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根据2000年施行的修改建筑基准法,防火法令对性能规定作了很大的修改.从那以后8年过去了,关于木结构的防火性能,进行了各种研究开发和应用,一些在2000年以前不敢想象的建筑已经成为现实.本文将从性能规定开始,对于城市木结构和大型木结构建筑可以如何有新的发展、木结构耐火建筑的技术开发和传统木结构的防火性能的再评价等研究工作进行介绍.
木结构耐火建筑物的设计及实例
1 耐火建筑物的设计方法
所谓耐火建筑物,在建筑标准法上就是具有最高水平的防耐火性能的建筑物,就是说,即使是在暂时得不到消防救援的情况下,也不会在火灾中及火灾后倒塌的建筑物.它的防火性能要求针对建筑面积规模很大,高层、有不特定多数人员使用,要求一定避难时间的饭店、剧场、学校及共同住宅等.相对于准耐火建筑物要求“在火灾中不会坍塌”的标准相比,耐火建筑物要求“火灾后也不会坍塌”.
2000年施行的修改建筑标准法将耐火建筑物的做法定位为以下3个基本标准.
(1)方法A(依据方法规定)
①各主要结构部分(墙,柱,梁,地面,屋面、楼梯)均采用.耐火结构(法2条九号之二).
②有火势蔓延危险部分的外墙开口,采用“防火设备”(令109条).
(2)方法B(依据国土交通省告示的耐火性能验证法：性能设计)
①主要结构部分要确保国土交通省告示的耐火性能验证法规定的安全性(法2条九号之二).
②有火势蔓延危险部分的外墙开口采用“防火设备”(令109条).
(3)方法c(国土交通大臣批准的高完成度的设计法：性能设计)
①主要结构部分作为要符合标准要求的内容,需要接受国土交通大臣的认定(法2条九号之二).
②有火势蔓延危险部分的外墙开口采用“防火设备”(令109条).
那么,如果采用木结构修建上述耐火建筑物,又将如何考虑好呢所谓耐火建筑物,就是即使在得不到消防救援的场合,也不会因火灾扩大而倒塌的建筑物.人们常常认为：“木材燃烧后就化为碳化层(隔热层),阻止热量向内部传达,因此,构件断面越大,火越不容易向内部燃烧”.这话虽然不假,但是木构件一旦表面着火,之后就会不断地被周围的热量加热,很难自己灭火.所以,如果不放水灭火任其燃烧的话,就会全部烧尽.为此,要实现火灾后也不会坍塌的具有耐火性能的木结构建筑物,或者采取不燃的结构主体,或者部分燃烧直到燃烧自然停止,由剩下的断面支撑着建筑物不倒塌.例如梁、柱等主要结构部分具有①及②的性能,或是设计手法采用③那样的方法.
这篇论文出处:http://www.sxsky.net/jingji/0683976.html
①将木材像钢结构那样做防火被覆,即使被加热也不会燃烧.
②在梁,柱的剖面中加人停止燃烧的材料,使得梁、柱构件即使外侧燃烧也会中途停止,不会烧到内部.
③木材的使用只限定在因火灾加热影响最小的部分(例如烧不到木材).其中,①与②主要是上述方法A(各主要结构部分采用耐火结构等)的耐火建筑物,③则是方法B,方法C的建筑物.
实例介绍
现在介绍一些基于这种考虑建设的实例.首先是方法A的实例,它的各主要结构部分的耐火构造(楼梯、屋面耐火30分钟,其它为耐火1个小时的耐火结构)都取得了国土交通省大臣认定,是这些构件组合而成的建筑.木结构的构造体用强化石膏板做防火被覆,可以保证结构体在所定的火灾中不起火.对于1个小时的火焰加热防护,采用15mm厚的强化石膏板和21mm厚的强化石膏板做层叠铺设,而对于30分钟的加热防护,一般采用15mm厚的强化石膏板和12.5mm厚的强化石膏板层叠的做法.目前,木结构主要结构部分采用耐火结构的做法,除了上述使用强化石膏板做耐火被覆的方法外,还有表1的做法.这些做法各有特点,有的用石膏板包裹木材使木材不外露,有的将钢结构内藏在层积构件中形成混合结构.这些方法在工程中使用过的有方法1和方法3.方法2也已经有若干企业和机构在进行技术开发,部分构件已经取得了大臣认定.
