現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑防火要求與安全技術(shù)研究

摘 要：木結(jié)構(gòu)建筑在我國(guó)有著非常悠久的歷史，在我國(guó)的很多地區(qū)都有所應(yīng)用。與其他類型的建筑相比，木結(jié)構(gòu)建筑低耗、環(huán)保、舒適、便利等優(yōu)點(diǎn)，但是其火災(zāi)隱患也比較大。該文首先對(duì)木結(jié)構(gòu)建筑進(jìn)行了分析，指出了不同木結(jié)構(gòu)建筑類型的防火機(jī)理，針對(duì)不同類型的木結(jié)構(gòu)建筑應(yīng)該采用不同的防火措施，確保其出現(xiàn)火災(zāi)之后能夠?qū)p失降到最低。該文從四個(gè)方面對(duì)木結(jié)構(gòu)建筑的防火措施進(jìn)行了研究，指出了木結(jié)構(gòu)建筑在未來(lái)發(fā)展過(guò)程中在火災(zāi)防范方面需要采取的措施。

關(guān)鍵詞：木結(jié)構(gòu)建筑 防火要求 安全技術(shù)

中圖分類號(hào)：TU366.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）08（b）-0113-02

在木結(jié)構(gòu)建筑中其主要的建筑材料為木材，雖然具有低耗、環(huán)保、舒適、便利等優(yōu)點(diǎn)，但是由于木材可燃性較強(qiáng)，其火災(zāi)隱患也比較突出。因此，文章從木結(jié)構(gòu)建筑的防火要求與安全技術(shù)兩個(gè)方面進(jìn)行了分析，為木結(jié)構(gòu)建筑的防火安全提供參考與借鑒，減少木結(jié)構(gòu)建筑火災(zāi)事故發(fā)生的頻率與損失。

1 木結(jié)構(gòu)或磚木結(jié)構(gòu)建筑概述

在我國(guó)傳統(tǒng)的建筑形式中，木結(jié)構(gòu)或磚木結(jié)構(gòu)建筑是非常典型的類型之一。在全球范圍內(nèi)，我國(guó)是運(yùn)用木結(jié)構(gòu)建筑最早的國(guó)家，木結(jié)構(gòu)建筑在我國(guó)已經(jīng)有幾千年的歷史了，時(shí)至今日依舊有大量的木結(jié)構(gòu)建筑被完好地保存，其中有一部分還被列入了重點(diǎn)保護(hù)對(duì)象。對(duì)于中華民族來(lái)講，保留下來(lái)的這些木結(jié)構(gòu)建筑已經(jīng)成為了歷史文化遺產(chǎn)中的重要內(nèi)容，其歷史價(jià)值、藝術(shù)價(jià)值、科學(xué)價(jià)值等都非常高。20世紀(jì)50年代，我國(guó)的木結(jié)構(gòu)或磚木結(jié)構(gòu)建筑有著非常廣泛的運(yùn)用，但是在之后的20年期間，在木材采伐殆盡、木材進(jìn)口較少等因素的影響之下，始終處于停滯發(fā)展的階段。當(dāng)前，由于結(jié)構(gòu)用材的缺乏與鋼筋混凝土建筑的不斷發(fā)展，木結(jié)構(gòu)或磚木結(jié)構(gòu)建筑的建設(shè)不斷減少，更多的是歷史上保留下來(lái)的建筑。從20世紀(jì)90年代開(kāi)始，我國(guó)開(kāi)始從發(fā)達(dá)國(guó)家引入輕型木結(jié)構(gòu)住宅建筑，并在一些城市中進(jìn)行了建設(shè)與應(yīng)用。但是我國(guó)木結(jié)構(gòu)或磚木機(jī)構(gòu)建筑的相關(guān)規(guī)范與其他國(guó)家存在一定的差異，導(dǎo)致木結(jié)構(gòu)建筑在發(fā)展的過(guò)程中受到了一定的限制，其中最為關(guān)鍵的問(wèn)題就是建筑防火的設(shè)防要求。

