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    木建筑的性能表现:火灾、地震和潮湿

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    木建筑的性能表现:火灾、地震和潮湿


    【火灾,木建筑比你想象的要安全的多】
      
    * 火灾一直是对建筑物内生命安全的主要威胁。幸运的是,更好的建筑实务及更安全的生活方式已经使因为建筑物失火引起的死伤急剧下降。
    * 实际的讯息:木造建筑物比你想像的要安全的多。
    * 木材当然会燃烧,但那并不表示它是火灾的一个主要因素。
    * 当人们因建筑物失火而受伤时,大多是由于建筑物内部物件起火,而不是结构着火。
    * 生活方式是防火安全最关键的因素。
    * 木材在燃烧时,表面会形成一层碳,木材的断面只要超过一定尺寸,这层碳反而会成为绝佳的阻燃层,保护内部的木材不再燃烧。所以欧美日本等国都允许并鼓励使用大断面的木构造(梁柱在8英寸以上)来盖公共建筑,而不需要在木材表面施加防火处理。
    * 火灾施救中,最危险的情况是钢结构,而不是木结构。因为钢材受热到一定程度,强度会骤减,导致结构整体坍塌。

    木建筑的性能表现:火灾、地震和潮湿

    Kaci International by Shigeru Ban architects


    木建筑的性能表现:火灾、地震和潮湿

    大规格的木料无需防火处理


           
     ◆ 认识防火安全
     
    防火安全与生活方式的关系比与其他的关系都要大。北美大部分的建筑物失火是由于烹饪事故引起,其次是吸烟者的疏忽造成。其他的主因包括不当使用电线及使用壁炉和蜡烛不慎。
    就防火安全而言,不受法规管制的建筑内部物件比建筑物结构更加重要。建筑内部物件和表面装饰物的易燃性影响火势蔓延的速度,这也决定了使用者是否有足够的时间逃离。
        建筑物法规规定了何种类型与规格的建筑物可以使用何种的防火安全材料。木材在建筑中是被高度禁用,因为它是”可燃性”,换句话说,它可燃烧,但是防火安全并不是非常依赖材料的性质,而是取决于整个系统的防火性能。从此方面来看,建筑物法规的有关木材的规定上常常是过于保守了。
        一种可能具有防火性的材料,遇到火灾时仍可能大有问题。例如钢受热时会急剧丧失它的强度,并在火焰的温度时会坍塌。混凝土和砖石虽然有极佳的防火性能,但在高温时会失效,使得钢筋暴露出来,进而使得钢筋强度减弱。
        火本身并不永远是安全的大问题,而是烟雾。加拿大的生活方式已有改变,较好的防火安全生活常识、降低的吸烟雾侦测器的广泛使用,使加拿大的火灾死亡人数在过去40年里减少三分之二。
                                       
     ◆ 木建筑在火灾中的表现  

        就防火方面而言,住在木框架房屋中与住在其他材料建造的房屋中是一样安全的。这是因为火灾造成的死伤并不是由建筑物倒塌所造成的,北美90%的火灾死亡是因为家具或其他建筑内部物件首先起火,而后再引起火与烟雾的扩散。
        轻型框架与重木的防火性能是不一样的。重木指的是较大的尺寸的木件,它们本身有相当好的防火性能,木材的热传导性较低是部分原因。因此重木建筑比轻型框架的的法规限制少。木材燃烧后的表面--木炭,有助于保护及隔绝下方未燃烧的木材。所以大块木材需要烧很长的时间才会造成结构上的破坏,而且木材在火加热下只会降低很少的强度。
         轻型框架(间隔紧密的小尺寸木材)建筑物的表现,主要由该墙、楼板与屋顶系统的其他部分所决定,例如石膏板和挡火物。我们经由测试以了解建筑物组件是如何表现性能的,这些性能数据最终并入法规,在法规内明确叙述了各种不同类型建筑物所需的建造方法。

