木結構建筑的防火設計

2010年08月06日

發表日期：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，只蒸發水分，不發生分解。繼續加熱，溫度在100-200OC時，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，同時還有少量的一氧化碳和有機酸氣體。因此，2000C以下，對木材加熱，個吸熱過程，不會發生燃燒。

沒有空氣的條件下，木材加熱超越2000C時，即開始分解，最初比較緩慢，隨著溫度的提高，分解加速，當溫度達到260OC~3300C時，木材分解到達最高峰。木材急劇分解時，放出可燃氣體，如一氧化碳、甲烷、甲醇以及高燃點的焦油成分等，而剩余物為木炭。木材在溫度達到400~450oC時完全碳化。木材在急劇分解的同時放出大量的反應熱，故此過程屬于放熱反應過程。

木材受熱分解時，放出的可燃氣體和剩余物，若與氧氣或氧化劑相遇，則發生氧化反應，放出熱和光的化學反應稱為燃燒。木炭與氧氣發生的反應稱為緞燒。燃燒發生的熱進一步使周圍的木材受熱分解，連續放出可燃氣體，使燃燒擴展。

木材受熱分解而急速放出可燃氣體時，氧氣在木材外表碳化層的擴散受到阻礙，因而氣相燃燒通常是離木材外表一定距離處進行的由于木炭層傳熱性低，故木材外表形成碳化層后，對木炭層下面的木材與其外面氣相燃燒產生的熱起隔離作用，延緩內層的木材達到熱解溫度，可燃氣體也因而不急速放出，這就導致燃燒緩慢，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件雖沒有防火處置卻相當能耐火的原因。

二、木結構防火設計原則

木材是一種可燃材料，規范規定凡處于下列生產、使用條件的房屋和構筑物不應采用木結構：

1極易引起火災危險的

2受生產性高溫影響，木材外表溫度高于50OC

設計木結構時，應采取防火情施。防火措施有建筑設計構造防火處置和使用化學防火劑處理兩種。

木結構房屋的建筑設計構造防火處置，應遵照現行《建筑設計防火規范》GBJ16-87有關規定進行設計。通過控制木結構的使用范圍、層數、長度、面積、防火間距，并規定必要的平安措施（如設置平安入口、防火墻等）以預防火災的發生，或在已發生災情地區控制火災蔓延及減少火災損失。

木結構設計規范》規定：設計上除應遵守現行《建筑設計防火規范》規定外，尚應采取下列構造措施：

1有火源的房屋內，須設置防止火焰、火星及輻射熱危害的防火設施（如防火隔墻、防火幕、石棉隔板等）使木結構與火源隔開，被隔開的木結構仍應具有通風條件，不得將結構包裹在防產層內。

2當房屋中有采暖或炊事的磚煙囪時，與木構件相鄰部位的煙囪壁厚應加厚至240mm

煙囪外表面與木構件之間的凈距，不應小于下列規定：

對于磚或混凝土煙囪120mm

對于金屬煙囪240mm

當煙囪穿過木屋蓋的吊頂時，煙囪周圍500mm范圍內，不得采用可燃資料作保溫層。

3當房屋有采暖管道通過木構件時，其管壁外表應與木構件堅持不小于50mm凈距（若采暖管道的溫度超越100'C此凈距尚應適當加大）或用非燃燒資料隔熱。4木屋蓋吊頂內的電線，應采用金屬管配線，或使用帶金屬維護層的絕緣導線。白熾燈、鹵鎢燈、熒光高汞燈及其鎮流器等不應直接裝置在木構件上。

5有可能遭受火災危險的木結構，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采用抹灰或設置水泥石棉板、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構起火或延緩木結構的燃燒速度。對有可能遭受火災危險的建筑物以及對防火要求較高的木結構，除應在構造上采取防火措施外，尚宜用防火劑進行處理。

一、木材防火劑

良好的木材防火劑應具有較高的防火效力、對人畜無害，且價格便宜，對木材的主要性能（如吸濕性、尺寸穩定性、木材強度、油漆和膠合等）無不良影響，對金屬不產生腐蝕，并具有抗流失和對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機化合物。這些無機化合物的主要優點是防火效力高且價格低廉，但它對材性略有不良影響。用作這類防火劑的無機化合物主要有：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的混合物，也常用作防火涂料。

二、木材化學防火處置方法

木材化學防火處置方法可分為浸漬和外表涂復兩種。

1．防火劑浸漬處理

防火劑浸漬處理的作用，主要是起火時，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氣休，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構的防火能力。

承重木結構使用的防火劑的應是對人畜無毒，且經消防部門鑒定合格、批準生產的產品。

選用防火劑時，應根據現行《建筑設計防火規范》規定和設計要求，按建筑物耐火確定所采用的防火劑。如采用防火浸漬劑，則應依此確定等級對木構件耐火極限的要求，浸漬的等級。木材防火浸漬劑的特性和用途列于表9一8o

編號 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空氣相對濕度超越80％時易吸濕，降低木材強度10~15%不受潮的木結構 加壓浸漬 2氨基樹脂1384型 甲醛 46尿素 4雙氰胺 18磷酸 32空氣相對濕度在100％以下，溫度為250C時，不降低木材強度 不受用的細木制品 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空氣相對濕度在85％以下，溫度為200C時，不降低木材強度 不受潮的細木制品 加壓浸漬 注：① 木材防火浸漬等級的要求分為三級：

一級浸漬-吸收量應達80kg/m3保證木材無可燃性：

二級浸漬-吸收量應達48kg/m3保證木材緩燃，

三級浸漬-吸收量應達20kg/m3露天火源作用下，能延遲木材燃燒起火。

② 經過試驗，且經消防部門鑒定合格、批準生產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。涂刷在可燃建筑結構上，遇小火不燃燒，火勢不大時，具有阻滯延燃能力，從而減緩火焰傳達速度；離開明火后能自行熄滅，可提高材料的耐火能力，防止火災迅速蔓延擴大，但不能完全阻止和消滅火災。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這種涂料無抗水性，可用于頂棚、木屋架及室內細木制品。經過試驗，且經消防部門鑒定合格、批準生產的其他防火涂料亦允許采用，其用量應按該種涂料的使用說明要求執行。

對于露天結構或易受潮的木構件，經防火劑處理后，尚應加防水層維護

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