我國(guó)屬于能源消耗大國(guó)，為了能夠?qū)崿F(xiàn)資源與能源的節(jié)約，逐漸提出了“綠色建筑”的概念。當(dāng)前，我國(guó)建筑在建設(shè)的過(guò)程中采用的大都是磚石、鋼材、混凝土等材料，這與我國(guó)當(dāng)前提倡的低耗、綠色建筑發(fā)展方向并不相符。與這些建筑材料相比，木結(jié)構(gòu)建筑具有低耗、環(huán)保、舒適、便利等優(yōu)點(diǎn)。此外，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)生活質(zhì)量的要求也不斷提高，在面積、采光、環(huán)保、環(huán)境等方面都提出了新的要求，這也為木結(jié)構(gòu)建筑在我國(guó)市場(chǎng)的應(yīng)用與普及奠定了基礎(chǔ)。

2 不同木結(jié)構(gòu)建筑類型的防火機(jī)理

對(duì)于木結(jié)構(gòu)建筑來(lái)講，人們最為關(guān)注的就是其防火問(wèn)題?，F(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑已經(jīng)具備了非常完整的體系，其配套的防火規(guī)范要求也已經(jīng)非常的健全與完善。木結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)人員只有在設(shè)計(jì)的過(guò)程中嚴(yán)格遵循相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范，所建成的木結(jié)構(gòu)建筑就必然能夠滿足相關(guān)的防火安全要求。木結(jié)構(gòu)體系之間存在的差異，導(dǎo)致了其相應(yīng)的防火措施與要求也不相同。木結(jié)構(gòu)建筑的防火機(jī)理主要包括以下三個(gè)方面。

2.1 輕型木結(jié)構(gòu)的防火措施

在輕型木結(jié)構(gòu)中，主要的組成部分包括木材、墻體、樓板、房蓋等，其防火安全性主要取決于其中的墻體、樓板與房蓋等組成部分的耐火性能與燃燒性能，與結(jié)構(gòu)中所用木材的燃燒性能之間并不存在較大的聯(lián)系。在輕型木結(jié)構(gòu)框架中，兩側(cè)的墻體基本上都是選用耐火性能較強(qiáng)的石膏板對(duì)其進(jìn)行覆面處理，同時(shí)在構(gòu)件的龍骨空腔中也大都是采用不可燃的礦物纖維保溫材料對(duì)其進(jìn)行填充，從而提高構(gòu)件的耐火性能、降低構(gòu)件的燃燒性能，使輕型木結(jié)構(gòu)能夠滿足相關(guān)的防火規(guī)范要求。在輕型木結(jié)構(gòu)的實(shí)際施工過(guò)程中，需要依據(jù)構(gòu)件所能夠達(dá)到的耐火極限進(jìn)行保溫隔熱材料、石膏板等材料的選擇。

2.2 重型木結(jié)構(gòu)的防火措施

在重型木結(jié)構(gòu)中，發(fā)揮承重作用的木梁與木柱的截面尺寸都比較大，可以選用的材料包括實(shí)木、膠合木等。在重型木結(jié)構(gòu)的實(shí)際施工過(guò)程中，通過(guò)木梁、木柱的運(yùn)用能夠?qū)⒛窘Y(jié)構(gòu)建筑的美感更加徹底地展現(xiàn)出來(lái)。在重型木結(jié)構(gòu)中采用的木梁、木柱等都是可燃材料，但是在建筑的過(guò)程中可以通過(guò)木構(gòu)件尺寸控制、木樓板組裝方法選擇、消除樓板與屋頂隱蔽空間等措施實(shí)現(xiàn)重型木結(jié)構(gòu)防火性能的提高。通過(guò)大量的耐火試驗(yàn)證明，如果重型木結(jié)構(gòu)構(gòu)建的截面尺寸較大，其耐火性能就比較大，出現(xiàn)這種情況的主要原因是截面尺寸較大的木構(gòu)件在火中時(shí)會(huì)在表明形成炭化層，這種炭化層能夠?qū)δ緲?gòu)件發(fā)揮隔熱、隔氧的作用，降低構(gòu)建內(nèi)部的燃燒速度。因此，在重型木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中需要依據(jù)耐火極限、設(shè)計(jì)荷載等要求對(duì)木構(gòu)件的截面尺寸進(jìn)行確定。

