10木结构的防火设计.pdf

《10木结构的防火设计.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《10木结构的防火设计.pdf（29页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、 第十章第十章 木结构的防火设计木结构的防火设计 第一节 木结构防火设计原则及防火理念 第一节 木结构防火设计原则及防火理念 一、木结构防火设计原则 国家标准木结构设计规范GB50005-2003 第一章“总则”中第 1.0.6 条规定：木结构的设 计，除应遵守本规范外，尚应符合国家现行有关强制性标准的规定。第十章第 10.1.1 规定：木结构建筑的防火设计，应按本章规定执行。本章未规定的应遵照建筑设计防火规范 GB50016的规定执行。上述规定是木结构建筑防火设计的根本指导原则。设计人员或审图人员在进行工程设计、审查时必须遵守该条规定，以维护国家标准的权威性和公正性。二、木材的燃烧特性 木材

2、为可燃材料，品种不同发热量各异。木材受热，温度在 100以下时，只蒸发水分，不发生分解。继续加热，温度在 100200时，开始分解。但其速度很慢。分解出的主要是水蒸气和CO2，同时，还有少量的有机酸气体。因此，在 200以下，是木材的吸热过程，一般不会发生燃烧，仅有少数木材品种的最低着火点为 157。在没有空气的条件下，木材加热超过 200时，即开始分解。最初比较缓慢，随着温度的提高，分解加速。当温度达到 260330时，分解到达最高峰。木材急剧分解时，放出可燃气体，如：CO、甲烷（CH4）、甲醇（CH3OH）以及高燃点的焦油成分等，而剩余物为木碳。木材在其温度达到 400450的时候完全碳化

3、，并在急剧分解的过程中放出大量的反应热，故此过程为放热反应过程。木材受热分解时，放出的可燃气体和产生的剩余物，若与氧气或氧化剂相遇，则发生氧化反应，放出热和光，俗称为燃烧。气体燃烧过程中产生的固体剩余物木碳，继续与氧气发生反应，即称之为煅烧，其过程产生大量的热又使内层木材发生分解，进一步分解出的可燃气体，又继续燃烧，周而复始，使燃烧煅烧往复交替形成火势。在木材受热分解而急速放出可燃气体时，氧气在木材表面碳化层的扩散受到阻碍，因而气相燃烧通常是在离木材表面一定距离处进行的。由于木碳层传热性能较差，故当木材表面形成碳化层后，对木碳层下面的木材与其外面的气相燃烧起到了一定的隔离作用，这不仅延缓了内层

4、的木材达到热解温度，而且也降低了热分解速度，导致分解出的可燃气体透过碳化层参加外表面与空气混合的燃烧速度减慢，当然，木材深层的碳化速度亦随之减慢。这就是常见的大截面木构件 虽然没有经过防火处理但仍然有比较长的耐火极限的原因。三、木结构的防火特性 木结构分为普通木结构、胶合木结构和轻型木结构三种。由于各自的结构性质不同，其防火性能也有着各自的特点。（一）普通木结构 未经防火处理的普通木结构构件较为容易被火引燃。但是，由于木材的导热性较低，且构件 338 在燃烧时，表面形成的碳化层起到很好的隔热效果，从而有效地减缓碳化层下未燃烧木材的燃烧速度。这就是普通木结构构件虽然是可燃材料，但其耐火极限却比普

5、通钢结构构件（耐火极限为14 分钟）高得多的原因。北美的建筑规范指出，对于普通木结构，随着构件截面尺寸的增加，构件的耐火极限也相应提高。所以，在普通木结构设计中，选取适当的截面尺寸也是满足耐火极限要求的措施之一。鉴于普通木结构较之胶合木结构、轻型木结构的耐火性能差的特点，故对一些耐火极限要求较高、截面尺寸又不能过大的构件则必须采取阻燃剂浸泡或防火涂料喷刷的辅助措施。（二）胶合木结构 胶合木结构主要采用锯材或结构胶合木等工程木产品建造，结构体系主要为梁柱体系。胶合木结构的防火设计是通过规定结构构件的最小尺寸（包括梁、柱的截面尺寸以及楼面板和屋面板的厚度等），将所有构件外露，利用木构件本身的耐火性

6、达到规定的耐火极限。木材的导热性很低，构件燃烧时，表面形成的碳化层起到了很好的隔热效果，有效地减缓了碳化层下未燃烧木材的燃烧速度。截面尺寸较大的胶合木结构构件，据国外资料介绍，火灾时，一般能达到一小时或一小时以上的耐火极限，由于我国目前尚未发展胶合木结构建筑，有关构件的防火性能及其耐火极限亦未进行研究和试验。木结构设计规范（GB50005-2003）没有给出胶合木结构防火设计的有关设计方法和构造规定。为了使设计人员对木结构建筑的防火了解更加全面，本章以北美情况为例，介绍了胶合木结构建筑防火设计的有关内容，供设计人员参考。（三）轻型木结构 轻型木结构主要采用规格材和木基结构板材建造，墙体、楼屋盖

