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竹木結(jié)構(gòu)建筑防火常識(shí)
發(fā)布日期:
2012-04-10
閱讀次數(shù):
2535
＊ 火災(zāi)一直是對(duì)建筑物內(nèi)生命安全的主要威脅。幸運(yùn)的是，更好的建筑實(shí)務(wù)及更安全的生活方式已經(jīng)使因?yàn)榻ㄖ锸Щ鹨鸬乃纻眲∠陆怠?nbsp;
＊ 實(shí)際的訊息：木造建筑物比你想像的要安全的多。
＊ 木材當(dāng)然會(huì)燃燒，但那并不表示它是火災(zāi)的一個(gè)主要因素。
＊ 當(dāng)人們因建筑物失火而受傷時(shí)，大多是由于建筑物內(nèi)部物件起火，而不是結(jié)構(gòu)著火。
＊ 生活方式是防火安全最關(guān)鍵的因素。
＊ 木材在燃燒時(shí)，表面會(huì)形成一層碳，木材的斷面只要超過一定尺寸，這層碳反而會(huì)成為絕佳的阻燃層，保護(hù)內(nèi)部的木材不再燃燒。所以歐美日本等國(guó)都允許并鼓勵(lì)使用大斷面的木構(gòu)造（梁柱在8英寸以上）來蓋公共建筑，而不需要在木材表面施加防火處理。
＊ 火災(zāi)施救中，最危險(xiǎn)的情況是鋼結(jié)構(gòu)，而不是木結(jié)構(gòu)。因?yàn)殇摬氖軣岬揭欢ǔ潭�，�?qiáng)度會(huì)驟減，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體坍塌。
Kaci International by Shigeru Ban architects
大規(guī)格的木料無需防火處理
◆ 認(rèn)識(shí)防火安全
防火安全與生活方式的關(guān)系比與其他的關(guān)系都要大。北美大部分的建筑物失火是由于烹飪事故引起，其次是吸煙者的疏忽造成。其他的主因包括不當(dāng)使用電線及使用壁爐和蠟燭不慎。
就防火安全而言，不受法規(guī)管制的建筑內(nèi)部物件比建筑物結(jié)構(gòu)更加重要。建筑內(nèi)部物件和表面裝飾物的易燃性影響火勢(shì)蔓延的速度，這也決定了使用者是否有足夠的時(shí)間逃離。
建筑物法規(guī)規(guī)定了何種類型與規(guī)格的建筑物可以使用何種的防火安全材料。木材在建筑中是被高度禁用，因?yàn)樗?rdquo;可燃性”，換句話說，它可燃燒，但是防火安全并不是非常依賴材料的性質(zhì)，而是取決于整個(gè)系統(tǒng)的防火性能。從此方面來看，建筑物法規(guī)的有關(guān)木材的規(guī)定上常常是過于保守了。
一種可能具有防火性的材料，遇到火災(zāi)時(shí)仍可能大有問題。例如鋼受熱時(shí)會(huì)急劇喪失它的強(qiáng)度，并在火焰的溫度時(shí)會(huì)坍塌�；炷梁痛u石雖然有極佳的防火性能，但在高溫時(shí)會(huì)失效，使得鋼筋暴露出來，進(jìn)而使得鋼筋強(qiáng)度減弱。
火本身并不永遠(yuǎn)是安全的大問題，而是煙霧。加拿大的生活方式已有改變，較好的防火安全生活常識(shí)、降低的吸煙霧偵測(cè)器的廣泛使用，使加拿大的火災(zāi)死亡人數(shù)在過去40年里減少三分之二。
◆ 木建筑在火災(zāi)中的表現(xiàn)
就防火方面而言，住在木框架房屋中與住在其他材料建造的房屋中是一樣安全的。這是因?yàn)榛馂?zāi)造成的死傷并不是由建筑物倒塌所造成的，北美90%的火災(zāi)死亡是因?yàn)榧揖呋蚱渌ㄖ䞍?nèi)部物件首先起火，而后再引起火與煙霧的擴(kuò)散。