2.3 木結(jié)構(gòu)組合的防火措施

木結(jié)構(gòu)組合指的是木結(jié)構(gòu)或木構(gòu)件與鋼材、混凝土等結(jié)構(gòu)或構(gòu)件共同形成的結(jié)構(gòu)體系。木結(jié)構(gòu)組合建筑的設(shè)計(jì)過(guò)程中，建筑師可以依舊不同的需求選擇木材、鋼材、混凝土等不同的材料，充分發(fā)揮出這些材料在結(jié)構(gòu)中的優(yōu)良個(gè)性，實(shí)現(xiàn)建筑整體性能的有效提高，同時(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)建筑成本的降低。

木結(jié)構(gòu)組合體系主要的組成形式包括兩種，一種是豎向組合建造，另一種是木骨架組合填充墻體與木結(jié)構(gòu)樓板。豎向組合建造指的是建筑的上半部分采用木結(jié)構(gòu)，為可燃材料，下半部分采用混凝土等其他結(jié)構(gòu)，為不可燃材料，兩個(gè)部分之間通過(guò)不可燃的樓板進(jìn)行分割。這種類型的結(jié)構(gòu)主要適用于下部商業(yè)用途、上部住宅、辦公用途的建筑。此外，與豎向組合建造相對(duì)應(yīng)的就是水平組合建造，這種類型的木結(jié)構(gòu)組合體系并不常見(jiàn)。木骨架組合填充墻體指的是在木骨架外部進(jìn)行墻面板的覆蓋，在其中的空隙中填充保溫、隔熱、隔音材料，這種結(jié)構(gòu)的墻體不能夠用于承重墻體，多用于混凝土建筑物中的非承重外墻或者內(nèi)隔墻。

3 木結(jié)構(gòu)建筑的防火技術(shù)

3.1 對(duì)木材進(jìn)行阻燃處理工作

木材屬于可燃物，其燃燒等級(jí)比較低，因此需要相應(yīng)的阻燃處理工作實(shí)現(xiàn)其可燃性能等級(jí)的提升。在對(duì)木材進(jìn)行阻燃處理的過(guò)程中，最為常用的方式就是在木材表面涂阻燃劑，能夠?qū)Ω邷叵履静牡臒岱纸?、熱傳遞、氧化反應(yīng)等進(jìn)行有效的抑制。不同的阻燃劑在阻燃作用方面是具有側(cè)重點(diǎn)的，在對(duì)木材進(jìn)行阻燃處理的過(guò)程中需要選擇兩種以上的阻燃劑進(jìn)行混合之后進(jìn)行使用，促進(jìn)阻燃作用的強(qiáng)化。比較常見(jiàn)的木材阻燃劑主要包括磷系阻燃劑、氮系阻燃劑、硼系阻燃劑等，經(jīng)過(guò)阻燃處理之后的木材在抗火性能方面得到了非常顯著的提升，使其燃燒性能得到了改變，但是這種方式并不能夠?qū)?gòu)件的耐火等級(jí)進(jìn)行改變。