7、的结构体系类似箱型结构，其防火设计主要通过在结构构件外部覆耐火材料，例如防火石膏板等，以达到增加构件耐火极限及阻挡火焰和高温气体传播的作用。第二节 建筑构件的燃烧性能和耐火极限 第二节 建筑构件的燃烧性能和耐火极限 一、建筑构件的燃烧性能 建筑物由许多建筑构件组成，建筑构件在火灾高温下的耐火性，即建筑构件的燃烧性能和耐火极限，对建筑物的耐火程度有很大的影响。建筑构件的燃烧性能，反映了建筑构件遇火烧或高温作用时的燃烧特点，由构件材料的燃烧性能决定，不同燃烧性能建筑材料制成的建筑构件，分成三类：(一)不燃烧体 用通过国家标准建筑材料不燃性试验方法（GB5464-85）试验合格的材料，即不燃性材料制

8、成建筑构件称为不燃烧体。这种构件在空气中受到火烧或高温作用时，不起火，不微燃，不碳化。(二)难燃烧体 用通过国家标准建筑材料难燃性试验方法（GB5464-85）试验合格的材料制成的构件，或用可燃性材料作基层，而用不燃性材料作保护层（或隔热层）的构件称为难燃烧体。这类构件在空气中受到火烧及高温作用时，难起火，难微燃，难碳化，当火源移走后，燃烧或微燃立即停止。339(三)燃烧体 用普通可燃性或易燃性材料制成的建筑构件成为燃烧体。这类构件在明火或高温作用下，能立即着火燃烧，且火源移走后，仍能继续燃烧和微燃。二、建筑构件的耐火极限 （一）设计原则 建筑构件的耐火极限的高低,是决定木结构建筑防火安全程度

9、的关键因素。建筑构件的耐火极限是指构件在标准耐火试验中，从受到火的作用时算起，到失去支持能力或完整性被破坏或失去隔火作用为止，这段抵抗火作用的时间，一般以小时计。对构件进行标准耐火试验，测定其耐火极限是通过燃烧试验炉进行的。耐火试验采用明火加热，使试验构件受到与实际火灾相似的火焰作用。为了模拟一般室内火灾的全面发展阶段，实验时，炉内温度随时间推移而上升并呈一定的关系。按这种关系得出的曲线称作火灾标准升温曲线。目前，世界上大多数国家都采用火灾标准升温曲线来升温，例如，美国材料与试验协会的 ASTM E119 等。这就在基本试验条件上趋于一致。对于耐火极限的判定，我国按国家标准建筑构件耐火试验方法

10、（GB9978-88）规定。根据木结构建筑的特点，木结构设计规范GB50005-2003 规定了对木结构建筑构件的选用原则,其耐火极限不应低于表 10.2.1 的规定。表10.2.1 木结构建筑中构件的燃烧性能和耐火极限 表10.2.1 木结构建筑中构件的燃烧性能和耐火极限 构 件 名 称 耐 火 极 限(h)防 火 墙 不燃烧体 3.00 承重墙、分户墙、楼梯和电梯井墙体 难燃烧体 1.00 非承重外墙、疏散走道两侧的隔墙 难燃烧体 1.00 分室隔墙 难燃烧体 0.50 多层承重柱 难燃烧体 1.00 单层承重柱 难燃烧体 1.00 梁 难燃烧体 1.00 楼盖 难燃烧体 1.00 屋顶承

11、重构件 难燃烧体 1.00 疏散楼梯 难燃烧体 0.50 室内吊顶 难燃烧体 0.25 注：1.屋顶表层应采用不可燃材料；2.当同一座木结构建筑由不同高度组成，较低部分的屋顶承重构件必须是难燃烧体，耐火极限 不应小于 1.00h。（二）目前可采纳的国外数据鉴于我国对木结构构件的耐火极限试验数据较少,所以木结构设计规范GB50005-2003所采用的数据主要是由北美的主要消防研究所及火灾实验室提供。数十年来，这些机构开展了大量的木构件和实际木结构房屋火灾试验，数据可信度较高（见表 10.2.2）。注一：本节部分插图由美国APA工程木协会（APA-the Engineered Wood Assoc

12、iation）和美国木业学会（American Wood Council）提供。340 表 10.2.2 各类构件的燃烧性能和耐火极限 构件名称 构 件 组 合 描 述(mm)耐火极限(h)燃烧性能 墙 体 1.墙骨柱:间距为 400600;截面为 40 x 90;2.墙体构造 ：(1).普通石膏板+空心隔层+普通石膏板=15+90+15 (2).防火石膏板+空心隔层+防火石膏板=12+90+12(3).防火石膏板+绝热材料+防火石膏板=12+90+12 (4).防火石膏板+空心隔层+防火石膏板=15+90+15(5).防火石膏板+绝热材料+防火石膏板=15+90+15(6).普通石膏板+空心

