现代木结构的防火以及应用前景

南京林业大学

现代木结构

—现代木结构的防火以及应用前景

姓 专

名： 业：

学

号：

二 ○ 一 零 年 十一 月

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【摘要】

摘

要

如今，日渐成熟的木结构建筑正在被人们所提倡，木结构房屋为公共建筑及住宅 带来一种新概念。而木材是易燃材料，若长期在高温作用下木材会变质而使强度降低， 使其在火灾作用下容易受火的侵袭引起结构破坏， 从而导致人员伤亡及财产损失。 因此， 木结构的防火问题成为人们最为迫切想要解决的事情。此外，木结构建筑的应用前景也 颇为看好。我国当前的建材消耗对环境产生严重负荷，迫切需要有利于节能减排的新型 建筑体系，在这样的大背景下，具有节能减排优势的木结构重新受到关注。

【关键词】木结构 防火 应用前景

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【目录】

目

录

一、木结构防火 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·(4)

（一）木结构的防火性能分析 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · (4) （二）木材防火剂与防火剂处理方法 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · (5) （三）木结构中的防火设置 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · (7)

二、木结构应用前景 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·(8)

（一）我国发展木结构房屋需解决的问题 · · · · · · · · · · · · · · · · · (8) （二）木结构发展的趋势 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · (9)

三、结论 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·(10) 参考文献 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · (11)

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【正文】

在人类文明的发展进程中，木材如同土石材料一样，是最原始的建筑材料之一。 工业革命为自然环境带来数百年浩劫。 全球变暖、 生态失衡、 土石扰动等灾害接踵而至， 健康安适的居住环境开始变得遥不可及。然而，在当今提倡环保意识的年代，符合可持 续发展精神的木建筑以“另类”之姿趁势崛起，重新站在世界建筑的舞台。木结构房屋 相较于其他类建材的房

屋有自己不可逾越的优势，比如木制房屋建筑造型优美、设计精 致、回归自然、返璞归真的享受及其结构合理、作工精细、建造快捷。这些优势使得木 结构房屋存在了千年仍然为人们所采用， 现代的加工技术以及精湛的技巧使得木结构房 屋更加安全、舒适，欧美、日本的人们对它青睐有加，在中国，它同样受到了人们的追 捧。 木结构因为其材料自身存在一定的缺陷因而为很多建造者所弃用，其缺点包括防 火性能差、不耐腐蚀等。但是，木结构也有很多其他建筑材料难以企及的优点，例如： 木结构所用材料木材为天然材料，绿色无污染，不会对人体造成伤害，材料透气性好， 易于保持室内空气清新及湿度均衡；此外木结构稳定性高，具有最佳的抗震性，木结构 体系的耐火能力比人们通常想象的要强的多。 以下将从木结构防火以及应用前景来阐述 现代木结构。

木结构防火

木结构建筑防火性能分析

建筑物需有足够长的寿命，结构的耐久性问题是关键，包括防火等在内，通过木结 构建筑的长期实践，已积累了丰富的经验，这些方法和措施行之有效，在我国也同样适 用，所有外墙体上的流动，杜绝水分对结构的破坏，提高建筑耐用性。防火问题不仅仅 存在于木结构建筑，其他形式建筑同样存在，关键在于外墙面材料的选用上，防火是木 结构建筑最为突出的问题，需要特别的重视。对建筑耐火等级的划分不是单纯依赖于建 筑结构材料的燃烧性能，历史上许多次大火的经验证明，火灾造成的人员伤亡与结构材 料的燃烧性能没有直接关系，其建筑构件的耐火试验均按一个统一的实验标准进行检 测，不论建筑构件以何种材料构成，只要通过实验的有关标准，均视为达到规定的耐火 等级，即只强调建筑构件的耐火极限而不考虑该建筑材料属于可燃材料和非可燃材料。 木结构分为轻型木结构和重型木结构， 相应的木结构防火设计也分成轻型和重型木 结构防火， 通常轻型木结构采用外包石膏防火板， 用以阻断及防止火焰直接接触木构件， 以满足建筑构件的耐火极限要求，石膏防火板的耐火极限是比较高的，最大可达到5小 时，目前我国也有类似的材料，这种材料不仅可用于木材的保护同时也可用于钢材的保

