木结构火灾性能研究进展

在已有木结构火灾性能研究资料基础上,分析和总结了木结构火灾特征、木材炭化机理和微观结构变化、木材炭化速度模型、受火木构件剩余承载力、持荷木构件耐火极限等研究现状,并提出了需要进一步研究的重点。     

木结构建筑构件耐火性能试验研究

对木结构建筑构件进行一系列标准耐火试验,研究木结构建筑构件的耐火性能、破坏模式以及验证构件的耐火极限值。所测试的构件包括木构架墙体、木构架楼板与天花板吊顶,以及胶合木梁和木柱。研究结果表明,木结构建筑构件具有较好的耐火性能,能达到所要求的耐火极限。木构架墙体和楼板的耐火性能与石膏板的厚度和层数有关。截面尺寸较大的胶合木梁和木柱,因木材炭化速度慢,能保持1.0h以上的承载功能。试验结果为合理确定木结构的耐火性能提供了相关知识和数据。     

木结构建筑耐火性能研究综述

西南地区村镇住宅大多采用木结构建筑且分布密集,一旦发生火灾,极易引发“火烧连营”的严重后果。因此,西南地区现存的木结构建筑消防安全问题日益严峻。本文从材料层面、构件层面以及结构层面对木结构建筑火灾蔓延的国内外研究现状进行综述,主要包括木材炭化机理、木材炭化速率、木材热解动力学、木构件耐火性能和木结构建筑室内外火灾蔓延规律。同时,结合我国木结构建筑火灾研究现状,对木结构建筑耐火性能、防火措施研究中有待于深入探索的问题进行总结。     

内夹单层镀锌板复合望板系统耐火性能研究

为了研究新型木-钢结构望板系统相对于传统木结构望板系统及冷摊瓦屋顶系统耐火极限性能,该文采用Abaqus模拟软件建立了有限元分析模型。在标准升温曲线下,对三种屋顶系统进行温度场模拟分析。结果得出,随着时间及温度的增加,传统木结构望板系统及冷摊瓦屋顶系统中,木板先于木梁炭化完全;新型木-钢结构望板系统中,木板后于木梁炭化完全且上下两板炭化速度有明显改变。之后对三种屋顶系统在同等荷载作用下,进行结构场分析,结果表明：新型木-钢结构望板系统耐火极限相对于传统木结构望板系统提高73%,相对于冷摊瓦系统提高52%。得出新型木-钢结构望板系统具有更好的耐火性能,可为村镇木结构建筑和改造提供参考。     

胶合木结构受火响应规律研究

采用剩余截面法计算分析了典型截面胶合木构件的耐火性能，并对平面尺寸7.2 m×7.0 m、高度4.5 m 的胶合木结构进行了实体火灾试验。结果表明，胶合木构件耐火性能受荷载比和升温曲线影响较大，在90%荷载比时，截面尺寸200 mm×400mm 的胶合木梁耐火极限约为50 min。ISO 834 标准升温曲线与大空间升温曲线下作用75 min，截面尺寸220 mm×280 mm 的构件截面炭化深度分别约40 mm 和30 mm。无外部火源时，胶合木结构难于延燃，火蔓延范围有限。从胶合木截面炭化深度计算、构件耐火极限计算到胶合木结构实体火灾试验得到的结果，可为工程中胶合木结构抗火性能分析提供参考。     

美国木材理事会发布《木质构件耐火性能计算》报告

<正>美国木材理事会(AWC)近期发布了一份题为《木质构件耐火性能计算》的报告。该报告依据美国木材理事会发布的《木结构设计规范》中相关规定,基于力学方法计算得出复合木结构与交叉层木材的耐火性能参数。     

木结构建筑胶合木楼板耐火性能试验研究

为研究木结构建筑中正交胶合木(CLT)楼板耐火性能，通过两组四块CLT楼板池火对比试验，探究不同油盘直径池火火源及CLT楼板试件不同截面厚度对CLT楼板耐火性能的影响。结果表明，CLT楼板在池火持续加热燃烧过程中，木材热解产生可燃气体被池火火焰点燃，使试件受火面火焰两次增大并蔓延至构件边缘；随着油盘直径增大，CLT楼板耐火时间明显缩短，耐火性能显著降低；截面厚度为20mm的CLT楼板池火试验过程中均被烧穿，平均炭化速度最高达1.538mm/min。截面厚度为25mm的CLT楼板受火45min时均未烧穿，有效阻挡火焰向背面蔓延。适当增加构件厚度，其构件耐火性能明显提高。     

带销钢-木组合节点的耐火设计

木结构的极限承载力往往因为节点的薄弱而受限。因此,有效设计非常需要高效节点(如带开槽钢板和钢销的多重剪切钢木组合节点)。受火时多重剪切带销钢-木组合节点的极限承载力首先取决于与温度相关的木构件嵌入强度的降低度。为了准确预估节点的耐火能力,了解横截面的温度分布和钢单元(开槽钢板和钢销)对木构件的炭化影响是至关重要的。经过大量的试验及数值分析,建立了带受拉开槽钢板的多重剪切带销钢-木组合节点耐火极限承载力的计算模型。此模型与广泛应用的木构件耐火设计规范EN1995-1-2减少横截面积的方法一致,并考虑了节点几何形状的不同和钢单元对横截面温度分布的影响。     