13、隔层+普通石膏板=25+90+25(7).普通石膏板+绝热材料+普通石膏板=25+90+25 0.50 0.75 0.75 1.00 1.00 1.00 1.00 难燃 难燃 难燃 难燃 难燃 难燃 难燃 楼盖 顶棚 楼盖顶棚采用规格材搁栅或工字形搁栅，搁栅中心间距400600，楼面板厚度为 15 的结构胶合板或定向木片板(OSB);1 搁栅底部有 12 厚的防火石膏板,搁栅之间空腔内填充绝热材料。2.搁栅底部有两层 12 厚的防火石膏板，搁栅之间的空腔内无绝热材料。0.75 1.00 难燃 难燃 柱 1.仅支撑屋顶的柱：(1).由截面不小于 140190 实心锯木制成 (2).由截面不小于

14、130190 胶合木制成 2.支撑屋顶及地板的柱：(1).由不小于 190X190 实心锯木制成 (2).由不小于 180190 胶合木制成 0.75 0.75 0.75 0.75 可燃 可燃 可燃 可燃 梁 1.仅支撑屋顶的横梁:(1).由截面不小于 90140 实心锯木制成 (2).由截面不小于 80160 胶合木制成 2.支撑屋顶及地板的横梁:(1).由截面不小于 140240 实心锯木制成 (2).由截面不小于 190190 实心锯木制成 (3).由截面不小于 130230 胶合木制成 (4).由截面不小于 180190 胶合木制成 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0

15、.75 可燃 可燃 可燃 可燃 可燃 可燃 2003 年 11 月，我国国家防火建筑材料质量监督检验中心对欧洲木业协会送检的各种木结构隔墙进行了检测，其实验结果可供设计参考（见表 10.2.3）。341表 10.2.3 欧洲木业协会送检的各类木龙骨复合墙耐火极限检测结果 构件检测编 号 构 件 组 合 描 述 检验结论 耐火极限(h)200320444#1 试件由 6 块 3000mm1220mm12mm、三块 3000mm560mm12mm普通石膏板相互拼接而成。隔墙竖龙骨采用 4 根 3000mm38mm89mm木骨，边框亦为同规格木骨制作。隔墙受火面为双层普通石膏板错缝拼接，其中内层板材

16、背火表面敷 0.1mm厚塑胶膜;背火面为单层普通石膏板拼接。板材与龙骨之间用 41mm长螺钉连接固定。墙体内填充 90mm厚矿棉（25Kg/m3）。耐火试验时试件垂直安装。试件受火尺寸：3000mm3000mm，墙厚 125mm。1.12h 200320445#2 试件由 6 块 3000mm1220mm12mm、三块 3000mm560mm12mm 普通石膏板相互拼接而成。隔墙竖龙骨采用4根3000mm38mm89mm木骨，边框亦为同规格木骨制作。隔墙受火面为双层普通石膏板错缝拼接，其中内层板材背火表面敷 0.1mm 厚塑胶膜;背火面为单层普通石膏板拼接。板材与龙骨之间用 41mm 长螺钉连

17、接固定。耐火试验时试件垂直安装。试件受火尺寸：3000mm3000mm，墙厚 125mm。0.67h 200320446#3 试件由 4 块 3000mm1220mm12mm、2 块 3000mm560mm12mm石膏板相互拼接而成。隔墙竖龙骨采用 4 根 3000mm38mm89mm木骨，边框亦为同规格木骨制作。隔墙受火面为单层防火石膏板拼接，板材背火表面敷0.1mm厚塑胶膜;背火面为单层普通石膏板拼接。板材与龙骨之间用 57mm长螺钉连接固定。墙体内填充 90mm厚矿棉（25Kg/m3）耐火试验时试件垂直安装。试件受火尺寸：3000mm3000mm，墙厚 113mm。0.85h 20032

18、0447#4 试件由 4 块 3000mm1220mm12mm、2 块 3000mm560mm12mm 石膏板相互拼接而成。隔墙竖龙骨采用 4 根 3000mm38mm89mm 木骨，边框亦为同规格木骨制作。隔墙受火面为单层防火石膏板拼接，板材背火表面敷0.1mm厚塑胶膜;背火面为单层普通石膏板拼接。板材与龙骨之间用57mm长螺钉连接固定。耐火试验时试件垂直安装。试件受火尺寸：3000mm3000mm，墙厚 113mm。0.67h 200320448#5 试件由 4 块 3000mm1220mm12mm、2 块 3000mm560mm12mm纸面石膏板相互拼接而成。隔墙竖龙骨采用 4 根 30

19、00mm38mm89mm木骨，边框亦为同规格木骨制作。隔墙受火面为单层防火石膏板拼接，板材背火表面敷 0.1mm厚塑胶膜;背火面为单层普通石膏板拼接。受火面防火石膏板与背火面普通石膏板之间填充 90mm厚矿棉（25Kg/m3）。板材与龙骨之间用57mm长螺钉连接固定。耐火试验时试件垂直安装。试件受火尺寸：3000mm3000mm，墙厚 113mm。0.82h 200320449#6 试件由 6 块 3000mm1220mm12mm、三块 3000mm560mm12mm 石膏板相互拼接而成。隔墙竖龙骨采用 4 根 3000mm38mm89mm 木骨，边框亦为同规格木骨制作。隔墙受火面为双层 防火

