基于树种混合的低质速生材胶合木梁抗火性能提升技术制造技术

本发明专利技术属于木结构抗火技术领域，具体为基于树种混合的低质速生材胶合木梁抗火性能提升技术，具体包括：层板强度分级：胶合木梁底部承受拉伸应力较大的区域采用密度较大、强度等级较高的优质结构木材，胶合木梁顶部受压、中部受剪和底部受拉应力较小的区域采用密度较小、强度等级的低质速生木材；胶合木梁制备和养护；火灾试验，火灾试验中胶合木梁为两个侧面、底面受火；受火后剩余承载力测定，受火后胶合木梁的剩余承载力测定根据抗弯试验方法进行；受火后胶合木梁剩余承载力计算与试验值比对。在满足兼顾大量利用国产速生木材、节约用材的同时，实现了保障建筑消防安全的目标。实现了保障建筑消防安全的目标。实现了保障建筑消防安全的目标。

【技术实现步骤摘要】
基于树种混合的低质速生材胶合木梁抗火性能提升技术


[0001]本专利技术涉及木结构抗火
，具体为基于树种混合的低质速生材胶合木梁抗火性能提升技术。

技术介绍

[0002]为避免全球气温上升和生态环境恶化，国际主要国家相继承诺采取减碳措施，我国政府也确立了“2030年碳达峰和2060年碳中和”的(双碳)目标。我国的基础设施建设大多采用水泥、钢材等传统建筑材料，其产量已达全球50％以上。由于建筑业每年消耗的能源已占到全国能源消耗总量的30％以上，排放的二氧化碳占总排放的四成以上，因此建筑业的节能减碳是保障双碳目标实现的主要路径。与混凝土结构和钢结构相比，木结构用材环保节能、可再生，且木结构构件还能通过工厂预制，实现施工现场快速拼装，通过避免现场湿作业，大幅度缩短施工周期，属于装配式绿色建筑。每建造3～5m2木结构建筑能够净吸收CO2量达1吨，因此，大力发展现代木结构，符合我国双碳国家战略。
[0003]与采用原木或方木构件，以及榫卯连接节点的传统木结构相比，现代木结构多采用胶合木梁柱构件以及金属件连接的节点形式。胶合木是根据受力特点可控去除影响木材强度的天然缺陷后，再通过指接接长、横向拼宽和厚度叠加等关键工序，加压胶合而成，由于胶合木的组成单元尺寸较小，因此能够设计并加工成原木或方木构件无法完成的任意形状，且尺寸不受限制。因此，胶合木构件已成为替代传统原木和方木构件的结构构件，在木结构工程中应用广泛。
[0004]现阶段，由于我国木结构产业链完整度还不高，与传统的混凝土和钢结构相比，其造价相对较高，因此在我国经济较发达的东部和东南沿海应用较多，鉴于这些地区地少人多，多高层木结构建筑有较大发展空间。同时，与国外不同，我国木结构建筑应用中大多要求多暴露木材元素，该措施，兼顾了结构装饰一体化设计和建筑免装修，还能进一步降低建筑综合造价，这是提高木结构建筑竞争力的重要手段。
[0005]但木材自身可燃的固有属性导致木结构建筑的火灾隐患高。大量研究和工程案例已经证明，火灾发生时，木材受热燃烧、释放大量热量和可燃气体、助长火势，高温对实木和结构复合木材的力学性能有显著劣化作用，高温中木构件有效截面降低、刚度减小、承载力下降，荷载作用下变形增加，危及结构安全，对消防人员的声明安全和灭火救援工作造成威胁。木结构建筑的抗火性能是限制其规模化发展和应用的瓶颈。
[0006]建筑构件的抗火性能表征该构件在火灾过程中能够起到隔离作用或结构支撑作用的能力，通常采用耐火极限表示。建筑构件的耐火极限是在标准火灾环境或标准升温曲线条件下，通过耐火试验进行测定。我国标准《建筑构件耐火试验方法第1部分：通用要求》(GB/T 9978.1
‑
2008)规定的标准火灾曲线为ISO 834曲线。
[0007]我国天然林禁伐，目前国内的木结构建筑全部采用国外进口优质结构木材建造，这是我国发展木结构的资源瓶颈。随着木结构在国内应用的增多，量大面广的国产速生木材在建筑结构中应用的可行性受到广泛关注，我国的人工林总面积居世界首位；根据我国
第八次森林普查资料表明，杉木是人工林林地面积最大的优势树种，其在人工林总面积中的占比分别高达19％，是我国木结构建筑工程的潜在用材资源。
[0008]火灾中胶合木构件外侧最先受高温作用炭化形成炭化层，炭化层不具强度；次外层受高温作用强度降低。木结构中受力构件力学性能的劣化主要由炭化层强度丧失和受热区强度折减导致。胶合木梁作为建筑中最为常用的受弯结构构件，在木建筑结构设计中，其截面尺寸主要取决于弹性模量。相较于构件截面宽度，构件截面高度是其抗火性能的决定性参数。