预应力构件的耐火性能

笔者在参与我国现行《高层民用建筑设计防火规范》GB50045—95(以下简称《高规》)的管理工作过程中,有设计单位的设计人员来函询问如何确定采用后张法施工的预应力构件的耐火极限问题。《高规》附录A——“各类建筑构件的燃烧性能和耐火极限”中的80％以上的数据是公安部四川消防科学研究所于70年代,通过作构件的耐火试验得出的,该附录对各类预     

水性木材浸注防火剂及防火木材

为发展木结构建筑,解决木材可燃、耐火极限低的弊病,研制了一种水性浸注木材防火剂并制备防火木材,对防火木材进行密度、防火性能及防白蚁性能测试。测试结果表明:防火木材的密度提升50%左右;防火性能指标满足GB 8624-2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》要求;白蚁在防火木材内的存活率极低。进行简单的木材加工,发现防火木材的加工特性未出现太大的变化,可以将其加工成为高防火性能的产品。     

经一麻五灰地仗处理的木梁三面受火耐火极限试验研究

传统木结构建筑木构件表面通常采用地仗处理进行保护,而地仗处理对木构件耐火性能的影响规律尚不清晰。为此,通过4组10根三面受火木梁耐火极限的对比试验,研究了截面尺寸、持荷水平、是否地仗处理等因素对木梁耐火极限的影响规律,提出了剩余截面法计算木梁耐火极限,并提出了木梁热力耦合数值分析模型。结果表明,三面受火木梁耐火极限随持荷水平的增加明显降低,当持荷比由30%增加至50%时,木梁耐火极限降低19.6%~31.7%,平均降低17.5min;三面受火木梁耐火极限随截面尺寸增加显著提高,当截面尺寸由100mm×200mm增加至200mm×400mm时,耐火极限提高95.1%~107.8%,平均增加40.0min;木梁表面经一麻五灰地仗处理后,耐火极限提高21.3%~429%,平均提高15.8min。不同持荷水平和截面尺寸木梁内部距离边缘相同位置处的温度变化相近,表面采用一麻五灰地仗处理可显著延缓木梁内部温度的上升速率,木梁两个方向的炭化速度平均值为0.54mm/min,与未作表面处理的木梁相比降低19.4%。基于剩余截面法和数值模拟得到的三面受火木梁耐火极限预测值与试验值的误差在±15%以内,基本满足工程精度要求。     

四面受火木柱耐火极限的试验研究

通过6根四面受火木柱耐火极限的对比试验,研究不同持荷水平、是否采用石灰膏抹面对木柱耐火极限的影响。研究结果表明,四面受火木柱耐火极限随着荷载水平的增加而明显降低。采用石灰膏抹面后,其耐火极限有所增加。石灰膏抹面能有效降低四面受火木柱内的温升梯度,延缓木柱开始炭化的时间,降低炭化速度。     

燃烧后木材顺纹抗压性能试验研究

为研究木材的耐火性能,对20个兴安落叶松木材试件进行了燃烧试验,其中一半试件涂刷了阻燃剂,得到了不同燃烧时间下的木材炭化层厚度,并用线性拟合得到了木材炭化速率;将燃烧后的试件加工成小试块,进行了木材顺纹抗压试验.结果表明:燃烧会使残余部分木材顺纹抗压强度降低,且试件顺纹抗压承载力也随燃烧时间的增加而降低,其变化规律可用线性函数描述;采用涂刷处理方法的阻燃剂对木材耐火性能的影响主要表现在木材燃烧的早期,能减小炭化速率,但对木材强度损失的影响不大.     

Fire design of timber slabs made of hollow core elements

The fire design of timber structures usually take into account both the loss in cross-section due to charring of wood and the temperature-dependent reduction of strength and stiffness of the uncharred residual cross-section. The fire behaviour of timber assemblies made of hollow core elements is characterised by different charring phases. After the fire exposed timber layer is completely charred and the char-layer has fallen off, the thin vertical timber members are exposed to fire on 3 sides, leading to very irregular residual cross-sections with charring depths much greater than for heavy timber structures. Based on an extensive experimental and parametric study, a simplified calculation model for the fire resistance of timber slabs made of hollow core elements has been developed. The calculation model bases on the reduced cross-section method and takes into account two different charring phases. The paper first describes and discusses the simplified calculation model, and then compares the test results to the calculation model.     