20、石膏板错缝拼接，其中内层板材背火表面敷 0.1mm 厚塑胶膜;背火面为单层普通石膏板拼接。板材与龙骨之间用 57mm 长螺钉连接固定。耐火试验时试件垂直安装。试件受火尺寸：3000mm3000mm，墙厚 125mm。1.30h 342 目前，一些国际认可的实验室，例如美国安全检测试验公司(UL)，Intertek Testing Service（ITS）等，均在其颁布的标准或文件中给出了轻型木结构构件在满足不同耐火极限要求下构件组合。这些构件的耐火试验均按照美国材料与试验协会 ASTM E 119 建筑构件与材料防火试验方法标准以及美国消防协会 NFPA 251建筑构件与材料防火试验标准方法。

21、所有的构件都是在 100%规范荷载作用下进行的。本节给出了北美经实验得出的组合墙体的耐火极限(表10.2.4）及组合楼盖的耐火极限(表 10.2.5），供设计人员参考。表 10.2.4表 10.2.4 组合墙体的耐火极限 耐火极限 序号 组合构件名称 承重构件 非承重构件 基本构造：38 mm65mm墙骨柱，中心间距 400 mm或 600 mm。.有/无吸声材料 两侧采用不同层数，不同类型的石膏板 1 基本构造中：65 mm厚吸声材料 15 mm厚防火石膏板-0.5 h 2 基本构造中：无吸声材料 15 mm厚防火石膏板-0.5 h 基本构造：38 mm 89mm墙骨柱，中心间距 400 m

22、m或 600 mm。.有/无吸声材料 两侧采用不同层数，不同类型的石膏板 3 基本构造中：89 mm厚吸声材料(1)15.9 mm厚防火石膏板(2)1 h 1 h 4 基本构造中：89 mm厚吸声材料(1)12.7 mm厚 普通石膏板(2)(4)0.5 h 0.5 h 5 基本构造中：无吸声材料 15.9 mm厚防火石膏板(2)1 h 1 h 基本构造：38 mm89mm墙骨柱，中心间距 400 mm或 600 mm.有或无吸声材料 每侧各两层石膏板 6 基本构造中：89mm 厚 吸声材料(1)12.7 mm厚防火石膏板(2)1 h 1.5 h 7 基本构造中：无吸声材料 12.7 mm厚防火

23、石膏板(2)1 h 1.5 h 基本构造：38 mm 89mm墙骨柱，中心间距 400 mm或 600 mm 89 mm厚 吸声材料(1)一侧安装隔声金属龙骨，中心间距400 mm或600 mm.隔声金属龙骨外铺2层石膏板 另一侧为单层石膏板 8 基本构造中：墙骨柱中心间距为 400 mm。15.9 mm 防火石膏板(2)1 h 9 基本构造中：墙骨柱中心间距为 600 mm。15.9 mm 防火石膏板(2)1 h 343续 表 10.2.4 续 表 10.2.4 耐火极限 序号 组合构件名称 承重构件 非承重构件 基本构造：38 mm 89mm墙骨柱，中心间距 400 mm或 600 mm

24、有或无 吸声材料 一侧安装隔声金属龙骨 每侧铺设2层石膏板 10 基本构造中：墙骨柱中心间距为 400 mm。.89 mm厚吸声材料(1)隔声金属龙骨中心间距为400 mm。12.7 mm 防火石膏板(2)1 h 1.5 h 11 基本构造中：墙骨柱中心间距为 400 mm 89 mm厚吸声材料(1)隔声金属龙骨中心间距为600 mm 12.7 mm 防火石膏板 1 h 1.5 h 12 基本构造中：墙骨柱中心间距为 600 mm.89 mm厚吸声材料(1)隔声金属龙骨中心间距为400 mm.12.7 mm 防火石膏板(2)1 h 1.5 h 13 基本构造中：墙骨柱中心间距为 600 mm.

25、89 mm厚 吸声材料(1)隔声金属龙骨中心间距为600 mm 12.7 mm 防火石膏板(2)1 h 1.5 h 14 基本构造中：墙骨柱中心间距为 400 mm或600mm.无 吸声材料 隔声金属龙骨中心间距为400mm或600mm.12.7 mm厚防火石膏板(2)1 h 1.5 h 基本构造：二排38 mm x 89mm墙骨柱，中心间距 400 mm或 600 mm，交错布置，地梁板截面尺寸为38 mm x 140 mm 89 mm厚 吸声材料 单侧，或65 mm厚两侧(1)每侧各1层石膏板。15 基本构造中：15.9 mm厚防火石膏板(2)1 h 1 h 16 基本构造中：12.7 m

