二級(jí)結(jié)構(gòu)專業(yè)輔導(dǎo):木結(jié)構(gòu)建筑防火初探

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近來,隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,在大多數(shù)城市的城郊周圍出現(xiàn)了大量的休閑山莊,這些休閑山莊大多為周邊的農(nóng)民利用自己的田地建造,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,均為木制結(jié)構(gòu),建造時(shí)所用的時(shí)間很短,有時(shí)一、兩個(gè)月即全部完工。而且大多成片建造,建筑之間沒有防火間距。所用的電氣線路也只是套普通的套線槽保護(hù)。建造者法制意識(shí)淡薄,在建造時(shí)未依法向公安消防機(jī)構(gòu)申報(bào),致使公安消防機(jī)構(gòu)在發(fā)現(xiàn)這些場(chǎng)所時(shí),這些場(chǎng)所均已完工,并投入使用。由于這些場(chǎng)所未經(jīng)公安消防機(jī)構(gòu)審核合格,就擅自施工,存在著極大的先天不足。萬一發(fā)生火災(zāi),將火燒連營,造成極大的損失。
    可是我國《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GBJ16-87(2002 版)第5.1.1條中對(duì)耐火極限為三級(jí)、四級(jí)的民用建筑是否可作為餐飲場(chǎng)所未做出明確的規(guī)定,而在《建筑內(nèi)部裝修設(shè)計(jì)防火規(guī)范》 GB50222-95(2002版)中第3.2.1條中則明確規(guī)定了歌舞廳、餐館等娛樂、餐飲建筑在營業(yè)面積超過100平方米時(shí),頂棚只能使用A級(jí)裝修材料。這兩者之間似乎存在有沖突,如果有沖突的話,又如何在兩者之間協(xié)調(diào)呢?
    筆者認(rèn)為可以借鑒一下加拿大在木制結(jié)構(gòu)防火這方面的經(jīng)驗(yàn)。通過對(duì)加拿大與我國在建筑防火方面的消防設(shè)計(jì)和審核進(jìn)行比較,從而借鑒一種既科學(xué)又實(shí)際的消防理念。
    由于盛產(chǎn)木材且木結(jié)構(gòu)建筑材料具有可以再生、生產(chǎn)耗能少、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn),因此在加拿大的許多建筑,尤其是住宅建筑及低層商業(yè)性建筑中木結(jié)構(gòu)建筑材料被廣泛采用。
    在加拿大,木結(jié)構(gòu)分為輕型木結(jié)構(gòu)和重型木結(jié)構(gòu),相應(yīng)的木結(jié)構(gòu)的防火設(shè)計(jì)也分成輕型和重型木結(jié)構(gòu)防火。通常輕型木結(jié)構(gòu)采用外包石膏防火板,用以阻斷及防止火焰直接燒木構(gòu)件,以滿足建筑構(gòu)件的耐火極限要求。石膏防火板的耐火極限是比較高的,的可以達(dá)到5°h,目前我國也有類似的材料。這種材料不僅可用于木材料的保護(hù),同時(shí)也可用于鋼結(jié)構(gòu)的保護(hù)。
    重型木結(jié)構(gòu)構(gòu)件(包括梁、柱、樓板)采用實(shí)木或膠合木建造。與輕型木結(jié)構(gòu)不同,重型木結(jié)構(gòu)的構(gòu)件是建筑內(nèi)主要承重構(gòu)件。未經(jīng)強(qiáng)化防火處理的金屬構(gòu)件遇高溫時(shí)容易降低強(qiáng)度,會(huì)使建筑物突然坍塌。鋼材在溫度達(dá)到232℃以上時(shí),其強(qiáng)度迅速下降,溫度達(dá)到750℃左右時(shí),其強(qiáng)度僅是原來的10%。而一般建筑起火時(shí),溫度則在700℃~900℃。所以從另一個(gè)角度來看,木構(gòu)件在火災(zāi)時(shí)比鋼構(gòu)件更安全、可靠。重型木結(jié)構(gòu)防火是依靠構(gòu)件燃燒時(shí)表面產(chǎn)生的炭化層減緩火焰進(jìn)一步向構(gòu)件內(nèi)部燃燒,經(jīng)過火燒后焦黑的外層在火災(zāi)的過程中扮演了“絕緣”的角色,降低了內(nèi)部材質(zhì)燒焦的幾率。根據(jù)設(shè)計(jì)荷載要求,結(jié)合不同的樹種的木材在受火焰作用時(shí)的炭化速度,根據(jù)規(guī)范提供的計(jì)算公式得出構(gòu)件的尺寸,經(jīng)過計(jì)算得出構(gòu)件在火災(zāi)后一般能保持原構(gòu)件設(shè)計(jì)強(qiáng)度的85%~90%。同時(shí)可對(duì)重型木構(gòu)件本身進(jìn)行難燃處理,即采用木結(jié)構(gòu)防火涂料加壓浸泡或涂刷,這樣處理的結(jié)果能降低木構(gòu)件表面火焰燃燒速度,相應(yīng)提高構(gòu)件的耐火極限,改變其燃燒性能,但不能提高構(gòu)件的耐火等級(jí)。