综合性商业建筑防火疏散研究

随着生活水平的提高,商业建筑越来越在人们的日常生活中占据了重要地位。与此同时,商业建筑的火灾也带来了经济和生命安全上的危险。我国现行的防火规范主要为《建筑设计防火规范》(GB50016-2014),是针对普遍性的建筑,商业建筑因人们对其特殊的需求,具有其特殊性,通常具有体量大、结构复杂、可燃物多、功能复杂等特点。本文从研究目的、商业建筑的火灾特点和疏散影响因素、现行的综合性商业建筑安全疏散设计等方面对综合性商业建筑防火疏散做出研究,为提出性能化防火设计新思路作好铺垫工作。     

基于规范与数值模拟的钢结构抗火计算对比研究

对GB 51249-2017《建筑钢结构防火技术规范》中的关键条文进行解读,并基于规范与数值模拟实验进行钢结构抗火计算的对比研究.结果表明:规范对静定结构中的三面、四面受火的钢构件适用性好;对于超静定结构中的三面、四面受火钢构件,适用性有待进一步研究.     

清式木结构建筑斗拱耐火性能的试验研究

通过3攒清式木结构斗拱耐火性能的足尺明火试验,研究不同防火处理方式对斗拱耐火性能的影响规律。选取单翘单昂五踩平身科斗拱为研究对象,火源采用木垛火。结果表明：明火试验中,斗拱试件单才瓜拱、单才万拱、厢拱等组件首先被引燃且燃烧持续时间最长,炭化较严重。未进行表面处理的斗拱组件燃烧火焰与木垛火源叠加,火苗高度较高;组件阻燃涂料浸渍的斗拱试件受火过程中组件木材未被引燃。随着受火时间增加,不同位置的温度大部分有不同程度的升高,不同试件距边缘相同位置处的温度变化规律大致相近。各组件沿其轴线方向的炭化不均匀,且各组件炭化速度与空间位置和原始尺寸有关。翘、单才瓜拱、厢拱、单才万拱和外拽枋等组件的宽度和高度方向的炭化速度均较高。表面未处理试件各组件炭化速度为0.5～1.0mm/min,表面喷涂阻燃涂料试件各组件炭化速度为0.1～0.9mm/min,组件采用阻燃涂料浸渍处理试件各组件炭化速度为0.1～0.7mm/min。     

住宅建筑火灾自动报警系统设计——解读《〈火灾自动报警系统设计规范〉图示》

通过国家建筑标准设计14X505-1《〈火灾自动报警系统设计规范〉图示》中关于住宅建筑火灾自动报警系统的内容,介绍如何应用GB 50116-2013《火灾自动报警系统设计规范》设计住宅建筑、住宅建筑群及住宅小区的火灾自动报警系统,重点解析住宅建筑火灾自动报警系统分类、总线短路隔离器、家用火灾报警控制器、火灾警报器、消防应急广播、可燃气体探测器等的设置要求。     

An effective thermal property framework for softwood in parametric design fires: Comparison of the Eurocode 5 parametric charring approach and advanced calculation models

Timber, like other structural materials such as concrete and steel, has its own Eurocode (Eurocode 5 part 1.2) for the structural fire design of buildings. However unlike other fire parts of the Eurocodes it is not widely adopted due to its inherent limitations. With the exception of a single Annex, the timber Eurocode (EN 1995-1-2) is only applicable to standard fire exposure. Annex A gives guidance on the charring rates of initially un-protected timber members in parametric fires, however in the UK the use of the Annex is prohibited by the national Annex to the code.The concrete and steel industries have undoubtedly benefited from performance based design whereby the structural fire design strategy is centred on a design fire (typically a parametric fire), which is more credible than the standard fire curve. Such an approach has resulted in more flexible, innovative buildings which have been designed based upon fundamental structural mechanics at elevated temperature, using advanced numerical models. At present however the same principals cannot be applied to the advanced fire design of timber buildings due to current limitations in the timber Eurocode. Where advanced calculation procedures are considered by the code (Annex B), much like many of the methods contained therein, the procedures are only applicable to standard fire exposure.The scope of applicability of the code stems from a fundamental problem regarding a lack of understanding of the heat transfer characteristics of timber in natural fires. The thermo-physical properties contained in the code are ‘effective’ properties. This essentially means that they are calibrated against test results to account for a lack of understanding regarding mass transfer, cracking and ablation both within the timber and char layer. Such calibrations have only been performed on timber members exposed to standard furnace conditions.To attempt to overcome this barrier and extend the scope of thermo-physical properties in the code a study has been undertaken to establish how the conductivity properties of the char layer influence the depth of char in parametric fires. Through calibration of an effective conductivity of the char layer against the parametric charring method contained in Annex A of EN 1995-1-2, it has been possible to establish a relationship between ‘heating rate’ and the effective conductivity of the char layer, in the heating phase of parametric fires. The modified conductivity model is shown to be applicable to a range of densities and moisture contents of timber and also variations in heating rate and fire load density. The latter is a direct result of the method used in the adaptation of the properties. The modified model is objectively critiqued and proposed further work is discussed in detail. The applicability of the modified model in the cooling phase of fires is also discussed.