[0009]与天然林木材相比，速生木材密度较小、材质较为疏松，强度等级较低，火灾中的炭化速率高，受火后截面尺寸减小速度快，难以用作结构受力构件，因此无法用于作建筑结构受力构件用材。随着我国木结构建筑的规模化发展，尤其是多高层木结构建筑应用的增多，木材资源和木结构抗火问题逐渐凸显，急需根据实际需求，提出基于国产速生木材的抗火性能显著改善的胶合木构件。同时，考虑到火灾的高发性及其危害性，预先根据受火后胶合木构件剩余承载力的抗火性能设计，是木结构建筑消防安全的必要保证。
[0010]国内外主要国家标准规范和行业协会技术手册对木结构建筑构件的抗火性能均是根据其炭化速率进行确定，再按照受火时间，确定出炭化深度，即炭化层的厚度，并最终得到受火后构件的剩余承载力。国内外标准中给出了不同树种的炭化速度建议值，如表1所示。
[0011]表1国内外标准中规定的木材及胶合木炭化速度
[0012][0013]因此，根据欧洲标准EN 1995
‑1‑
2:2004，考虑到木材受火后截面的圆角效应，即截面角部由于受火较严重，导致炭化深度较大，构件有效炭化深度根据式(1)计算：
[0014]d
ef
＝β
n
·
t+7
·
k0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0015][0016]式中：d
ef
为木材有效炭化深度，mm；β
n
为木材名义炭化速度，mm/min；k0为考虑木材炭化层内部高温影响厚度的系数，可由式(2)计算得到；t为木材受火时间，min。
[0017]澳大利亚标准AS 1720
‑
2006考虑了木材截面的圆角效应和内部木材强度受高温影响，因此规定的木材有效炭化深度根据式(3)计算：
[0018]d
ef
＝β
n
·
t+7.5
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0019]β
n
＝0.4+(280/ρ)2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0020]式中：ρ为木材含水率为12％时的密度，kg/m3，式(3)中的炭化速度β
n
由式(4)确定。
[0021]美国林纸协会技术手册NDS 1997和中国标准《木结构设计标准》(GB50005
‑
2017)中规定受火木构件的有效炭化深度按下式(5)进行计算：
[0022]d
ef
＝1.2
·
β
n
·
t
0.813
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0023]式中：β
n
为木材名义炭化速度，mm/min，美国技术手册和中国规范建议分别取值0.635mm/min和0.633mm/min。
[0024]《建筑结构学报》2011年第32卷第7期73
‑
79页“石灰膏抹面木梁受火后受力性能静力试验研究”文章报道了对木梁曝火侧表面进行石灰膏抹面以实现构件抗火性能提升，但构件表面抹面后，无木纹，采用木结构、外露木纹的装饰作用丧失，在我国木结构建筑实际工程中不具备应用可行性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于树种混合的低质速生材胶合木梁抗火性能提升技术，其特征在于，具体包括：层板强度分级：胶合木梁底部承受拉伸应力较大的区域采用密度较大、强度等级较高的优质结构木材，胶合木梁顶部受压、中部受剪和底部受拉应力较小的区域采用密度较小、强度等级较低的低质速生木材；胶合木梁制备和养护；火灾试验，火灾试验中胶合木梁为三面受火，即两个侧面和底面受火；受火后剩余承载力测定，受火后胶合木梁的剩余承载力测定根据抗弯试验方法进行；受火后胶合木梁剩余承载力计算与试验值比较，受火后胶合木梁剩余承载力的理论计算中，受火后胶合木梁中的高温分解层和构件底部受拉区角部圆弧化对剩余承载力的影响以炭化层厚度的9％计。2.根据权利要求1所述的基于树种混合的低质速生材胶合木梁抗火性能提升技术，其特征在于：胶合木梁用层板的厚度在25
‑
45mm范围内，胶合木梁制备中，其层板间的粘结采用间苯二酚
‑
酚醛树脂胶黏剂。3.根据权利要求1所述的基于树种混合的低质速生材胶合木梁抗火性能提升技术，其特征在于：胶合木梁底部承受拉伸应力较大的区域的优质结构木材层板数量≥2。4.根据权利要求1所述的基于树种混合的低质速生材胶合木梁抗火性能提升技术，其特征在于：在胶合木梁底部承受拉伸应力较大区域配置的优质结构木材，其树种种类≥1种。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳孔，唐中秋，王烽，徐利芹，吕城龙，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：