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思考丨800多年历史的巴黎圣母院燃烧殆尽,现代木结构如何防火?
发布日期:2019-04-18

究竟是什么原因让屹立850年的巴黎圣母院如此易燃?专家认为,巴黎圣母院庞大的木质结构屋顶是让其易燃的重要原因。

当地时间4月15日18时50分许,法国著名地标巴黎圣母院塔楼发生火灾。值得注意的是,火情蔓延速度惊人,1小时左右,塔尖就在众目睽睽之下倒塌,2/3屋顶被烧毁。

难道真的是“木结构”的锅?接下来小编与大家一起分析大火中巴黎圣母院燃烧殆尽的真正原因:

        1. 清一色截面小的木结构框架

        在巴黎圣母院拱顶的上方,是大量木材的支撑结构,且都是小截面的木结构材料,可以说,在拱顶与屋顶之间是“一片森林”,使得顶部结构非常易燃。加上巴黎圣母院的高挑、轻盈和古老的年龄,恰好让它起火难救、极其脆弱93米高塔,没有灭火设备能搞定。

1:巴黎圣母院屋顶内部构造

这个区域首次出现了火灾:

一小时内,火势蔓延至尖顶,使其倒下,并沿着屋顶蔓延:

最后,大火烧毁绝大部分的屋顶:

         同时需要注意的是,大火中巴黎圣母院的钢结构部分也未能幸免,高温使得钢结构结构融化,彻底丧失了承重功能,据法国媒体报道,消防队员称,巴黎圣母院只有主体结构被“拯救”,且整体保存完整。石材一般不易着火,巴黎圣母院下部的主体结构由石材墙体构成,在此次事件中受影响不大。

        2. 线路老化存在安全隐患

        由于建筑规模庞大,加上常年受到污染、年久失修等困扰,不仅建筑的墙壁、雕像出现了破裂,内部线路也出现了不同程度的破损。

有法媒提到,这起大火疑似从屋顶上的脚手架开始燃烧,圣母院顶楼的电线短路可能是引发火灾的原因。

3. 维修时木质脚手架“帮助”引燃主体结构

        巴黎圣母院首期修复的重点是塔尖部分,并于2018年11月完成了脚手架的搭建。若没有遭遇火灾,塔尖部分将在未来四年内得到修复。脚手架搭建在教堂顶部,起火时,木质脚手架加速了大火吞噬塔顶的速度。

2木质结构脚手架“助燃”大火


巴黎圣母院大火肆虐,现代木结构建筑中如何防火设计?


日渐成熟的木结构建筑正在被人们所提倡,木结构房屋为公共建筑及住宅带来一种新概念。木结构容易着火吗?当钢筋混凝土的房屋建筑成为居住主流选择后,这种想法更变得理所当然,但事实是木结构并非最易燃。

虽然木材本身属于易燃材料,但是现代木结构的防火并不如人们所想象的那么脆弱,而是通过科学的设计和系统化的解决方案做到结构防火。

首先木结构燃烧时表面会产生碳化层,帮助保护内部木材并维护其结构和强度的完整性。一根大截面的重型木料对于一根钢梁而言,能够在大火中坚持更长的时间。

3火灾后的钢梁融化搭在碳化后仍维持强度的木结构上

随着居住方式的改变,古人的防火智慧已不足以抵挡灾难。今人继续探索,依靠现代技术和手段解决木结构防火问题。

1. 加大木结构截面尺寸

现代木结构多使用规格材的工程料作为建筑的原材料,如胶合木、CLT实心板等,这些材料的强度、耐久性、稳定性、环保性、经济性都远远高于一般木材。相较以前,现代木结构的截面尺寸加大了很多,大幅度的提高了木材的抗燃性,重型木结构通过高温下形成的碳化层来达到防火要求,轻型木结构则通过表面覆盖石膏板等防火材料来达到防火要求。

5木材碳化图解


        2. 阻燃涂料的使用

        木材阻燃处理分为浸渍溶剂型阻燃剂与涂刷木结构防火涂料两种方式。

木结构防火涂料以水作溶剂,有机和无机复合材料作粘结剂,加入高效阻燃剂和助剂配制而成,是一种集环保、装饰、防火于一体的新型涂料品种。

平整的涂膜遇火时膨胀发泡形成泡沫层,泡沫层具有隔绝氧气,隔热的性能,涂层膨胀发泡产生泡沫层的过程因体积扩大而呈吸热反应,消耗大量热量,有利于降低火灾现场温度。

        3. 结构节点的防火保护

        木结构建筑在结构上最受力同时最脆弱的地方就是结构节点,相比以前木结构节点多以榫卯连接,现代梁柱木结构多以钢连接件做为结构节点,其强度大大提高,同时连接件还可以隐藏在木材之中,形成一个隔温层。

       4. 防火层设计

对于轻型木结构来说,是用小截面木料为龙骨搭建的的框架木结构,极易燃烧,因此轻型木结构想要达到防火规范的要求,达到一定耐火极限,其主要防火方式是对建筑构件材料进行包覆防火处理,通常做法是在木龙骨之间添加保温隔热材料,再在其外面覆盖防火石膏板。

轻型木结构建筑的防火安全性能取决于墙体、楼盖和屋顶等整体构件的耐火极限和燃烧性能,由于这些构件采用具有很好耐火性能的石膏板覆面,所以整个构件的耐火极限和燃烧性能可以满足防火规范的要求,而与木材本身是可燃材料关系不大。石膏板的种类、厚度、构件的组成方式决定构件所能达到的耐火极限要求。

        5. 综合防火措施

        除了木结构本身满足耐火极限的要求外,还要考虑以下几个因素:

       (1)针对不同使用功能的木结构建筑配置自动喷水灭火系统、火灾报警系统、建筑灭火器、消火栓灭火系统等合理、完备的主动消防措施;

       (2)建筑隐蔽空间必须进行防火分隔;

       (3)管道、电气线路应考虑足够的防火保护措

        没有哪一种建筑材料是完全防火的,任何建筑材料都受火灾影响。防火设计的目标只是根据结构要求和建筑内使用者的数量选择合适的建筑材料和适当的防护方法。虽然有些结构材料也许是“不燃”的,如钢铁,在遇到火灾时失去强度导致结构失效,反而增加救援难度木结构是目前建筑行业公认的对环境影响最小、最安全、美观、耐用的结构建筑。只要应用妥当,完全可以达到2小时以上的耐火极限,且在地震等极端情况下,木结构的安全性明显优于其他形态建筑。

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