輕型框架與重木的防火性能是不一樣的。重木指的是較大的尺寸的木件，它們本身有相當(dāng)好的防火性能，木材的熱傳導(dǎo)性較低是部分原因。因此重木建筑比輕型框架的的法規(guī)限制少。木材燃燒后的表面－－木炭，有助于保護(hù)及隔絕下方未燃燒的木材。所以大塊木材需要燒很長(zhǎng)的時(shí)間才會(huì)造成結(jié)構(gòu)上的破壞，而且木材在火加熱下只會(huì)降低很少的強(qiáng)度。
輕型框架（間隔緊密的小尺寸木材）建筑物的表現(xiàn)，主要由該墻、樓板與屋頂系統(tǒng)的其他部分所決定，例如石膏板和擋火物。我們經(jīng)由測(cè)試以了解建筑物組件是如何表現(xiàn)性能的，這些性能數(shù)據(jù)最終并入法規(guī)，在法規(guī)內(nèi)明確敘述了各種不同類型建筑物所需的建造方法。
常見的木框架住宅施工中
◆ 防火安全設(shè)計(jì)
建筑物法規(guī)注重的是安全，它們包括的許多條例都是針對(duì)人們?nèi)绾卧诰o急情況下迅速安全地離開建筑物，防火條例適用所有類型的建筑。最重要的事：一棟建筑物保持完整的時(shí)間以及阻止火勢(shì)蔓延的時(shí)間要夠長(zhǎng)，以便人員安全撤離。如何保持木造建筑物在火災(zāi)時(shí)不倒塌：對(duì)輕框架建筑物而言，木材通常由具有極佳耐火性能的石膏板加以保護(hù)。重木建筑物則可靠自支撐很長(zhǎng)時(shí)間。
如何控制火和煙霧的蔓延：透過利用建筑物特點(diǎn)，將建筑物部件分離，可使得火和煙霧間隔化。建筑法規(guī)可能依據(jù)建筑物的用途，明確規(guī)定墻壁、樓板和天花板必須能夠抵抗火災(zāi)的時(shí)間長(zhǎng)短�；鸷蜔熿F也可能穿透通常為任何建筑一部份的隱蔽孔隙。擋火物是用來封鎖這些孔隙傳輸路線而設(shè)置的任何實(shí)心建筑塊�；鹋c煙霧也可以穿過用來供應(yīng)一棟建筑物空氣的管道設(shè)施。防火擋板是一種屏障，當(dāng)建筑物內(nèi)的火警警鈴觸發(fā)時(shí)，防火擋板就會(huì)在管道之間各就其位�；饎�(shì)從一棟建筑物蔓延到隔壁另一棟建筑物的這種威脅，可以由兩棟建筑物之間留出足夠的空間距離、或使用防火墻加以控制。同時(shí)對(duì)外墻的開口加以限制。為防止我們生活方式中存在的防火安全風(fēng)險(xiǎn)，噴灑器系統(tǒng)是一種良好的備用設(shè)施�；馂�(zāi)發(fā)生時(shí)，噴灑器會(huì)觸發(fā)并噴灑水在火焰上。
出口路線是一棟建筑物防范火和煙霧最重要的一部份。它們?cè)诜ㄒ?guī)中有嚴(yán)格的規(guī)定，人們才能夠因此盡快的從建筑物安全離開。出口路線的位置、寬度、裝飾材料和逃生路線長(zhǎng)度，在法規(guī)內(nèi)都有硬性規(guī)定。偵測(cè)和警報(bào)系統(tǒng)對(duì)人們盡早撤離建筑物非常的重要。到目前為止，安裝它們并維持良好工作狀態(tài)是建筑物火災(zāi)時(shí)保證人身安全的最有效方法。加拿大的居家房屋強(qiáng)制規(guī)定必須安裝煙霧偵測(cè)器。
◆ 耐火與聲音
設(shè)計(jì)的每一個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)影響其他系統(tǒng)，防火安全也不例外。當(dāng)我們的設(shè)計(jì)是為了增強(qiáng)耐火性能時(shí)，就會(huì)無意中增加了噪音傳送。換句話說，有助于防止火勢(shì)蔓延的功能在音量控制方面反而造成反效果。噪音傳送對(duì)于多住戶建筑物可能是個(gè)問題，這問題可從特別注意設(shè)計(jì)和建造方面的細(xì)節(jié)而獲得解決。
