区、隔离建筑本身和周围的建筑。如果发生火灾，人们有时间去逃生，并且有效保护其相邻的建筑物。木结构建筑是经常使用以下方法来实现上述防火的要求和标准，这些方法有：外包性防火、防火阻燃的处理、性能化的消防、自动的消防设施应用，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头，分区的热量来自火灾源和氧气与外界之间的联系。具体操作外包防火方法是使用防火材料将木制的东西包起来，更好地来努力提高和改善组件耐火的极限。

3.2 自防火法

自我预防火灾它指的是火灾燃烧木材的炭化层的利用和使用，不设置额外的防火措施的方法。在木材被迅速点燃，热电阻和燃烧形成的碳化层可有效阻止火灾的蔓延，为火灾救援工作争取时间。由于炭化层是该方法的核心要素，因此，在进行建筑用料选取时，应多选取较大的木材用料。这个消防法通常用于重型木结构。

3.3 阻燃处理法

阻燃剂范围使用包括：许多老建筑的木材结构组件、轻木部件和重的木制零件。阻燃剂的作用包括：延缓木材的燃烧速度、防止辐射等。国际上研制了多种可有效改善木材防火效能的阻燃剂，例如，磷和氮硼效率复合木材阻燃剂FRW、Dricon等。

3.4 性能化防火法

性能化防火保护方法的全称是建筑防火性能化设计。该方法是基于火灾性安全工程在建筑消防里使用的一个新的方法。根据木材结构新颖进行木结构建筑的防火设计。首先要确定评价对象和攻击的目标。然后进行火灾现场模拟。最后进行方案评估和问题说明。

3.5 自动消防设施的应用法

木结构建筑在自动消防设施的设置过程中，我们还没有严格的规定，但考虑到可燃的木结构建筑的构件在灾发生时会速度燃烧，火灾现场还会产生突发状况，消防条件比较差，它推广的自动火灾探测和灭火系统应用的初期都是必要和必须的，可以更好地实现现代防火的措施。

3.6 其他措施防火法

我们还可以需要采取其他防火方法措施，如电气防火线、空调系统、燃气热水器防火等防火措施来实现火灾的预防，确保木结构建筑的防火措施万无一失。