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护。 重型木结构件一般采用原木建造，是建筑内主要承重构件，重型木结构防火是依靠 构件燃表面产生的炭化层减缓火焰进一步向构件内部燃烧， 经过火烧后焦黑的外层在火 灾的过程中扮演了“绝缘”角色，降低内部材料烧焦的几率，根据设计荷载要求，结合 不同树种的木材在受火焰作用时的炭化速度， 根

据规范提供的计算机公式得出构件的尺 寸，经过计算得出构件在火灾后一般能保持原构件强度的85％~90％。同时，可以对重 型原构件本身进行阻燃处理，即采用木结构防火涂料加压浸泡或涂刷，这样处理的结果 能降低木构件表面火焰燃烧速度，相应提高构件的耐火极限，改变其燃烧性能。 比较一下金属结构的防火性能，未经强化防火处理的金属构件遇高温时容易降低强度， 会使建筑物突然坍塌，钢材在温度达到232度以上，其强度即迅速下降，温度到750度左 右时其强度仅是原来的10％。而一般建筑物超起火电厂时，温度则在700度~900度。所 以，从另一个角度来看，木构件在火灾时比钢构件更安全，可靠。 中国是现阶段经济发展最快的市场，木结构建筑将在我国兴起是大势所趋。木结 构建筑成本较高，再加上我国的森林荫道覆盖率较低，这些都是客观事实，然而，这种 建筑形式的优点也是显而易见的，特别是在呼唤“绿色建筑”的当今社会，现代建筑的 设计既要保证建筑的安全性、舒适度、智能化和生态环境等品质，更要注意能源的有效 使用和节约，因此，木结构建筑在我国进行适时、适地、迁量在发展值得推崇。 木材防火剂与防火剂处理方法 一种良好的防火剂，要求防火效力高、经济便宜、对木材性质（包括木材的吸湿性、 尺寸的稳定性、木材强度、油漆和胶合）无不良影响，对金属不产生腐蚀，并具有抗流 失和抗虫抗腐等作用。 用作浸渍防火剂的材料很多，目前广泛使用的是无机化合物。虽然这种无机化合物 对木材性质有些不良影响，但它的主要优点是防火效力高，价格低廉。用作防火剂的无 机化合物有磷酸氢二铵、磷酸铵、氯化锌、硼砂和三氧化二锑等。 木材化学防火处理方法主要有两种：浸渍和表面涂复。 1.防火剂浸渍处理 经防火剂浸渍处理的木材，主要表现在起火时，能阻止或延缓木材温度的升高，降 低火焰蔓延的速度以及延缓火焰穿透木材的速度。 防火剂常采用压力完全注入法，对容易浸注的木材也可采用热冷槽法浸注。 2.表面涂复处理 防火剂涂复在木材表面，主要作用是使木材与热源隔绝，阻止木材受热分解和发生 可燃气体，或者防止空气直接与木材相接处。表面涂复处理多用于提高现有木结构防火 能力。 1.关于液状防火浸渍涂料 （1）防火浸渍涂料用于不直接受水作用的构件上。木材的防火处理可用加压浸注、

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浸渍、表面喷洒以及用刷子涂刷等方法。 （2）木材防火处理所使用的方法、防火剂的成分及浸渍等级的要求等，应根据建 筑物受火灾的危险程度来决定的。 （3）木材浸

渍剂的成分按下表规定使用 项 浸渍剂成分的种类 浸渍等 级的要 求 次 1 硫酸铵和硫酸铵的混 合物 1 一 二 三 每立方米木材所 用防火盐类的数 量不得小于 2 80 48 20 3 空气相对湿度超 4 空气相对湿度在80%以 浸渍剂的特性 基本用途