26、m厚普通石膏板(2)(4)30 min 30 min 基本构造：二排38 mm x 89mm墙骨柱，中心间距 400 mm或 600 mm，交错布置，地梁板截面尺寸为38 mm x 140 mm 89 mm厚 吸声材料 单侧，或65 mm厚双侧(1)一侧双层石膏板 另一侧单层石膏板。17 基本构造中：15.9 mm 防火石膏板(2)1 h 1.5 h 基本构造中：二排38 mm x 89mm墙骨柱，中心间距 400 mm或 600 mm，交错布置，地梁板截面尺寸为38 mm x 140 mm 有或无吸声材料 每侧双层石膏板 18 基本构造中：89 mm厚 吸声材料 单侧，或65 mm厚双侧(1

27、)12.7 mm厚 防火石膏板(2)1 h 1.5 h 344 续 表 10.2.4 续 表 10.2.4 耐火极限 序 号 组合构件名称 承重构件 承重构件 基本构造中：二排38 mm x 89mm墙骨柱，中心间距 400 mm或 600 mm，交错布置，地梁板截面尺寸为38 mm x 140 mm 有或无吸声材料 隔声金属龙骨中心间距为400mm或600mm。每侧各双层石膏板 19 基本构造中：89 mm厚 吸声材料 单侧，或65 mm厚双侧(1)12.7 mm厚防火石膏板(2)1 h 1.5 h 20 基本构造中：无吸声材料 12.7 mm厚防火石膏板(2)1 h 1.5 h 基本构造：

28、二排38 mm x 89mm墙骨柱，中心间距 400 mm或 600 mm，交错布置，地梁板截面尺寸为38 mm x 140 mm 89 mm厚 吸声材料 单侧，或65 mm厚双侧(1)隔声金属龙骨中心间距为400mm或600mm。隔声金属龙骨外铺双层石膏板 另一侧铺单层石膏板。21 基本构造中：15.9 mm厚防火石膏板(2)1 h 1 h 基本构造中：二排38 mm x 89mm墙骨柱，中心间距 400 mm或 600 mm，二排38 mm x 89 mm地梁板，中间留25 mm缝隙 有或无吸声材料 每侧各单层石膏板 22 基本构造中：每侧各89 mm 厚吸声材料(1)(5)。15.9 m

29、m厚防火石膏板(2)1 h 1 h 23 基本构造中：仅一侧有89 mm厚吸声材料(1)(5)15.9 mm 厚防火石膏板(2)1 h 1 h 24 基本构造中：无吸声材料 15.9 mm 厚火石膏板(2)1 h 1 h 基本构造：二排38 mm x 89mm墙骨柱，中心间距 400 mm或 600 mm，二排38 mm x 89 mm地梁板，中间留25 mm缝隙 有或无吸声材料 一侧双层石膏板 另一侧单层石膏板 25 基本构造中：每侧各89 mm厚吸声材料(1)(5)。15.9 mm厚防火石膏板(2)1 h 1 h 26 基本构造中：仅一侧有89 mm厚吸声材料(1)(5)15.9 mm厚防

30、火石膏板(2)1 h 1 h 27 基本构造中：无吸声材料 15.9 mm厚防火石膏板(2)1 h 1 h 345续 表 10.2.4 续 表 10.2.4 耐火极限 序 号 组合构件名称 承重构件 承重构件 基本构造：二排38 mm x 89mm墙骨柱，中心间距 400 mm或 600 mm，二排38 mm x 89 mm地梁板，中间留25 mm缝隙 有或无吸声材料 每侧各双层石膏板 28 基本构造中：每侧各89 mm厚吸声材料(1)(5)12.7 mm厚防火石膏板(2)1 h 1.5 h 29 基本构造中：仅一侧有89 mm厚吸声材料(1)(5)12.7 mm厚防火石膏板(2)1 h 1.

31、5 h 30 基本构造中：无吸声材料 12.7 mm厚防火石膏板(2)1 h 1.5 h 基本构造：38 mm x 89mm墙骨柱，中心间距 400 mm或 600 mm。89 mm 厚吸声材料(3)内侧单层或双层石膏板 外墙强面板或外墙挂板 31 基本构造中：15.9 mm厚防火石膏板(2)(6)1 h 1 h 注：(1).吸声材料包括从岩石，玻璃等生产的纤维。使用时，在墙体厚度方向必须填充至少厚度的 90%，以达到规定的隔声要求。但是吸声材料的体积不能超出墙体空腔能承受空间，以免体积过大，对墙体表面材料产生压力，这种构件组合事实上不能达到规定的隔声要求。(2).除了外墙，其余墙体两侧的石膏