    木建筑的性能表现:火灾、地震和潮湿

    常见的木框架住宅施工中



     ◆ 防火安全设计
     
    建筑物法规注重的是安全,它们包括的许多条例都是针对人们如何在紧急情况下迅速安全地离开建筑物,防火条例适用所有类型的建筑。最重要的事:一栋建筑物保持完整的时间以及阻止火势蔓延的时间要够长,以便人员安全撤离。如何保持木造建筑物在火灾时不倒塌:对轻框架建筑物而言,木材通常由具有极佳耐火性能的石膏板加以保护。重木建筑物则可靠自支撑很长时间。
    如何控制火和烟雾的蔓延:透过利用建筑物特点,将建筑物部件分离,可使得火和烟雾间隔化。建筑法规可能依据建筑物的用途,明确规定墙壁、楼板和天花板必须能够抵抗火灾的时间长短。火和烟雾也可能穿透通常为任何建筑一部份的隐蔽孔隙。挡火物是用来封锁这些孔隙传输路线而设置的任何实心建筑块。火与烟雾也可以穿过用来供应一栋建筑物空气的管道设施。防火挡板是一种屏障,当建筑物内的火警警铃触发时,防火挡板就会在管道之间各就其位。火势从一栋建筑物蔓延到隔壁另一栋建筑物的这种威胁,可以由两栋建筑物之间留出足够的空间距离、或使用防火墙加以控制。同时对外墙的开口加以限制。为防止我们生活方式中存在的防火安全风险,喷洒器系统是一种良好的备用设施。火灾发生时,喷洒器会触发并喷洒水在火焰上。
    出口路线是一栋建筑物防范火和烟雾最重要的一部份。它们在法规中有严格的规定,人们才能够因此尽快的从建筑物安全离开。出口路线的位置、宽度、装饰材料和逃生路线长度,在法规内都有硬性规定。侦测和警报系统对人们尽早撤离建筑物非常的重要。到目前为止,安装它们并维持良好工作状态是建筑物火灾时保证人身安全的最有效方法。加拿大的居家房屋强制规定必须安装烟雾侦测器。

    木建筑的性能表现:火灾、地震和潮湿



     ◆ 耐火与声音
         
    设计的每一个环节都会影响其他系统,防火安全也不例外。当我们的设计是为了增强耐火性能时,就会无意中增加了噪音传送。换句话说,有助于防止火势蔓延的功能在音量控制方面反而造成反效果。噪音传送对于多住户建筑物可能是个问题,这问题可从特别注意设计和建造方面的细节而获得解决。