过80%是易吸湿， 下时，浸渍厚度在50毫 能降低木材强度 10-15% 米以内的木质构件

2

硫酸铵和磷酸铵与火 油类磺酸

三

20

不吸湿；不降低 木材强度

在不直接受潮湿作用的 构建中用作表面浸渍

2.关于膏状防火剂和防火涂料 （1）防火涂料又称防火漆。涂刷在可燃建筑结构上，遇小火不燃烧，在火势不大时， 具有阻滞延燃能力，从而减缓火焰传播速度，离开明火时能自行熄灭，可提高材料的耐 火能力，防止火灾迅速蔓延扩大，但不能完全阻止和消减火灾。属于无机涂料的有：水 玻璃、石棉等；属于有机的涂料有过氯乙烯、酪素和脲酚醛树脂等防火漆。 （2）以水或有机溶剂稀释的防火涂料，使用时应用刷子涂刷 或用喷洒法喷于表面。 （3）防火涂料应按下表规定使用 对选择及使用防火涂料的规定 项 防火涂料的种类 每平方米木材所 使用的防火涂料 的数量不得小于 次 1 硅酸盐涂料 1 0.5 2 无抗水 性；在二 氧化碳的 作用下分 解 2 可赛银涂料 0.7 — 用于不直接 受潮湿的构 件上 不得用于露天的构件 3 用于不直接 受潮湿的构 件上 4 不得用于露天的构件及 位于二氧化碳含量高的 大气中的构件 特性 基本用途 限制和禁止的范围

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掺有防火剂的油质涂 料 4 氯乙烯涂料和其他以 氯化石蜡为主的涂料

0.6

抗水

用于露天构 件上

—

0.6

抗水

用于露天构 件上 —

木结构中的防火设置 从加拿大的木结构房屋设计标准来看所有的住宅都要安装烟感装置， 此外还建议安 装一氧化碳监测装置。关于逃生通道的距离不能超过规定的要求，上层要求设置额外的 避难平台和出口，当火灾发生时，需要隔离并控制烟气。室内可燃以及易燃物品到热源 的距离应当受到控制，室内电器和机械安装必须符合电气安装标准和机械安装标准，此 外还需控制易燃物体的表面和装修。室内还需安装自动喷淋系统，当火灾发生时能及时 开启参与灭火工作。防火墙和防火楼盖也是木结构中经常运用到的，建筑区域采用防火 墙分隔，空腔内的防火挡块以及管道内的阻火装置也能阻碍火势的蔓延。

防火逃生通道

防火挡块

木结构房屋不同的防火分区

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防火挡块构造的细节

木结构应用前景

我国发展木结构房屋需解决的问题

随着我国经济的发展和人们生活水平的提高， 人们对木结构居室环境的要求越来越 高，

具有优良性能的木结构房屋越来越引起人们的重视。特别在一些大城市，由于国外 技术的引进和开发商的参与，木结构房屋的建设成为一个新热点。从总的趋势来看，基 于中国巨大的市场， 此类房屋的开发具有很大的潜力和发展空间。 但考虑到我国的国情， 目前还存在许多问题有待解决，需要客观地加以分析。 由于受传统农村木屋印象的影响，人们总认为木结构房屋是四面透风、既不坚固， 又非常简陋的木房子，其实这是一种误解。现在所指的木结构房屋是将生态、环保、个 性化、美学及现代技术与传统方法结合，具有现代气息的多功能木结构建筑。另外，因 森林资源匮乏而限制使用木材只能作为一定时期缓解供需矛盾的权宜之计， 不能根本解 决木材紧缺问题。从现实情况看，木结构建筑在我国的接受程度还很低，木结构产品真 正进入市场并受消费者欢迎尚需时日。 人们从追求高客积率的居所转变到健康环保的住 宅需要一个过程，首批开发的木结构房屋的成功与否非常重要，可直接影响到人们观念 转变的快慢。 健全的标准和规范是保证木结构房屋的质量，防止出现劣质建筑的必要条件，否则 将给木房屋市场造成不良的影响。根据我国目前的社会治安状况，防盗问题应引起足够 的重视。因此，木结构房屋小区的管理要适应其特点，建立和实施完善的安全管理体系 是一个不容忽视的问题。 由于长期以来，木结构房屋的发展受到限制，直到改革开放后，才开始对木结构房 屋及其材料进行研究，并取得了一些成果。但总体而言，这方面的基础研究工作还很薄 弱，我国在木质材料应用于住宅建筑方面的研究与国外差距较大，科研院所及大学也缺 乏相应的课程及人才培养内容，还不能满足未来市场的需要。引进国外的木结构建筑技 术和经验对发展我国的木结构房屋市场有很大促进作用， 但我们也应重视发展具有中国 特色的木结构建造技术和材料，形成自己的知识产权。应注重开发人工林木材、竹

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材等用于建筑行业，尽可能降低建造的成本，这样有利于木结构住宅的推广。根据 我国国情，在南方地区可以考虑研究发展底层为混凝土结构，上层为木结构的混合结构 形式。目前还迫切需要开展对木结构设计同时加快制定木结构设计、木材强度应力分级 等检验评定方法和规范，建立木结构建筑及材料管理的标准化体系。