倫敦Stadthaus公寓9層樓30米高，是目前世界上最高的現(xiàn)代木建筑之一
層積材Cross-laminated Timber (CLT)有足夠強(qiáng)度，可以作為結(jié)構(gòu)
【地震，木建筑具有極佳的生命安全性能】
北美式木框架建筑的一個(gè)已被證實(shí)的特點(diǎn)是其在地震中極佳的生命安全性能。與其他的房屋建筑相比，平臺(tái)框架式木房屋是地震時(shí)最安全的地方之一。根據(jù)最新法規(guī)進(jìn)行設(shè)計(jì)及建造地震區(qū)的所有建筑物是非常重要的。
在過去的50年中，我們已增加了對(duì)于地震造成的風(fēng)險(xiǎn)及地震后存活能力的認(rèn)識(shí)。但與此同時(shí)，人口的急劇增加和城市人口密度的成長(zhǎng)，也加重人們的地震危險(xiǎn)。
地震是地質(zhì)板塊移動(dòng)突然釋放的能量。世界上有些地方是地震高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，如北美西海岸。該處的建筑物必須能夠抵抗很強(qiáng)的地震力。這些地震力由地震強(qiáng)度、震源遠(yuǎn)近、引發(fā)地震的地質(zhì)活動(dòng)種類、以及指定建筑物周圍的地質(zhì)狀況等所決定。
每個(gè)結(jié)構(gòu)物都有其獨(dú)特的特征，例如剛性和強(qiáng)度，因此對(duì)地震力的反應(yīng)也不同。地震使一棟建筑物水平與垂直地晃動(dòng)。水平力又稱橫向力或撿剪力，它是抗震設(shè)計(jì)的真正挑戰(zhàn)。
作為一個(gè)結(jié)構(gòu)材料，木材在抗震性能表現(xiàn)上明顯地優(yōu)于其他材料。木材質(zhì)硬體輕，因此地面加速度在木造建筑物內(nèi)產(chǎn)生的能量小于其他建筑物。木框架系統(tǒng)的另一個(gè)額外的優(yōu)勢(shì)是其性優(yōu)于其他材料，可以吸收并發(fā)散能量。
木材在北美用于建筑時(shí)，幾乎只用于稱為平臺(tái)式或西部式框架的輕型框架型式房屋。在這種建筑類別中，木構(gòu)件細(xì)薄，尺寸標(biāo)準(zhǔn)化，并且間隔緊密。樓板一次只建一層，因此每層樓板就成了建在其上方新樓層的建筑平臺(tái)。大多數(shù)的框架由三個(gè)部件組成：構(gòu)成墻壁骨架的垂直墻骨，構(gòu)成樓板的水平托梁，及支撐屋頂?shù)募芑驏醇�。�?dāng)墻由斜撐木板條或輕質(zhì)木制復(fù)合而形成墻體覆面，它便具有橫向抵抗力，并進(jìn)而形成一個(gè)剪力墻系統(tǒng)，質(zhì)輕、強(qiáng)壯且具結(jié)構(gòu)效率。所有這些部件共同支撐起建筑物。
輕框架木結(jié)構(gòu)在北美已發(fā)展超過100年。長(zhǎng)期以來，無論在建筑物性能表現(xiàn)上還是在組合的行業(yè)技術(shù)上，其成績(jī)已得到認(rèn)可。北美各地許多本世紀(jì)初建造的木造建筑物便是這種系統(tǒng)可靠性的有力證明。
這種北美系統(tǒng)在其他地區(qū)也同樣證明有良好表現(xiàn)。1995年日本神戶大地震是近代毀壞性最大的地震之一，其規(guī)模為芮氏6.8級(jí)，造成6000人喪生，財(cái)產(chǎn)損失超過1000億美元。
這次地震使所有建筑承受嚴(yán)重橫向力的重大考驗(yàn)。在這場(chǎng)地震中，以傳統(tǒng)日本梁柱型式建造的舊房屋都被摧毀，以北美抗震標(biāo)準(zhǔn)建造的新房屋則幾乎未受影響。