    按照我國現(xiàn)行的《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GBJ.16—87(2002年版的有關(guān)規(guī)定,建筑的耐火等級(jí)不僅要求建筑構(gòu)件的耐火極限,同時(shí)對(duì)其燃燒性能又有嚴(yán)格的要求。根據(jù)建筑構(gòu)件燃燒性能及耐火極限,我國的建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范把建筑物的耐火等級(jí)劃分為一、二、三、四級(jí)。一級(jí),耐火能力;四級(jí)最低,耐火能力最差。建筑物的耐火等級(jí)取決于組成該建筑物的建筑構(gòu)件的燃燒性能和耐火極限。
    我國建筑材料燃燒性能分級(jí)是按照國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑材料燃燒性能分級(jí)方法》(GB8624-97)執(zhí)行的,一般將建筑材料燃燒性能分為四個(gè)等級(jí):A:不燃燒性建筑材料;B1:難燃燒性建筑材料;B2:可燃燒性建筑材料;B3:易燃燒性建筑材料。
    我國耐火極限的判定條件:第一,失去完整性,或完整性被破壞:當(dāng)用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的棉墊進(jìn)行完整性測(cè)量時(shí),如果棉墊被引燃,則表明試件失去完整性。第二,失去絕熱性,或失去隔火作用:如試件背面的平均溫升超過試件表面初始溫度140℃,或單點(diǎn)溫升超過初始溫度180℃時(shí),表明試件失去絕熱性。第三,失去承載能力和抗變形能力:如果試件在實(shí)驗(yàn)中發(fā)生垮坍或變形量超過規(guī)定數(shù)后,則表明其失去支持力。影響耐火極限的因素主要有:其一,材料的燃燒性能;其二,構(gòu)件的截面尺寸;其三,保護(hù)層的厚度。
    因此,我國現(xiàn)行的《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GBJ.16—87(2002年版)的有關(guān)規(guī)定中,其中關(guān)鍵的一點(diǎn)便是在三、四級(jí)耐火等級(jí)的建筑中有些建筑構(gòu)件允許設(shè)計(jì)采用難燃燒材料或可燃燒材料,但建筑的耐火等級(jí)將直接影響建筑的防火間距、防火分區(qū)、安全疏散等,即三、四級(jí)耐火等級(jí)的建筑及(下轉(zhuǎn)第20頁)(上接第21頁)其防火間距、防火分區(qū)、安全疏散等允許值均小于一、二級(jí)耐火等級(jí)的建筑。
    而加拿大則不同,加拿大對(duì)建筑物耐火等級(jí)的劃分不是單單依賴于建筑結(jié)構(gòu)材料的燃燒性能。加拿大歷許多次大火災(zāi)的經(jīng)驗(yàn)證明,火災(zāi)造成人員傷亡與結(jié)構(gòu)材料的燃燒性能沒有直接關(guān)系。其建筑構(gòu)件的耐火試驗(yàn)均按一個(gè)統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)來對(duì)建筑構(gòu)件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢測(cè),不管建筑構(gòu)件以何種材料構(gòu)成,只要通過實(shí)驗(yàn)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)均視為達(dá)到規(guī)定的耐火等級(jí),即只強(qiáng)調(diào)建筑構(gòu)件的耐火極限而不考慮該建筑材料屬于可燃材料還是非燃材料。建筑構(gòu)件的耐火極限實(shí)驗(yàn),按ASTMEll9的有關(guān)規(guī)定,在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)判斷建筑構(gòu)件達(dá)到耐火極限的標(biāo)準(zhǔn)為:
    第一,背火面無熱氣或火焰穿透;
    第二,承重構(gòu)件在設(shè)計(jì)荷載下保證強(qiáng)度和抗變形能力;
    第三,試件背火面的平均溫度不超過139℃;
    第四,試件背火面任意點(diǎn)的溫度不超過181℃;
    第五,無消防水流穿過。
    綜合上述,筆者認(rèn)為耐火極限在加拿大的消防設(shè)計(jì)理念中十分重要,不考慮建筑構(gòu)件的燃燒性能,只強(qiáng)調(diào)建筑構(gòu)件的耐火極限,使得木結(jié)構(gòu)可以得到廣泛的應(yīng)用。同時(shí)強(qiáng)調(diào)對(duì)初起火災(zāi)的撲救,建筑不同的部位要求采用不同耐火極限的建筑構(gòu)件,在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)人員可以得到安全疏散,解決了木結(jié)構(gòu)在消防設(shè)計(jì)上存在的一些弊端,合理地利用了自然資源,體現(xiàn)了消防設(shè)計(jì)理念先進(jìn)、科學(xué),非常值得我們借鑒和學(xué)習(xí)。