木结构文物建筑火灾蔓延特点研究

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摘要：摘 要：我国有着悠久的历史文化，在千百年的历史文明推进中出现了许多吸引人且具有创造力的建筑物。其中最具代表性的就是各种木结构文物建筑。木结构文物建筑蕴含的经济、文化、历史价值突出，因此有必要展开木结构文物建筑火灾特点分析，确定防火办法，保护

　　摘 要：我国有着悠久的历史文化，在千百年的历史文明推进中出现了许多吸引人且具有创造力的建筑物。其中最具代表性的就是各种木结构文物建筑。木结构文物建筑蕴含的经济、文化、历史价值突出，因此有必要展开木结构文物建筑火灾特点分析，确定防火办法，保护我国木结构文物建筑，传承历史文明。文章将以木结构文物建筑的火灾原因和特征作为切入点，围绕火灾理论展开影响要素研究，分析火灾蔓延的特征，最终确定减少火灾损失与影响的安全间距。

　　关键词：木结构;文物建筑;火灾蔓延特征;防火间距

　　0 前言

　　我国的古建筑大多为木质结构，受木材自身特点限制，消防基础较差，大多没有进行任何阻燃处理。有些建筑物虽然过去进行了火灾方面的阻燃处理，但随着时间的推移，其火灾抵抗能力早已消逝。近些年随着国内旅游产业的快速发展，建筑能耗、人员密度、经营业态发生翻天覆地的变化，这是目前木结构文物建筑消防安全管理面临的最大挑战。为解决消防安全问题，要展开木结构文物建筑火灾蔓延特点分析，确定合适的防火间距。

　　1 国内外研究

　　1.1 木材热解动力学研究

　　木结构文物建筑就是以木材为主体的建筑物。就木材的燃烧与火灾蔓延而言，热解过程作用显著。木材燃烧与蔓延中，热解提供了可燃气体，关系到火焰燃烧能力。首先是预热。在外部热量作用下，木材的内部温度开始上升，此时内部聚合物出现微小的变化。其次是降解。该过程木材有比较稳定的表面，且表面颜色逐渐加深。加热木材后，内部的分子链分解，一些聚合物分子开始玻璃化。再次是热分解。该环节木材逐渐分解，内部的大多数分子会在热作用下渐渐失效。在热解作用下，木材变成分子片段与炭渣。最后是氧化。热解出现易氧化分子片段后氧化燃烧，释放热量。以宏观角度来看，木材的热分解包括预热、热分解、着火、燃烧与蔓延。热解是后续三个过程的前提和先导，关系到最后木材是否可以完全燃烧以及燃烧热量。

　　1.2 木结构文物建筑室内火灾蔓延研究

　　国内外众多学者与专家对建筑物火灾的发展、蔓延进行研究，不过却很少研究火灾后木结构文物建筑的内部情况。许发俊研究的是木结构文物建筑在火灾后，室内的木材部分碳化明显，研究重点是微观结构、碳化速度以及碳化机理①。杨光研究的是在模拟实验中，在建筑物的两层设置火源，分析不同房间温度的变化以燃烧后木材碳化层的厚度，最终得出楼板与木隔板在一定程度上具有阻止火灾发展与蔓延的价值②。彭磊研究的是木结构文物建筑发生火灾之后炭化速率，其利用木结构受热后的炭化速率与温度分布创建模型，充分考虑木材的含水率、密度、炭化收缩动力、木质素③。高晓明通过建立走廊、房屋模型，模拟研究烟气传播规律，得出走廊回燃原因④。国内外学者目前的主要研究方向集中于中庭、大空间、高层建筑，缺少足够多的木结构文物建筑模拟研究。

　　1.3 木结构文物建筑间火灾蔓延

　　在木结构文物建筑火灾发生时，热量会以辐射形式朝向整个空间流窜。距离建筑物越近，辐射作用越明显，同时也会增加火灾出现概率。木结构文物建筑发生火灾以后难以救援，很大程度上是因为热辐射对于木材的影响十分明显。研究人员用理论方法研究和处理木结构文物建筑间火灾蔓延，使用计算机计算和模拟木结构文物建筑火灾蔓延过程。

　　如陆斌辉对吊脚楼这种类型的建筑物特点、火灾因素进行了研究，之后应用数值模拟的方法，确定与了解吊脚楼火灾成因④。虽然模拟结合与真实结果出现了一定偏差，包括建筑材料没有充分燃烧，但却从中得到火灾现象重要参数，包括温度分布与烟气浓度。

　　1.4 木结构文物建筑防火研究

　　目前，国内在木结构文物建筑的防火研究中，主要研究方向为结构防火与材料阻燃，没有深入研究木结构文物建筑的火灾动力学机理。国内的一些研究所和高校结合国外的经验与技术，对建筑物木材燃烧参数和阻燃技术进行了许多研究，并在2005年修订《木结构设计规范》，限定各种木结构文物建筑构件耐火极限与燃烧性能。

　　2 木结构文物建筑火灾原因与特点

　　2.1 原因

　　2.1.1 引起火灾因素多

　　不慎用火是火灾出现的主要原因。相较于过去，如今木结构文物建筑不合理用火的情况变得更严重、种类更多、范围更广。如目前很多木结构文物建筑为满足旅客的需求，使用各种新能源，包括液化石油气、煤气，为游客提供热水、供暖。不正确地使用这些能源很有可能引起火灾①。

　　木结构文物建筑的电气火灾发生原因一般是原本线路老化严重，存在潜在隐患。如很多历史街区的木结构文物建筑在解放时期开始迁入电缆线路，历经数十年的时间却没有更新换代，不少电缆线路严重老化。

　　在旅游业快速发展的今天，木结构文物建筑周围出现各种服务设施，大功率用电增加了火灾隐患。

　　2.1.2 材料本身存在危险

　　木结构文物建筑的主材是各种木材，木材燃烧性关系到最后的火灾危险性。木材是有机物质，主要成分是纤维素、木质素、有机物，有着很高的可燃成分，其大多数是易燃挥发物，在受热后容易分解②。在温度小于100摄氏度时，木材水分开始蒸发;超过100摄氏度以后，一些可燃气体从木材内部溢出;在温度处于260摄氏度时，木材内部溢出非常多的可燃气，在可燃物燃烧之后会释放大量热量，进一步增加木材热解性，产生恶性循环。木材的引燃点只有158摄氏度，自燃点在400至600摄氏度间，属于非常容易燃烧的材料③。木结构文物建筑的木材多年风化，含水量非常低，大多为全干木材，非常容易燃烧。

　　2.1.3 构件本身存在危险

　　建筑物的燃燒速度除了和材料性能有关，还和构件形式有关。表面积越大的构件越容易剧烈燃烧、受热分解。木结构文物建筑物大多采取镂空构件模式，有着极大的表面积。发生火灾后，火势往往非常大，火焰会四处乱窜。

　　物体燃烧需要氧气、火源两个条件④。木结构文物建筑的火灾与环境氧气量供应的稳定性有很大联系。木结构文物建筑一般会制作有着较大火灾荷载的屋顶，因此通风条件非常好，有着很充足的氧气供应。屋顶燃烧时如同架空后的干柴，不仅燃烧速度惊人，同时反应也十分剧烈。

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