3.2 對(duì)木材進(jìn)行表面防護(hù)工作

木材的表面防護(hù)工作主要是針對(duì)木材成品而言的，主要的方式包括兩個(gè)方面，一方面是在木材的表面涂覆阻燃劑或防火涂料；另一方面是在木材的表面包裹不燃性材料。通過(guò)表面防護(hù)工作實(shí)現(xiàn)對(duì)木材的隔熱、隔氧作用，從而對(duì)木材燃燒進(jìn)行抑制。木材表面防護(hù)工作是目前為止最為有效的木材防火保護(hù)方式。當(dāng)前較為常見(jiàn)的防火涂料為膨脹型涂料，在受熱之后會(huì)形成炭化層，能夠發(fā)揮著非常良好的隔熱、隔氧作用。在木材表面涂覆膨脹型防火涂料，在遇到小火時(shí)并不燃燒，火勢(shì)較大時(shí)能夠?qū)δ静牡难尤寄芰M(jìn)行優(yōu)秀的阻滯，進(jìn)而降低火焰的傳播速度與火災(zāi)造成的損失，離開(kāi)明火之后能夠自動(dòng)熄滅，防止火災(zāi)的進(jìn)一步蔓延。但是膨脹型防火涂料的作用僅僅在于阻滯與延緩火勢(shì)，并不能夠?qū)馂?zāi)進(jìn)行完全的阻止與消滅。此外，防火板材也是非常有效的木構(gòu)件防火措施，通過(guò)這些板材能夠防止木結(jié)構(gòu)直接受到火焰的灼燒，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件耐火極限的提高。

3.3 對(duì)木構(gòu)件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)

在一般情況下，木材的溫度達(dá)到250℃之后便會(huì)燃燒，在木材著火并且火勢(shì)兇猛的情況之下，木材的炭化速度為0.64 mm/s，炭化所形成的炭化層會(huì)對(duì)木材內(nèi)部產(chǎn)生一種隔離作用，提高木材所能夠承受的溫度，防止木材內(nèi)部在火災(zāi)中遭到損毀。在重型木結(jié)構(gòu)中往往包含了規(guī)格比較大的木梁或者木柱，這些木梁與木柱由于自身的截面尺寸較大，其自身的耐火性能就比較強(qiáng)。出現(xiàn)這種情況的主要原因包括兩個(gè)方面，一個(gè)方面是木材的導(dǎo)熱性能較差；另一方面是木材在燃燒的過(guò)程中會(huì)形成炭化層，通過(guò)隔熱、隔氧作用延緩木材的燃燒速度。因此，在木結(jié)構(gòu)建筑中采用截面尺寸較大的木構(gòu)件將有利于耐火極限的提高。在木結(jié)構(gòu)進(jìn)行防火設(shè)計(jì)的過(guò)程中，要依據(jù)設(shè)計(jì)荷載與木材炭化速度等選擇合適的木材種類與木材截面尺寸，通過(guò)木構(gòu)件自身所具有的耐火性能來(lái)滿足木結(jié)構(gòu)建筑的耐火極限要求。

3.4 對(duì)木結(jié)構(gòu)的防火性能進(jìn)行設(shè)計(jì)

在對(duì)木結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，防火設(shè)計(jì)是非常重要的內(nèi)容之一。在木結(jié)構(gòu)的防火設(shè)計(jì)中，一方面需要對(duì)木結(jié)構(gòu)的用途、層數(shù)、面積等進(jìn)行控制；另一方面需要設(shè)置必要的安全措施，降低火災(zāi)所造成的損失。通過(guò)對(duì)木結(jié)構(gòu)建筑進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)火勢(shì)蔓延進(jìn)行有效的控制，提高木結(jié)構(gòu)建筑的防火能力。

3.4.1 在木結(jié)構(gòu)建筑中設(shè)置防火分區(qū)

在建筑物內(nèi)部的某一個(gè)空間發(fā)生火災(zāi)之后，在熱氣體的對(duì)流與輻射作用之下，火勢(shì)或沿著樓板、門(mén)窗等向著其他的空間不斷蔓延，最終導(dǎo)致這個(gè)建筑全面出現(xiàn)火災(zāi)。因此，在木結(jié)構(gòu)建筑中必須設(shè)置防火分區(qū)，將火勢(shì)有效地控制在一定的時(shí)間與區(qū)域中。對(duì)木結(jié)構(gòu)建筑防火分區(qū)設(shè)置產(chǎn)生影響的因素包括建筑層數(shù)、建筑長(zhǎng)度、建筑面積等，同時(shí)可以通過(guò)防火墻防止火勢(shì)蔓延到相鄰的建筑中。

