二級結(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)簡單,均為木制結(jié)構(gòu),建造時所用的時間很短,有時一、兩個月即全部完工。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。建造者法制意識淡薄,在建造時未依法向公安消防機構(gòu)申報,致使公安消防機構(gòu)在發(fā)現(xiàn)這些場所時,這些場所均已完工,并投入使用。由于這些場所未經(jīng)公安消防機構(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)計防火規(guī)范》GBJ16-87(2002 版)第5.1.1條中對耐火極限為三級、四級的民用建筑是否可作為餐飲場所未做出明確的規(guī)定,而在《建筑內(nèi)部裝修設(shè)計防火規(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,頂棚只能使用A級裝修材料。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。通過對加拿大與我國在建筑防火方面的消防設(shè)計和審核進行比較,從而借鑒一種既科學(xué)又實際的消防理念。
    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,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,同時也可用于鋼結(jié)構(gòu)的保護。
    重型木結(jié)構(gòu)構(gòu)件(包括梁、柱、樓板)采用實木或膠合木建造。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)強化防火處理的金屬構(gòu)件遇高溫時容易降低強度,會使建筑物突然坍塌。鋼材在溫度達到232℃以上時,其強度迅速下降,溫度達到750℃左右時,其強度僅是原來的10%。而一般建筑起火時,溫度則在700℃~900℃。所以從另一個角度來看,木構(gòu)件在火災(zāi)時比鋼構(gòu)件更安全、可靠。重型木結(jié)構(gòu)防火是依靠構(gòu)件燃燒時表面產(chǎn)生的炭化層減緩火焰進一步向構(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)計荷載要求,結(jié)合不同的樹種的木材在受火焰作用時的炭化速度,根據(jù)規(guī)范提供的計算公式得出構(gòu)件的尺寸,經(jīng)過計算得出構(gòu)件在火災(zāi)后一般能保持原構(gòu)件設(shè)計強度的85%~90%。同時可對重型木構(gòu)件本身進行難燃處理,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。
    按照我國現(xiàn)行的《建筑設(shè)計防火規(guī)范》GBJ.16—87(2002年版的有關(guān)規(guī)定,建筑的耐火等級不僅要求建筑構(gòu)件的耐火極限,同時對其燃燒性能又有嚴格的要求。根據(jù)建筑構(gòu)件燃燒性能及耐火極限,我國的建筑設(shè)計防火規(guī)范把建筑物的耐火等級劃分為一、二、三、四級。一級,耐火能力;四級最低,耐火能力最差。建筑物的耐火等級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是按照國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑材料燃燒性能分級方法》(GB8624-97)執(zhí)行的,一般將建筑材料燃燒性能分為四個等級: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)定的棉墊進行完整性測量時,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℃,或單點溫升超過初始溫度180℃時,表明試件失去絕熱性。第三,失去承載能力和抗變形能力:如果試件在實驗中發(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,保護層的厚度。
    因此,我國現(xiàn)行的《建筑設(shè)計防火規(guī)范》(GBJ.16—87(2002年版)的有關(guān)規(guī)定中,其中關(guān)鍵的一點便是在三、四級耐火等級的建筑中有些建筑構(gòu)件允許設(shè)計采用難燃燒材料或可燃燒材料,但建筑的耐火等級將直接影響建筑的防火間距、防火分區(qū)、安全疏散等,即三、四級耐火等級的建筑及(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、二級耐火等級的建筑。
    而加拿大則不同,加拿大對建筑物耐火等級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)件的耐火試驗均按一個統(tǒng)一的實驗標(biāo)準(zhǔn)來對建筑構(gòu)件進行實驗檢測,不管建筑構(gòu)件以何種材料構(gòu)成,只要通過實驗的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)均視為達到規(guī)定的耐火等級,即只強調(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)件的耐火極限實驗,按ASTMEll9的有關(guān)規(guī)定,在規(guī)定的時間內(nèi)判斷建筑構(gòu)件達到耐火極限的標(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)計荷載下保證強度和抗變形能力;
    第三,試件背火面的平均溫度不超過139℃;
    第四,試件背火面任意點的溫度不超過181℃;
    第五,無消防水流穿過。
    綜合上述,筆者認為耐火極限在加拿大的消防設(shè)計理念中十分重要,不考慮建筑構(gòu)件的燃燒性能,只強調(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。同時強調(diào)對初起火災(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)計理念先進、科學(xué),非常值得我們借鑒和學(xué)習(xí)。