加拿大全國(guó)木制品研究機(jī)構(gòu)Forintek研究了過去40余年世界主要地震中大約50萬棟木造建筑物的表現(xiàn)，并在近期公布了可靠的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。研究結(jié)果顯示，北美式木框架建筑不論新舊，在地震時(shí)表現(xiàn)良好。在受調(diào)查的7次地震中，共有34人因人為框建筑損毀而喪生。相對(duì)照之下，1999年土耳其地震摧毀了廣泛使用磚石和混凝土建筑的區(qū)域，造成40000人死亡。這并表示磚石和混凝土不適用地震帶，而是這些建筑系統(tǒng)需要特別注意遵守設(shè)計(jì)和建筑標(biāo)準(zhǔn)，以達(dá)到良好的抗震能力，而木制系統(tǒng)的要求較為寬松。
調(diào)查報(bào)告顯示在地震中非常少量的北美式木造建筑物倒塌。少數(shù)觀察到的倒塌例子，一般是由于多層建筑物的一樓脆弱所致。許多現(xiàn)代房屋在其一樓外墻上有很大的開口（用于大窗戶、霧臺(tái)門及車庫門），無論是什么種類的建筑，開口都會(huì)減弱這些墻壁的強(qiáng)度。在設(shè)計(jì)和建造時(shí)從工程角度做出正確研判，并且仔細(xì)遵循最新的房屋法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)，即可消除一樓脆弱的問題。
無論是新建筑或是現(xiàn)有建筑翻新使其達(dá)到現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，良好的抗震設(shè)計(jì)應(yīng)包括以下幾種關(guān)鍵特性。
＊ 特別注意潛在的一樓脆弱問題
＊ 在穩(wěn)定的地面上建立強(qiáng)固的地基
＊ 墻壁與地基緊密接合
＊ 主要墻壁中的橫向抵抗力，包括腳凳墻（這是介于地面和一樓之間的矮墻，形成一個(gè)管線空間或底層墻壁的一部份）
＊ 其他木造部件與墻骨間的適當(dāng)釘合
沒有任何建筑物可做到完全防震，但是良好的抗震設(shè)計(jì)會(huì)將結(jié)構(gòu)程度，并且最重要的是可在大地震時(shí)保護(hù)居住者的生命。遵循現(xiàn)代建筑物法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，才可獲得最佳抗震效果，在建造大型或復(fù)合建筑物時(shí)，應(yīng)請(qǐng)專業(yè)的結(jié)構(gòu)工程師協(xié)助。
【潮濕，水并不是木材的敵人】
人們通常誤以為水是木材的敵人，事實(shí)并非如此。在多雨或潮濕地方的木造建筑物仍可以具有長(zhǎng)期、毫無問題的性能表現(xiàn)；關(guān)鍵在于設(shè)計(jì)和建造以木材為基礎(chǔ)的建筑產(chǎn)品時(shí)，懂得如何處理水份。
◆ 木材與水
首先，水并不損害木材，但是水維持喜好木材的生物（白蟻、真菌、和木蟻）生存。事實(shí)上，與其他常用的建筑材料相比，如熟石膏板、干墻、非木質(zhì)地板覆蓋材料、吸音天花板磚及室內(nèi)陳設(shè)，木材更不容易因?yàn)榕紶柦䴘穸艿接谰脫p壞。一般而言，一棟建筑物中唯一需要安全防潮的部分是建筑物外殼，特別是屋頂薄膜，它應(yīng)盡可能排水，但在積水時(shí)需保持防水性能。如果建筑物面層可以很好的排水，那么我們可相信該建筑物中的其他建筑部件不一定需要防水。
木材自然地吸收并釋放水分，以保持其與環(huán)境的平衡。在建筑物外層（防風(fēng)雨層）完好無損的建筑物中，木材可能遇到的唯一一種潮濕是水蒸氣。這種無色無味的氣體少量存在于空氣中，它對(duì)木材來說并不是問題，只有當(dāng)木材接觸到液態(tài)水的時(shí)候，才會(huì)出現(xiàn)危險(xiǎn)。但即使在此情況下，木材仍可以安全地吸收大量水分，而不會(huì)達(dá)到維持腐蝕性真菌生存的含水率。