32、板之间的必须用接缝带接缝。紧固件的型号，长度以及直径必须符合有关规定要求。(3).当耐火极限要求较高时，可采用矿棉纤维。150mm，89mm 以及 65mm 厚时的质量分别为 4.8 kg/m2，2.8 kg/m2 以及 2.0 kg/m2，同时应在墙体的空腔内填充密实。当墙体采用双层墙体并且墙骨柱位于不同的底梁板上时，每层墙体中都应填充吸声材料。(4).采用单层普通石膏板时，板四周都应有支座。(5).对于双层墙体，当在墙体一侧紧帖墙骨柱安装结构面板时，墙体隔声效果效果会有所降低。当双层墙体两侧均采用结构面板时当双层墙体内每侧均安装吸声材料时，墙体隔声效果会显著降低。(6)。对于外墙，仅墙体内

33、侧最外层石膏板材之间需要用接缝带接缝。346 表 10.2.5 表 10.2.5 组合楼盖的耐火极限 序号 组合构件名称 耐火极限 基本构造：楼面板为15.5mm厚木基结构板材或17 mm厚企口实木锯材。规格材搁栅，中心间距不大于600 mm。楼盖空腔内有或无 吸声材料。金属龙骨中心间距400 mm或600mm。顶棚为双层石膏板。1 基本构造中：空腔内无吸声材料。金属龙骨中心间距400 mm。15.9 mm厚防火石膏板 1 h 2 基本构造中：空腔内无吸声材料。金属龙骨中心间距600mm。15.9 mm厚防火石膏板 1 h 3 基本构造中：空腔内有吸声材料。金属龙骨中心间距400 mm。15.

34、9 mm 防火石膏板 1 h 4 基本构造中：空腔内有吸声材料。金属龙骨中心间距600 mm。15.9 mm厚防火石膏板 1 h 5 基本构造中：空腔内无吸声材料。金属龙骨中心间距400 mm。12.7 mm厚防火石膏板 1 h 6 基本构造中：空腔内无吸声材料。金属龙骨中心间距600 mm。12.7 mm厚 防火石膏板 1 h 7 基本构造中：空腔内有吸声材料。金属龙骨中心间距400 mm。12.7 mm 防火石膏板 1 h 8 基本构造中：空腔内有吸声材料。金属龙骨中心间距600 mm。12.7 mm 防火石膏板 1 h 347续 表 10.2.5续 表 10.2.5 序号 组合构件名称

35、耐火极限 基本构造：楼面板为15.5mm厚木基结构板材或17 mm厚企口实木锯材。规格材搁栅，中心间距不大于600 mm。楼盖空腔内有或无 吸声材料。一层石膏板与搁栅连接。隔声金属龙骨，中心间距400 mm或600 mm，通过石膏板与搁栅连接。单层石膏板与隔声金属龙骨连接。9 基本构造中：空腔内无吸声材料 15.9 mm厚防火石膏板 隔声金属龙骨 15.9 mm厚防火石膏板 1 h 10 基本构造中：空腔内有吸声材料 15.9 mm厚防火石膏板 隔声金属龙骨 15.9 mm厚防火石膏板 1 h 11 基本构造中：空腔内无吸声材料 12.7 mm厚防火石膏板 隔声金属龙骨 12.7 mm厚防火石

36、膏板 1 h 12 基本构造中：空腔内有吸声材料 12.7 mm厚防火石膏板 隔声金属龙骨 12.7 mm厚防火石膏板 1 h 基本构造：楼面板为15.5mm厚木基结构板材或17 mm厚企口实木锯材。规格材搁栅，中心间距不大于600 mm。.楼盖空腔内有或无 吸声材料 隔声金属龙骨，中心间距400 mm或600 mm。顶棚采用双层石膏板。13 基本构造中：空腔内无吸声材料 隔声金属龙骨，中心间距400 mm。15.9 mm厚防火石膏板 1 h 14 基本构造中：空腔内无吸声材料。隔声金属龙骨，中心间距600 mm。15.9 mm厚防火石膏板 1 h 15 基本构造中：空腔内有吸声材料。隔声金属

37、龙骨，中心间距400 mm。.15.9 mm厚防火石膏板 1 h 348 续 表 10.2.5续 表 10.2.5 序号 组合构件名称 耐火极限 16 基本构造中：空腔内有吸声材料。隔声金属龙骨，中心间距600 mm。15.9 mm 防火石膏板 1 h 17 基本构造中：空腔内无吸声材料。隔声金属龙骨，中心间距400 mm。12.7 mm厚防火石膏板 1 h 18 基本构造中：空腔内无吸声材料。隔声金属龙骨，中心间距600 mm。12.7 mm厚防火石膏板 1 h 19 基本构造中：空腔内有吸声材料。隔声金属龙骨，中心间距400 mm。12.7 mm厚防火石膏板 1 h 20 基本构造中：空腔

38、内有吸声材料。隔声金属龙骨，中心间距600 mm。12.7 mm厚防火石膏板 1 h 基本构造：一层11 mm厚木基结构板材。一层15.5 mm厚木基结构板材或17 mm厚企口实木。规格材搁栅，中心间距不大于600 mm。楼盖空腔内有或无 吸声材料。隔声金属龙骨，中心间距400 mm或600 mm。顶棚采用双层石膏板。21 基本构造中：空腔内无吸声材料。隔声金属龙骨，中心间距400 mm。15.9 mm厚防火石膏板 1 h 22 基本构造中：空腔内无吸声材料。隔声金属龙骨，中心间距600 mm。15.9 mm厚防火石膏板 1 h 23 基本构造中：空腔内有吸声材料。隔声金属龙骨，中心间距400