3.4.2 在木結(jié)構(gòu)建筑之間設(shè)置防火間距

在建筑物中出現(xiàn)火災(zāi)之后，在熱氣體輻射的作用之下可能會(huì)引發(fā)臨近建筑物起火現(xiàn)象，同時(shí)在出現(xiàn)火災(zāi)之后要充分考慮到人員疏散與火災(zāi)救援的需求。因此，建筑物之間必須設(shè)置合理的防火間距。一般情況下，磚木結(jié)構(gòu)建筑之間的防火間距應(yīng)該大于8 m，木結(jié)構(gòu)建筑之間的防火間距應(yīng)該大于12 m。如果是已經(jīng)建成的木結(jié)構(gòu)建筑，應(yīng)該通過(guò)各種有效的防火措施對(duì)其進(jìn)行處理，例如開(kāi)辟防火通道、確保防火通道通暢等，避免在火災(zāi)發(fā)生時(shí)出現(xiàn)“火燒連營(yíng)”的情況。為了避免外部火災(zāi)對(duì)木結(jié)構(gòu)建筑所造成的威脅，在一些有條件的地方可以在木結(jié)構(gòu)建筑周圍開(kāi)挖防火溝，同時(shí)將建筑周圍的雜草、枯葉等可燃物進(jìn)行及時(shí)的處理。

3.4.3 木結(jié)構(gòu)建筑防火的構(gòu)造措施

在木結(jié)構(gòu)建筑中，火災(zāi)發(fā)生過(guò)程中最為明顯的特征就是容易出現(xiàn)飛火的情況。因此，在木結(jié)構(gòu)建筑的屋頂表面必須采用不可燃材料，在美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家造價(jià)對(duì)此做出了相應(yīng)的規(guī)定。如果木結(jié)構(gòu)建筑呈現(xiàn)出高低錯(cuò)落的形態(tài)，那么必須考慮到如果較低部分發(fā)生火災(zāi)時(shí)火焰會(huì)向著較高部分的外墻進(jìn)行蔓延。因此，必須考慮到較低部分房屋結(jié)構(gòu)的耐火極限，一般情況下要求其不低于1 h。

通過(guò)相關(guān)的火災(zāi)試驗(yàn)證明，發(fā)生火災(zāi)的建筑對(duì)周圍建筑的影響主要取決于周圍建筑外墻的耐火極限與外墻門(mén)窗洞口的開(kāi)口比例。如果相鄰的建筑物在外墻上并無(wú)門(mén)窗洞口，同時(shí)周圍建筑的耐火極限在一個(gè)小時(shí)以上，則兩棟建筑之間的防火間距可以適當(dāng)?shù)販p小，最低限度為4m。部分建筑外墻無(wú)法做到完全沒(méi)有門(mén)窗洞口，在這種情況下，外墻的開(kāi)孔不得超過(guò)外墻面積的10%，其耐火極限必須在1 h以上，在外墻的圍護(hù)結(jié)構(gòu)中必須采用不可燃的材料。

在木結(jié)構(gòu)建筑中最易引發(fā)火災(zāi)的區(qū)域就是廚房，因此廚房應(yīng)該進(jìn)行單獨(dú)設(shè)置，同時(shí)在廚房中應(yīng)該設(shè)置防火措施，防止火焰或者火星危害，確保木結(jié)構(gòu)能夠與火源完全隔離開(kāi)來(lái)，同時(shí)應(yīng)該在樓板上通過(guò)各種不可燃材料進(jìn)行襯墊，確保火源與樓板之間分離開(kāi)來(lái)。如果房間中設(shè)置有磚煙囪時(shí)，煙囪外表面與木結(jié)構(gòu)之間的凈距離應(yīng)該在120 mm以上，同時(shí)應(yīng)該對(duì)與木結(jié)構(gòu)相鄰的煙囪璧進(jìn)行加厚處理。當(dāng)房屋有采暖管道通過(guò)木構(gòu)件時(shí)，其管壁表面應(yīng)與木構(gòu)件保持不小于50 mm的凈距離，若采暖管道的溫度超過(guò)100℃，此凈距離則應(yīng)適當(dāng)加大或用非燃燒材料隔熱。

