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轻型木结构材料防火问题探讨

摘要：轻型木结构材料由于其箱型结构体系的特性，兼具木结构绿色环保等特点，同时具有更高的强度和耐火性能，近年来使用较为普遍。因此，对轻型木结构材料的火灾危险性及耐火性能进行了理论分析，对火灾情况下的轻型木结构和混凝土结构进行了模拟比较。研究发现，由耐火石膏板覆盖、不燃材料填充的轻型木结构建筑在耐火极限内，具有与混凝土建筑相当的安全性和可靠性。

关键词：轻型木结构；耐火性能；FDS

中图分类号：TU998.1???文献标识码：A????文章编号：2096-1227（2023）09-0090-03

1研究背景

轻型木结构是指用规格材、木基结构板或石膏板制作的木构架墙体、楼板和屋盖系统构成的建筑结构[1]。区别于传统的纯木结构，轻型木结构是利用木龙骨、木搁栅等主要结构构件，与覆面板等次要结构构件之间形成的组合框架来实现受力，并且由于不燃覆面材料的保护，轻型木结构具有更高的强度和更好的耐火性能，在应用上所受的限制较少。随着轻型木结构建造技术及防火技术的推进，越来越多的宾馆、宿舍、办公楼等公共建筑也采用了轻型木结构。

目前，国内大多数建筑仍使用砖石、钢材及混凝土等建材。就材料本身和能源消耗而言，这些材料建成的建筑物无法顺应我国低物耗、低能耗、绿色、环保等建筑发展趋势。而木结构建筑不仅能够带给人隔音、保温的优良感受，且与其他建筑结构相比，还具有绿色节能、施工期短、抗震性能理想等优势。

轻型木结构建筑由于其箱型结构体系的特性，兼具了木结构绿色环保等优点，同时具有更高的强度和耐火性，是我国值得推广和应用的建筑结构体系。最新《建筑设计防火规范》（以下简称《建规》）将木结构建筑单独划分为一章并作出了较详细的防火要求，突出了今后木结构建筑发展的重要性。但目前规范对轻型木结构建筑的层数仍然限制在3层，单层建筑面积最大不超过1800m2，一定程度地限制了轻型木结构在国内的发展[2]。

2轻型木结构的构造特征

轻型木结构建筑一般以钢筋混凝土结构为基础，上部结构以轻型木结构构成，上下结构由基础内预埋的连接构件连接在一起。墙体木龙骨的规格一般为38mm×89mm或38mm×140mm的锯材，楼盖木搁栅的规格一般为38mm×235mm的锯材或工字梁。覆面材料一般采用石膏板[3]。

作为轻型木结构建筑中主要的承重构件，其墙体采用的木基结构板材能够承受竖向荷载，并将上部结构荷载传递至房屋基础，同时抵抗可能由风或地震引起的侧向力，并合理控制空气、热量和水汽在建筑物内外的流动。

轻型木结构楼盖的主要构成包括梁、木搁栅及楼面板。梁由紧密固定的规格材或工程木制品制成，为木搁栅提供中间支撑。楼盖木搁栅由规格材或工程木制品制成，由一系列的工字型构件水平排布构成，用于支撑楼面板、吊顶及承受上部荷载。楼面板由木基结构板材制成。

3轻型木结构的耐火性能

3.1?高温下的木材特性

高温下由于水分蒸发，木材的密度逐渐下降，350℃时下降到常温密度的20%～30%；导热系数随温度升高呈先上升、再下降、再上升的趋势，同时，木材为各向异性材料，其顺纹导热系数比垂直纹方向大2倍左右。

木材属于可燃固体，其燃点为200～290℃，自燃点为250～350℃。木材在有焰燃烧时，先进行热解，一段时间后发生炭化。有焰燃烧时的燃烧热一般为13MJ/kg。当木材发生无焰燃烧，燃烧热比较大，为31MJ/kg左右。木材燃烧后会在表面留下炭化层，炭化层可以保护内部材料避免直接暴露在火焰和氧气中。通常认为木材炭化的温度为300℃。炭化层以下的内部木材温度升高缓慢，一方面得益于炭化层的保护，另一方面也是因为木材本身导热率低。因此重型木结构（胶合木柱、胶合木梁）也具有一定的耐火承载力[4-5]。

3.2?覆面材料及填充材料对木框架耐火性能的影响

轻型木结构内墙板和楼盖板通常使用石膏板、水泥纤维板等材料作为保护层，墙体和楼板的耐火性能主要取决于这层覆面材料。石膏板是最常用的覆面材料，不同种类和厚度的石膏板可以提供0.5～3.0h的耐火极限。

决定墙体及楼板结构防火性能的关键因素包括：石膏板的层数和厚度、石膏板的质量、石膏板与木龙骨和木搁栅连接处的细节以及建筑构造细节等。

石膏分子中含有约占21%重量的结晶水，因此石膏板被加热温升至100℃左右时会发生脱水，这一过程需要吸收大量热，从而延缓热传递，推迟了主要承重构件（木龙骨和木搁栅）温度升高的时间。

常用的石膏板一般为耐火石膏板。耐火石膏板是在石膏板芯中增加了玻璃纤维增强材料和其他添加剂，这些成分有助于保持石膏板的整体性，使其在火灾中不易脱落，从而增加石膏板对主要承重构件的保护时间。耐火石膏板的厚度通常是12.7mm或15.9mm。两层12.7mm厚的耐火石膏板安装到楼盖木搁栅的一侧，能提供约1.0h的耐火极限，这是大多数建筑规