木結(jié)構(gòu)建筑與鋼材和混凝土不同,木材屬于固體可燃物質(zhì),在《建筑設計防火規(guī)范》GB 50016-2010中,其火災危險性被列為丙類,其燃燒性能等級為B2級。若不經(jīng)阻燃處理,在建筑上的使用將受到極大限制。
在火災作用下,木構(gòu)件喪失承載能力的原因有二:一是構(gòu)件外層的炭化;二是炭化層內(nèi)側(cè)薄層的木材因溫度升高而強度降低,當正常木材的強度在原有荷載作用下達到極限時,構(gòu)件即行破壞。
木構(gòu)件雖然能著火燃燒,但是炭化層能阻滯燃燒的繼續(xù)發(fā)展,因此具有一定的耐火性能。國家標準《建筑設計防火規(guī)范》GB 50016-2012附錄C“各類建筑構(gòu)件的燃燒性能和耐火極限”規(guī)定木吊頂擱柵中鋼絲網(wǎng)抹灰(厚15mm)的耐火極限為0.25h,可見一斑。
那么木結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)、混凝±建筑耐火性能的比較有哪些不同呢?
(1)木材在溫度逐漸升高的過程中會發(fā)生熱分解,水分開始蒸發(fā),一些次要的物質(zhì)揮發(fā),接著以可觀的壓力散發(fā)含碳的混合氣體。這些氣體在周圍空氣中著火,達到氣焰燃燒的階段。此后不久就形成了炭化層。在通常火災所構(gòu)成的溫度(800~900)℃下,木炭不具有揮發(fā)性,而保留在構(gòu)件表層上。恰恰是在木炭上覆蓋薄薄的一層灰燼就能阻止發(fā)煙燃燒。
在火災中,一般地說,保留在炭化層上的灰燼保護木材免于燃燒。炭化層成為構(gòu)件內(nèi)部木材的絕緣層。如果沒有外部的燃燒元素,如氧氣、油料等的持續(xù)補充,炭化層能使火焰自然熄滅,從而保證整個結(jié)構(gòu)體在很長時間內(nèi)不受破壞。當然,火災劇烈程度很高,溫度達到1100℃以上時,則炭化層也具有很高的揮發(fā)性,而氣焰燃燒。
(2)木結(jié)構(gòu)建筑耐火阻燃值是鋼結(jié)構(gòu)住宅的1.3倍,是水泥結(jié)構(gòu)的1.7倍,在同樣溫度的火焰下,木結(jié)構(gòu)建筑內(nèi)的人員有更充裕的時間逃生和滅火。
(3)木結(jié)構(gòu)建筑按結(jié)構(gòu)形式分為:輕型木結(jié)構(gòu)和重型木結(jié)構(gòu)兩種。重型木結(jié)構(gòu)具有一定的火災抵抗能力,不需要特殊的防火措施。以炭化擴展深度(即單位時間內(nèi)木材顏色變黑程度)代表燃燒速度,木材的燃燒速度為0.4~0.8mm/min。
木材雖可燃,其導熱性卻很低,僅為鋼的0.4%,銅的0.05%,木材燃燒時表面炭化層的導熱性比木材還低,因此,大型木梁在強烈的燃燒中仍能承重一定時間。