按照做法A,在主要结构部分采用耐火结构的设计中,要防止建筑物倒塌和确保避难安全,支撑垂直受力(长期荷载)的构件也必须具有防耐火性能.即,只要“主要结构部分(墙、柱,梁、地面、屋面、楼梯)”具
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下面列举一个做法B的实例,那就是兵库县自然学校的“森林之馆”.该馆的设计依据国土交通省告示的耐火验证法,针对所设定的火灾,木结构的主要结构部分(梁、屋面)的温度不会上升到木材的着火温度(260℃),即可以确认木材不会起火.这主要是因为吊顶很高,使火源被限定在局部(限定可燃物).目前有很多体育馆和穹顶建筑的屋面框架和屋架采用木结构.
最后是方法c的实例,大馆树海穹顶和高知学艺高中体育馆.根据高完成度设计法,需要确认火灾时的安全性,每栋建筑都要取得国土交通大臣的认定.对于与上述方法B同样设定的火灾,主要是需要确认木结构主要结构部分(梁、屋顶)的温度不会上升到起火温度(260℃),例如最近完工的JR四国高知车站的设计(内藤广建筑设计事务所),一旦由于电车火灾引起木结构主要结构部分(梁、屋顶)着火,电车内的可燃物烧尽后,木结构主要结构部分的燃烧自然停止了.由烧后残剩的构件断面保证屋架的结构安全,这是经过木材燃烧实验和计算确认的.其它的还有爱媛县武道馆、所泽市民体育馆,秋田县立武道馆,木之花穹顶(宫崎县),良综合运动公园体育馆(鹿儿岛县)等建筑,它们的特点都是屋架为木结构的耐火建筑物.这些建筑多为公共建筑,希望大家能进去亲身体验一下大框架木结构建筑的魅力.
以上都是木结构耐火建筑的实例,做法A的设计考虑是,对在火灾中会受到加热危险的木构件用石膏板和木材做耐火被覆,使之不会燃烧.做法B、做法c的设计考虑是,火灾时将火源控制在局部(限定可燃物),对于像体育馆与穹顶球场等用途的建筑物,常见的做法是对不可能起火的部位采用术结构.总之,火灾时木结构的结构主体不能燃烧或者不会继续燃烧,在这一点上要满足相同的功能.
城区传统木结构建筑的设计
1 传统做法的再评价
如上所述,由于2000年的防火法令中的性能规定,使得建设木结构耐火建筑物成为可能.另一个较大的变化是,明确了城区木结构住宅外墙与屋檐底部必要的防火构造及准防火构造等的性能要求,并规定了各个部位的防火实验方法.根据这一系列的规定,即使是像传统做法那样木材外露的做法,要通过法规或规定要求,就要做防火构造和准耐火结构.受此规定要求,各方面进行了防火技术的开发.近年,把仅仅使用抹土墙和木材构成的外墙看作防火结构,仅用木材构成的檐底看作准防火结构,在市区木结构建筑上,出现了用木材作外部构件的设计和传统外观比较自由的设计.下面介绍依据这些技术开发和法令的设计实例.
2 抹土墙与嵌入式板墙的防火构造
在城区指定准防火地带和法规22条区域建设2层住宅时,必须满足如下规定.外墙有燃烧蔓延危险的部分(距用地红线和道路中心线的距离,1层在3m以内,2层以上在5m以内的部分等),必须采用防火构造c可经受30分钟的室外火灾)和准防火性能c可经受20分钟的室外火灾,不得在准防火地区使用).这是因为当邻家发生火灾时,为了防止火灾通过外墙轻易进
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