木结构发展的趋势

木结构建筑有着施工简易、设计灵活、保温隔热性能好、防潮防虫性好、抗震性好 等诸多优点。木材作为建筑材料具有重量轻、强度高、美观、加工性好等特点, 现代木

结构建筑在世界上许多国家应用已很普遍。尤其伴随着现代科技和计算机产业的发展， 木结构从取材、加工、设计、安装均融入科技成分，现代木结构建筑已成为传统营造概 念和现代科技的完美结合物。 除大量的住宅建筑外，木结构建筑还被广泛应用于建造 厂房、学校、旅馆、体育馆等公共建筑。 现代木结构建筑有很好的刚度、 强度和稳定性, 木结构对于瞬间冲击荷载和周期 性疲劳破坏具有良好的延性,其破坏过程是一个渐变的压服过程。当木结构房屋在地震 中振动时一般仍能保持结构的稳定和完整。 木材的细胞组织可以容留空气,使其具有良好的保温隔热性能可使建筑物的使用 能耗大大降低。木结构建筑的施工周期只是同类砖混结构的 1/ 2 至 1/ 4 ,且形式多样, 布局灵活,可为用户提供更多的房型甚至度身定造。 木结构技术具有很大的灵活性,内部 装修可以根据买方要求度身定制, 为购房者提供多样化和个性化设计。 而且一开始就知 道全部的成本,在内墙板安装前,墙体框架内可以排设管线和安装保温材料,为用户创造 一个节能和洁净的家居环境，木结构房屋经久耐用。 木结构房屋在保温、节能、环保、舒适、结构灵活性等方面有着传统砖混结构无可 比拟的优越性，正好满足人们日益追求的与环境相和谐的愿望。据了解，目前在我国的 上海、北京、深圳、大连、广州等大城市，对于别墅型木结构房屋具有一定的需求。另 外，由于居住的习惯，一些外籍人士对于木结构房屋也情有独钟，这些都是潜在的消费 群体， 作为住宅建设重要形式之一的小型独立式木结构住宅正好满足此部分消费群体的 要求。

中外结合木结构用于生态园

中外结合木结构用于办公楼

中外结合木结构用于茶室

中外结合木结构用于茶室

木外结合木结构用于生态园

轻木结构商业街

轻木结构别墅

轻木结构会所

轻木结构茶楼

重型木结构用于体育场馆

原木会所

【结论】

现代木结构房屋的建设在我国刚刚起步，由于它具有许多优良特性，木制 房屋建筑造型优美、设计精致、回归自然、返璞归真的享受及其结构合理、作工精细、 建造快捷。 现代的加工技术以及精湛的技巧使得木结构房屋更加安全、舒适，木结构 所用材料木材为天然材料，绿色无污染，不会对人体造成伤害，材料透气性好，易于保 持室内空气清新及湿度均衡；此外木结构稳定性高，具有最佳的抗震性，木结构体系的 耐火能力比人们通常想象的要强的多。 木结构的防火性能在现代技术的改进下变得越来 越好， 虽然还有很多问题会影响到它的发展， 但是这些问题不能阻止其发展的脚步。

由 于它有利于保护环境和社会的可持续性发展 , 必将越来越受到人们的关注和青睐 , 在 建筑市场中将具有很强的竞争力。 为了推动现代木结构建筑在中国的健康发展, 必须加 强木结构建筑各方面的科学研究 , 科学的进步能带来技术的革命, 带来建筑创作的革 命,带来一个崭新的中国木结构建筑的发展前景。 我国应用木结构建筑的历史由来已久， 我们要回顾自己走过的路学习别人的成功经验。

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【参考文献】

[1]《木结构设计手册》 中国建筑工业出版社，1985.

[2] 陈启仁 张文韶 《认识现代木结构》 天津大学出版社，2005. [3] 莫骄 《木结构设计》 中国计划出版社，2006. [4] 《古建筑木结构维护与加固技术规范》 中国建筑工业出版社,1993. [5]张玉功 《浅谈古建筑消防安全特性及防火对策》 [6] 费本华,王戈,等 《 我国发展木结构房屋的前景分忻.木材工业》 ，2002 [7] 樊承谋《木结构在我国建筑中应用的前景.木材工业》 ，2003

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