3.4.4 設(shè)置自動(dòng)報(bào)警與滅火系統(tǒng)

在發(fā)生火災(zāi)是，自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)對(duì)于人們的撤離有著非常關(guān)鍵的作用。當(dāng)前，在建筑火災(zāi)中確保人身安全最為常用的方式就是在建筑中安裝探測(cè)系統(tǒng)與報(bào)警系統(tǒng)。在所有有條件的建筑中都應(yīng)該安裝煙感探測(cè)器或者溫感探測(cè)器，確保能夠及時(shí)地發(fā)現(xiàn)火災(zāi)。通過(guò)在建筑物中安裝噴淋系統(tǒng)來(lái)對(duì)日常生活中存在的火災(zāi)隱患進(jìn)行應(yīng)對(duì)與排除。當(dāng)出現(xiàn)火災(zāi)之后，噴淋系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)觸發(fā)，在燃燒區(qū)域噴灑冷水，在消防員到達(dá)之前對(duì)火勢(shì)進(jìn)行有效的控制。在木結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中安裝噴淋系統(tǒng)實(shí)際上是增加了建筑的附加安全程度，可以是木結(jié)構(gòu)建筑具有一定的靈活性。

4 木結(jié)構(gòu)建筑防火安全未來(lái)發(fā)展方向

第一，對(duì)國(guó)內(nèi)外的各種標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究，主要包括美國(guó)、德國(guó)、加拿大、澳大利亞等，同時(shí)對(duì)這些國(guó)家的木結(jié)構(gòu)建筑防火規(guī)定進(jìn)行對(duì)比分析，找出我國(guó)相關(guān)規(guī)定中存在的不足。第二，木結(jié)構(gòu)建筑構(gòu)件耐火驗(yàn)證試驗(yàn)工作，對(duì)不同截面尺寸的木結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行耐火試驗(yàn)，對(duì)其耐火性能進(jìn)行定量分析。第三，木結(jié)構(gòu)組合體系中，需要對(duì)建筑整體的高度與層數(shù)進(jìn)行研究，通過(guò)對(duì)比研究與模擬研究之后發(fā)現(xiàn)，同樣是7層的木結(jié)構(gòu)組合建筑與鋼筋混凝土建筑的火災(zāi)危險(xiǎn)性相差不大。第四，對(duì)國(guó)外木結(jié)構(gòu)建筑防火安全技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)要求等進(jìn)行分析與參考，以此為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)符合我國(guó)實(shí)際情況的木結(jié)構(gòu)防火安全要求的制定。第五，對(duì)國(guó)外3層以上的純木結(jié)構(gòu)建筑的防火技術(shù)進(jìn)行研究。

5 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前，我國(guó)木結(jié)構(gòu)建筑研究處于初始階段，在木結(jié)構(gòu)建筑應(yīng)用規(guī)模與數(shù)量、木結(jié)構(gòu)建筑消防技術(shù)等方面都與發(fā)達(dá)國(guó)家存在較大的差距。在木結(jié)構(gòu)建筑應(yīng)用與推廣的過(guò)程中，最為關(guān)鍵的問(wèn)題就是防火安全問(wèn)題，需要對(duì)木結(jié)構(gòu)建筑的火災(zāi)消防安全進(jìn)行研究，促進(jìn)木結(jié)構(gòu)建筑在推廣與應(yīng)用中的安全性。本文對(duì)現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑防火要求與安全技術(shù)進(jìn)行了研究，為木結(jié)構(gòu)建筑防火安全奠定了科學(xué)的技術(shù)支持與理論支持。在木結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展過(guò)程中，必須重視其消防安全問(wèn)題，通過(guò)建筑消防措施與消防技術(shù)的提高，為其健康、持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

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