39、 mm。15.9 mm厚防火石膏板 1 h 24 基本构造中：空腔内有吸声材料。隔声金属龙骨，中心间距600 mm。15.9 mm厚防火石膏板 1 h 25 基本构造中：空腔内无吸声材料。隔声金属龙骨，中心间距400 mm。12.7 mm厚防火石膏板 1 h 349续 表 10.2.5续 表 10.2.5 序号 组合构件名称 耐火极限 26 基本构造中：空腔内无吸声材料。隔声金属龙骨，中心间距600 mm。12.7 mm厚防火石膏板 1 h 27 基本构造中：空腔有吸声材料。隔声金属龙骨，中心间距400 mm。12.7 mm厚防火石膏板 1 h 28 基本构造中：空腔内有吸声材料。隔声金属龙骨

40、，中心间距600 mm。12.7 mm厚防火石膏板 1 h 基本构造：25 mm厚轻质混凝土面层（重量至少44 kg/m2）楼面板为15.5mm厚木基结构板材或17 mm厚企口实木锯材。规格材搁栅，中心间距不大于600 mm。空腔内有或无吸声材料。隔声金属龙骨，中心间距400 mm或600 mm。顶棚采用双层石膏板。29 基本构造中：空腔内无吸声材料。隔声金属龙骨，中心间距400 mm。15.9 mm厚防火石膏板 1 h 30 基本构造中：空腔内无吸声材料。隔声金属龙骨，中心间距400 mm。12.7 mm厚防火石膏板 1 h 31 基本构造：38 mm厚混凝土面层（重量至少70 kg/m2)

41、一层15.5 mm厚木基结构板材或17 mm厚企口实木。规格材搁栅，中心间距不大于600 mm。楼盖空腔内有或无 吸声材料。金属龙骨，中心间距400 mm或600 mm。顶棚采用双层石膏板。32 基本构造中：空腔内无吸声材料。金属龙骨，中心间距400 mm或600 mm。15.9 mm 防火石膏板 1 h 33 基本构造中：空腔内无吸声材料。金属龙骨，中心间距400 mm。12.7 mm厚防火石膏板 1 h 350 续 表 10.2.5续 表 10.2.5 序号 组合构件名称 耐火极限 基本构造：38 mm厚混凝土面层（重量至少70 kg/m2)15.5 mm厚木基结构板材或17 mm厚企口实

42、木。规格材搁栅，中心间距不大于600 mm。楼盖空腔内有或无 吸声材料。隔声金属龙骨，中心间距400 mm或600 mm。顶棚采用双层石膏板。34 基本构造中：空腔内无 吸声材料。隔声金属龙骨，中心间距400 mm。15.9 mm厚防火石膏板 1 h 35 基本构造中：空腔内无 吸声材料。隔声金属龙骨，中心间距400 mm。12.7 mm厚防火石膏板 1 h 基本构造：25 mm厚轻质混凝土面层（重量至少44 kg/m2)15.5 mm厚木基结构板材或17 mm厚企口实木作为楼面板。轻型楼盖桁架，中心间距不大于600 mm。楼盖空腔内有或无 吸声材料。隔声金属龙骨，中心间距400 mm或600

43、 mm。顶棚采用双层石膏板。36 基本构造中：空腔内无 吸声材料。隔声金属龙骨，中心间距400 mm。15.9 mm厚防火石膏板 1 h 基本构造：38 mm厚混凝土面层（重量至少70 kg/m2)15.5 mm厚木基结构板材或17 mm厚企口实木，作为楼面板。轻型楼盖桁架，中心间距不大于600 mm。楼盖空腔内有或无 吸声材料。隔声金属龙骨，中心间距400 mm或600 mm。顶棚采用双层石膏板。37 基本构造中：空腔内无 吸声材料。隔声金属龙骨，中心间距400 mm。15.9 mm厚 防火石膏板 1 h 38 轻型屋面木桁架(1)，间距不大于600 mm。单层15.9 mm 防火石膏板(3

44、)45 min 表中的组合构件，在安装石膏板时，紧固件的间距和在框架构件中的钉入深度，应满足表10.2.6 的有关要求。351表 10.2.6 紧固件在木框架中的最小钉入深度 最小钉入深度（mm）墙体 顶棚 组合构件的 耐火极限 钉 木螺丝 钉 木螺丝 45 分钟 20 20 30 30 1 小时 20 20 45 45 1.5 小时 20 20 60 60 （三）胶合木结构构件的耐火极限 作为木结构建筑的一个主要结构形式，胶合木结构在世界范围内被广泛地用在工业和民用建筑中。设计过程中,一项很重要的内容就是构件耐火极限的计算。这部分内容,在我国的木结构设计规范(GB50005-2003)和建筑