含水率（MC）測(cè)量的是一塊木材含有多少相對(duì)于木材本身重量的水分。我們計(jì)算含水率的方法是用一塊指定木材樣品中水的重量除以該木材完全干燥時(shí)的重量；200%的含水率意指一塊木材中水的重量是木材重量的兩倍，換句話說，它有2/3是水。
兩個(gè)應(yīng)該記住的數(shù)字是19%和28%。如果木材的含水率等于19%，那么認(rèn)為該為該木材是干燥的。木材含水率在28%時(shí)達(dá)到纖維飽和，纖維飽和是收縮和腐蝕的基準(zhǔn)點(diǎn)。達(dá)到纖維飽和的程度時(shí)，其細(xì)胞壁容納了所能承受最大容量的水。由于沒有自由活動(dòng)的水分，所以具腐蝕作用的生物不能生長(zhǎng)。此外，因?yàn)槟静闹辉谒M(jìn)入或離開其細(xì)胞壁時(shí)收縮或膨脹，纖維飽和也代表木材收縮的極限。木材的含水率超過28%時(shí)，不會(huì)改變其體積，木材的含水率最終將會(huì)穩(wěn)定至一個(gè)數(shù)值，室內(nèi)將穩(wěn)定在8%到14%，在室外為12%到18%。這使木材具有天然濕度控制器的作用，木材向干燥的空氣釋放濕氣，并從潮濕的空氣吸收濕氣。木材用以上方式改變含水率的同時(shí)也會(huì)稍微改變其體積－－木材含水率28-19%下降時(shí)的收縮程度最大。只要購(gòu)買用干燥爐在某些控制條件下預(yù)先干燥至19%含水率的木材，這些木材已經(jīng)預(yù)先收縮，如此就可避免絕大多數(shù)的體積變化。經(jīng)過干燥的木材在絕大程度上仍保持其安裝時(shí)的尺寸大小，因此可將已完工房屋的尺寸變化減到最小。
◆ 當(dāng)木材受潮過久時(shí)
木材是一種天然的、可生物分解的材料，然而生物對(duì)它的噬食通常必須有水才能進(jìn)行，例如白蟻就需要濕氣才能生活木材腐蝕或腐爛的原因在真菌，它既不是植物也不是動(dòng)物，而是一種經(jīng)由孢子繁殖的生生物。真菌孢子永遠(yuǎn)存在空氣中，所以腐蝕可開始于任何時(shí)候，只要?dú)鉁兀ê透P(guān)鍵的含水率）達(dá)到臨界值。
一般提供的建筑服務(wù)中，木材部件的溫度和水率遠(yuǎn)低于供腐蝕性真菌生長(zhǎng)的安全界線。只有在建筑物損壞而使大量水進(jìn)入建筑物組件時(shí)，木材才出現(xiàn)腐爛的危險(xiǎn)。雖然有幾種真菌在木材。偏好硬木的白色腐爛真菌使木材呈現(xiàn)漂白及絲條狀；棕色腐爛真菌喜好軟木，它們使木材看起來呈深暗色，并具有立方體的裂紋圖形。在某些情形下，這兩種真菌生長(zhǎng)迅速，可能很快影響到木制品的外觀與強(qiáng)度。
干腐爛是一個(gè)誤用于所有木材腐爛的術(shù)語，也許因?yàn)槟静母癄�很枯干，而且損害發(fā)生后沒有跡象顯示有過量的水分。請(qǐng)記�。喝绻霈F(xiàn)腐爛，一定在某處有潮濕的問題。借助木材生長(zhǎng)的其他種類真菌包括：霉菌、著色真菌及軟性腐爛真菌。前兩種不會(huì)對(duì)建筑物構(gòu)成問題，然而霉菌可以生長(zhǎng)在建筑物中的許多種有機(jī)基質(zhì)上，像是食物、漆料、木材、紙、紡織品或灰塵，不僅是木材而已。這些生物引起表面著色、氣味以及偶爾使人產(chǎn)生過敏反應(yīng)。這些生物最被看作指標(biāo)，雖然它們并不會(huì)對(duì)木材造成重大結(jié)構(gòu)破壞，但它們的存在暴露出需要處理的潮濕問題。