    木建筑的性能表现:火灾、地震和潮湿

    伦敦Stadthaus公寓9层楼30米高,是目前世界上最高的现代木建筑之一


    木建筑的性能表现:火灾、地震和潮湿

    层积材Cross-laminated Timber (CLT)有足够强度,可以作为结构



    【地震,木建筑具有极佳的生命安全性能】

    北美式木框架建筑的一个已被证实的特点是其在地震中极佳的生命安全性能。与其他的房屋建筑相比,平台框架式木房屋是地震时最安全的地方之一。根据最新法规进行设计及建造地震区的所有建筑物是非常重要的。  
        在过去的50年中,我们已增加了对于地震造成的风险及地震后存活能力的认识。但与此同时,人口的急剧增加和城市人口密度的成长,也加重人们的地震危险。
        地震是地质板块移动突然释放的能量。世界上有些地方是地震高风险区域,如北美西海岸。该处的建筑物必须能够抵抗很强的地震力。这些地震力由地震强度、震源远近、引发地震的地质活动种类、以及指定建筑物周围的地质状况等所决定。
        每个结构物都有其独特的特征,例如刚性和强度,因此对地震力的反应也不同。地震使一栋建筑物水平与垂直地晃动。水平力又称横向力或捡剪力,它是抗震设计的真正挑战。
        作为一个结构材料,木材在抗震性能表现上明显地优于其他材料。木材质硬体轻,因此地面加速度在木造建筑物内产生的能量小于其他建筑物。木框架系统的另一个额外的优势是其性优于其他材料,可以吸收并发散能量。
        木材在北美用于建筑时,几乎只用于称为平台式或西部式框架的轻型框架型式房屋。在这种建筑类别中,木构件细薄,尺寸标准化,并且间隔紧密。楼板一次只建一层,因此每层楼板就成了建在其上方新楼层的建筑平台。大多数的框架由三个部件组成:构成墙壁骨架的垂直墙骨,构成楼板的水平托梁,及支撑屋顶的架或柎架。当墙由斜撑木板条或轻质木制复合而形成墙体覆面,它便具有横向抵抗力,并进而形成一个剪力墙系统,质轻、强壮且具结构效率。所有这些部件共同支撑起建筑物。
        轻框架木结构在北美已发展超过100年。长期以来,无论在建筑物性能表现上还是在组合的行业技术上,其成绩已得到认可。北美各地许多本世纪初建造的木造建筑物便是这种系统可靠性的有力证明。
        这种北美系统在其他地区也同样证明有良好表现。1995年日本神户大地震是近代毁坏性最大的地震之一,其规模为芮氏6.8级,造成6000人丧生,财产损失超过1000亿美元。
        这次地震使所有建筑承受严重横向力的重大考验。在这场地震中,以传统日本梁柱型式建造的旧房屋都被摧毁,以北美抗震标准建造的新房屋则几乎未受影响。
        加拿大全国木制品研究机构Forintek研究了过去40余年世界主要地震中大约50万栋木造建筑物的表现,并在近期公布了可靠的统计数据。研究结果显示,北美式木框架建筑不论新旧,在地震时表现良好。在受调查的7次地震中,共有34人因人为框建筑损毁而丧生。相对照之下,1999年土耳其地震摧毁了广泛使用砖石和混凝土建筑的区域,造成40000人死亡。这并表示砖石和混凝土不适用地震带,而是这些建筑系统需要特别注意遵守设计和建筑标准,以达到良好的抗震能力,而木制系统的要求较为宽松。
        调查报告显示在地震中非常少量的北美式木造建筑物倒塌。少数观察到的倒塌例子,一般是由于多层建筑物的一楼脆弱所致。许多现代房屋在其一楼外墙上有很大的开口(用于大窗户、雾台门及车库门),无论是什么种类的建筑,开口都会减弱这些墙壁的强度。在设计和建造时从工程角度做出正确研判,并且仔细遵循最新的房屋法规与标准,即可消除一楼脆弱的问题。    
        无论是新建筑或是现有建筑翻新使其达到现行标准,良好的抗震设计应包括以下几种关键特性。
                        
    * 特别注意潜在的一楼脆弱问题                    
    * 在稳定的地面上建立强固的地基                  
    * 墙壁与地基紧密接合                  
    * 主要墙壁中的横向抵抗力,包括脚凳墙(这是介于地面和一楼之间的矮墙,形成一个管线空间或底层墙壁的一部份)                  
    * 其他木造部件与墙骨间的适当钉合
          
         没有任何建筑物可做到完全防震,但是良好的抗震设计会将结构程度,并且最重要的是可在大地震时保护居住者的生命。遵循现代建筑物法规和标准,才可获得最佳抗震效果,在建造大型或复合建筑物时,应请专业的结构工程师协助。

    木建筑的性能表现:火灾、地震和潮湿



    【潮湿,水并不是木材的敌人】

          人们通常误以为水是木材的敌人,事实并非如此。在多雨或潮湿地方的木造建筑物仍可以具有长期、毫无问题的性能表现;关键在于设计和建造以木材为基础的建筑产品时,懂得如何处理水份。
    ◆ 木材与水