45、设计防火规范(BJ16-87)中均未提及。迄今为止,世界上许多国家的工程技术人员和科学家在这方面已经进行了大量的研究工作,建立了许多胶合木结构防火设计的方法和理论。本节将介绍北美胶合木结构防火设计的计算方法。在北美，胶合木结构构件的耐火极限主要采用建立在试验基础上的经验公式和建立在力学理论上的理论公式。北美目前的建筑规范主要采用前者，即建立在试验基础上的经验公式。1.胶合木结构构件的耐火极限计算方法 截面尺寸较大的木构件在火灾中的表现证明，大构件本身具有很好的耐火能力。大型木构件之所以有良好的耐火能力，是因为木材的碳化作用。当木构件暴露在火中时，表面形成的碳化层起到了很好的隔热作用，保护了构件

46、内部受到火的进一步作用。经过各国大量的试验证明，木材碳化的速率是基本固定的。木材碳化的速率是指木材转化成碳的线性速率。在标准耐火试验中，碳化的速度在一开始经过较快的碳化过程后，随后的碳化速率基本保持常数。这样，就可以根据需要的耐火极限和设计荷载设计出满足需要的梁和柱的截面尺寸。在北美，标准耐火试验根据ASTM E119 的要求，其他许多国家采用 ISO834，尽管各个国家之间采用的试验标准有所不同，在世界不同实验室中测得的碳化速率是基本一致的。碳化速率是根据建立在试验数据基础上的经验模式和建立在化学和物理学上的理论模式相结合得出的。2.胶合木结构耐火极限计算原理：碳化层过渡层 常温层 常温层

47、过渡层 碳化层 图 10.2.1 构件的碳化 352 如图 10.2.1 示，假定构件截面的初始宽度为B，高度为D。经过在火中的暴露时间为t后，构件的截面尺寸减少为宽度b，高度为d。图中为三面受火的梁。截面的初始形状为矩形。构件燃烧时，因为梁的两侧角部受到来自两个方向的热量传递，碳化速度比其他地方快，所以，燃烧后的截面不再是矩形。在碳化层与常温层之间，有一层温度为约为 2880C的过渡层。这一层的厚度大约为 38mm。燃烧后构件的中部剩余的窄长的常温部分，由于设计中附加的安全考虑，使得其在构件截面减小以后，仍能承担部分设计荷载。只有当常温层承载的荷载超过最大承载力时，构件才会出现破坏。受弯构件

48、在火灾中，由于截面面积矩减小，当承担的荷载产生的弯矩超过最大抗弯承载力时，构件就会出现破坏。顺纹受拉构件在火灾中，由于截面减小，当承担的荷载产生的拉力超过最大抗拉承载力时，构件就会出现破坏。顺纹受压构件在火灾中，其破坏模式与柱的长细比有关。柱的长细比，随着构件在火灾中暴露的时间而改变。对于短柱来说，由于截面减小，当荷载产生的压力超过极限抗压承载力时，构件就会破坏。对于长柱，由于截面惯性矩的减小，当临界弯曲荷载超过设计要求时，就会破坏。北美目前的建筑规范中采用的计算胶合木结构小于或等于 1 小时耐火极限的计算方法是通过试验和理论结合推导出来的。大量的试验表明,木构件表面碳化的速率为 0.60mm

49、/min，过度层的厚度约为 38mm。研究表明，不同树种的木构件的极限承载力和刚度，在火灾中，其未碳化的部分，都能达到原来强度的 85%90%。考虑到这种作用，可以采用折减系数对强度和刚度进行统一折减。此外，系数 k 为设计荷载与极限荷载的比值。在这里，k 值取 0.33（即安全系数为 3）。考虑强度和刚度的折减，取 0.8。构件的受火情况分成三面受火和四面受火，在实际工程中的情况如图 10.2.2 图 10.2.2 构件的受火面示意 计算中，假定燃烧以后的截面仍是矩形，采用这个假定，截面的初始宽度为 B，高度为 D，经过在火中的暴露时间为 t 后，构件的截面尺寸减少为宽度为 b，高度为 d，

50、如图 10.2.3 所示。在这里，b 和 d 与构件的燃烧时间以及碳化速度有关。假定碳化速度在每个方向相同，则构件在火灾中的暴露时间 t 和初始及最终的尺寸，通过碳化速度得到以下关系：炭化层图 10.2.3 构件耐火极限计算简图 353当构件四面面火时，22dDdBt=（10.2.1）当构件三面受火时：dDbBt=2 （10.2.2）对于梁构件，当截面的面积矩减小到临界数值时，梁会破坏。假定安全系数为 k，荷载系数为 Z，强度与刚度采用同样的折减系数，则关键截面由下式决定：6622bdBDkZ=（10.2.3）式中 k 设计荷载与极限荷载的比值。Z 荷载系数，按图 10.2.4 决定。强度和刚