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耐火性能指导

 

采用大型木构件的建筑物具有出色的耐火性能。美国建筑规范认可其耐火性,同时还提供有关重型木结构建筑耐火设计要求。 在美国建筑规范中包含两种截然不同的方案: 重型木材建筑方案和耐火建筑方案。

重型木结构建筑
在重型木结构建筑中,对所有承重木结构构件的最小尺寸(包括截面高度和宽度)均设定限制值。 该设计可以消除楼梯和屋顶下方隐蔽的空间,而且能规范经批准的连接件和建筑细节的使用要求。 如果设计合理,胶合木体系符合美国标准建筑规范提出的重型结构适用标准。

火灾发生时,重型木结构的性能明显优于绝大多数毫无保护的“不可燃”建筑。 由于消除了隐藏空间以及大型层积木材结构本身具有完整的结构,灭火工作更安全易行。

耐火建筑方案
耐火极限是指建筑构件在倒塌前可以支撑其负荷的时间长短。 耐火建筑的目标是为人员安全撤离建筑物提供充足的时间。

在美国林业及纸业协会 (American Forest & Paper Association, AFPA) 和美国木结构学会 (American Institute of Timber Construction, AITC) 的共同资助下,ASTM 进行了建筑构件的耐火试验。设计师可以利用试验结果计算出明确的胶合木构件耐火等级。 计算过程对构件尺寸、火中暴露程度以及构件负载进行了综合考虑。

此外,还要进行胶合梁耐火等级的层板修正 (lay-up modification)。 例如,可以将横截面为 170 毫米×340 毫米而且三面遇火的简支胶合梁设定为一小时的耐火等级。 要符合此等级,要在制作过程中从胶合梁中取出一个内层板或中心层板,然后在梁底部添加一个受拉层板(如右上图所示)。

采用标准胶合梁层板以符合一小时的耐火极限
       

顶部的受压胶合层板

中心的中间胶合层板

底部的受拉胶合层板

从中心取出一个中间胶合层板

在底部添加一个受拉胶合层板

标准胶合梁层板

耐火等级为 1 小时的胶合梁层板

假设满足所有要求,基本胶合层板可以很容易地修正为符合一小时的耐火等级,方法是从构件的中心取出一个胶合层板,然后在受拉面添加一个受拉层板。

 

正在进行标准 ASTM E-119 耐火测试,图为被火焰包围的标准胶合梁。

 

进行耐火测试的标准胶合梁: 虽然梁的外表层已经炭化,但是其内部区域仍然没有燃烧。 在火灾中,炭化的外部材料可以作为绝缘层降低内部材料燃烧的速率。

有关计算重型木结构构件耐火等级的详细信息,请参阅《AITC技术资料》第 7 卷的《胶合木耐火极限计算法》(Calculation of Fire Resistance of Glued Laminated Timbers)(www.aitc-glulam.org) 以及《AF&PA 技术报告 10 计算遇火木制构件的耐火极限》(AF&PA Technical Report 10 Calculating the Fire Resistance of Exposed Wood Members)(www.awc.org)。 上述英语版资料已出版。

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