          首先,水并不损害木材,但是水维持喜好木材的生物(白蚁、真菌、和木蚁)生存。事实上,与其他常用的建筑材料相比,如熟石膏板、干墙、非木质地板覆盖材料、吸音天花板砖及室内陈设,木材更不容易因为偶尔浸湿而受到永久损坏。一般而言,一栋建筑物中唯一需要安全防潮的部分是建筑物外壳,特别是屋顶薄膜,它应尽可能排水,但在积水时需保持防水性能。如果建筑物面层可以很好的排水,那么我们可相信该建筑物中的其他建筑部件不一定需要防水。
          木材自然地吸收并释放水分,以保持其与环境的平衡。在建筑物外层(防风雨层)完好无损的建筑物中,木材可能遇到的唯一一种潮湿是水蒸气。这种无色无味的气体少量存在于空气中,它对木材来说并不是问题,只有当木材接触到液态水的时候,才会出现危险。但即使在此情况下,木材仍可以安全地吸收大量水分,而不会达到维持腐蚀性真菌生存的含水率。
         含水率(MC)测量的是一块木材含有多少相对于木材本身重量的水分。我们计算含水率的方法是用一块指定木材样品中水的重量除以该木材完全干燥时的重量;200%的含水率意指一块木材中水的重量是木材重量的两倍,换句话说,它有2/3是水。
           两个应该记住的数字是19%和28%。如果木材的含水率等于19%,那么认为该为该木材是干燥的。木材含水率在28%时达到纤维饱和,纤维饱和是收缩和腐蚀的基准点。达到纤维饱和的程度时,其细胞壁容纳了所能承受最大容量的水。由于没有自由活动的水分,所以具腐蚀作用的生物不能生长。此外,因为木材只在水进入或离开其细胞壁时收缩或膨胀,纤维饱和也代表木材收缩的极限。木材的含水率超过28%时,不会改变其体积,木材的含水率最终将会稳定至一个数值,室内将稳定在8%到14%,在室外为12%到18%。这使木材具有天然湿度控制器的作用,木材向干燥的空气释放湿气,并从潮湿的空气吸收湿气。木材用以上方式改变含水率的同时也会稍微改变其体积--木材含水率28-19%下降时的收缩程度最大。只要购买用干燥炉在某些控制条件下预先干燥至19%含水率的木材,这些木材已经预先收缩,如此就可避免绝大多数的体积变化。经过干燥的木材在绝大程度上仍保持其安装时的尺寸大小,因此可将已完工房屋的尺寸变化减到最小。

    ◆ 当木材受潮过久时

           木材是一种天然的、可生物分解的材料,然而生物对它的噬食通常必须有水才能进行,例如白蚁就需要湿气才能生活木材腐蚀或腐烂的原因在真菌,它既不是植物也不是动物,而是一种经由孢子繁殖的生生物。真菌孢子永远存在空气中,所以腐蚀可开始于任何时候,只要气温(和更关键的含水率)达到临界值。
    一般提供的建筑服务中,木材部件的温度和水率远低于供腐蚀性真菌生长的安全界线。只有在建筑物损坏而使大量水进入建筑物组件时,木材才出现腐烂的危险。虽然有几种真菌在木材。偏好硬木的白色腐烂真菌使木材呈现漂白及丝条状;棕色腐烂真菌喜好软木,它们使木材看起来呈深暗色,并具有立方体的裂纹图形。在某些情形下,这两种真菌生长迅速,可能很快影响到木制品的外观与强度。
    干腐烂是一个误用于所有木材腐烂的术语,也许因为木材腐烂很枯干,而且损害发生后没有迹象显示有过量的水分。请记住:如果出现腐烂,一定在某处有潮湿的问题。借助木材生长的其他种类真菌包括:霉菌、着色真菌及软性腐烂真菌。前两种不会对建筑物构成问题,然而霉菌可以生长在建筑物中的许多种有机基质上,像是食物、漆料、木材、纸、纺织品或灰尘,不仅是木材而已。这些生物引起表面着色、气味以及偶尔使人产生过敏反应。这些生物最被看作指标,虽然它们并不会对木材造成重大结构破坏,但它们的存在暴露出需要处理的潮湿问题。


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    排序方式:回复时间 共有1条评论

    万宝路 发表于 2016-02-01 16:47 1 楼

    木建筑很麻烦

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