[发明专利]一种基于树种混合的胶合木梁抗火性能提升的制备工艺

说明书

本发明属于木结构抗火技术领域，具体为一种低质速生材胶合木梁抗火性能提升的制备工艺，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三分点抗弯试验方法进行；受火后胶合木梁剩余承载力的理论计算值与试验值比对。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。

技术领域

本发明涉及木结构抗火技术领域，一种基于树种混合的胶合木梁抗火性能提升的制备工艺。

背景技术

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。