吊脚楼木结构建筑群火灾蔓延特性研究.pdf

广西科学研究与技术开发计划项 目 典型场所火灾风险评价技术研究 桂科攻1 1 1 4 5 0 0 1 7 建筑论坛 巍 程鏊 h 蠢 魏 藿 秘 i 鐾 重 l 霪o f F i r e S p r e a d i n o A mo n o S t i l t s t y l e d H o u s e C o mp l e x wi t h T i mb e r S t r u c t u r e 吊脚楼木结构建筑群火灾蔓延特性研究 口 郭福 良 陈 鹏 王晓影 靳 凯一Gu o F ul ia ng Ch e n P e n g W a n g Xia o y i ng J i n K a [ 摘要J 通过现场调研、实验分析和计算机模拟的方法，研究吊脚楼木结构建筑群特点及其 火灾主要 影响因素 ，并模拟 分析 了吊脚楼 木结构群火灾 动力学过程 ，总结木 结构 建筑群火灾 防范措施和不足 ，供 吊脚楼木结构建筑群火 灾防治参考 。 【 关键词】 吊脚楼 ；木结构；建筑群 火灾；影响因素 【 文章 编号】 1 6 7 2 7 0 4 5 2 0 1 2 1 0 0 0 8 5 0 6【 中图分类号】 T U 9 9 8 ． 1 【 文献标识码】 B A b s t r a e t T his p a p e r d i s c u s s e s on c h a r a c t e r i s t i c s o f f i r e s p r e a d i n g a mon g s t i l t s t y l e d h o u s e c omp l e x w it h t i mb e r s t r u c t u r e b y s p o t i n v e s t ig a t i o n， e x p e r i me n t a n a ly s is a n d c o mp u t e r s i mu l a t ion ． by wo r d s s t i l t s t yl e d h ou s e；t i m b e r s t r u c t u r e；a r c hi t ec t u r a l c ompl e x；f i r e a c c i d e n t s ； i n f lu en c i n g f a c t o r s 1 引言 由于历 史传承 和特有 的地理 区 位 ，吊脚楼木结构建筑在我国西南地 区存在较长的历史。木结构火灾是危 害吊脚楼建筑群安全的重大危险源之 一 ，盖因吊脚楼多为连片建筑，建筑 间距较小。 “ 十五”期间，桂西北三 江、融水、龙胜三县村寨重特大火灾 频发 ，共发生火灾1 3 4 起，死亡2 7 人， 伤2 O 人 ，造成直接财产损失4 0 8 5 万 1 ． 5 ％、8 ％、5 ％ 1 1 3 3 ． 5 ％。由此可见 ， 吊脚楼木结构建筑群火灾防范工作还 比较落后。随着农村经济社会的迅速 发展，建筑消防安全工作面临的形势 和问题越来越严 峻，针对 吊脚楼木结 构建筑群的消防力量、消防基础设施 建设和消防管理机制已经不适应农民 群众 日益增长的消防安全需求的矛盾 也越来越突出。 吊脚楼 火灾是 可燃物属 性 、环 元 ，分别 占同期广西地区火灾总数的 境因素共同作用的结果 ，其可燃物主 2 0 1 2 1 0 l e m E s A O T l惴 c 。 u 酬 附 G u 舯 } G 硝85 理论十 科技 I I I I T H E O R I E S T E C H N O L O G I E S 广西城镇建设 V 0ns t r uc t l on 要是杉木，杉木的表面火蔓延特性决定火灾发展趋 势。杉木的火蔓延是燃烧区和未燃区之间的物理传 输过程和化学反应相互作用的结果。其火灾过程除 了受外界因素诸如气流速度 、湍流强度、环境氧浓 度、外部辐射作用等影响外 ，其 自身的物化性质如 热物理特性 、湿度也会影响火蔓延过程。国内外对 木结构表面火蔓延已做了不少研究工作 ，其中陈鹏 等人通过实验和理论分析对木材表面火蔓延行为、 火焰精细结构及火焰附近的流场特征进行了全面系 统的研究；Hi r a n o 量了0 ． 1 6 ram厚的材料在不同厚 度下火蔓延过程中火焰前端的温度场和流场特征 ， 提出了热薄材料火蔓延模型；邱桂宁分析 了木结构 建筑群火灾影响因素；王海晖等人在实验研究的基 础上总结了木材火焰传播速度随空间方位等变化的 经验公式。本文通过对广西地区吊脚楼建筑群火灾 过程 的分析，找出影响木结构建筑群火灾传播过程 的关键影响因素。 2 吊脚楼木结构建筑群特点及火灾影响 因素 2 ． 1 吊脚楼木结构建筑结构特点 吊脚楼木结构建筑分为柱 、梁 、枋、檩 、椽 、 斗拱等承重构件 以及 门窗隔断等非承重构件 。单体 吊脚楼木结构建筑主要由下层、上层和屋顶三个部 分组成 。下层不宜居人，是猪牛栏圈、堆放杂物或 放置农具和重物的空 间区域 ；上层通风干燥，是饮 食起居的空间，分割为卧室、客堂和厨房等区域 ； 房屋顶有盖瓦和不盖瓦两种情况。 木结构建筑全部用杉木建造 ，外墙偶有木皮。 屋柱用大杉木凿眼，柱与柱之间用大小不一的杉木 斜穿直套连在一起，不用铁钉等 固件 ；房子四壁用 木板开槽密镶 ；木墙内外一般不涂抹漆油。吊脚楼 木结构建筑群年代跨度较大 ，从1 9 4 9 年至今的建筑 皆有分布 。受当地地理环境影响 ，广西柳州融水县 地区木结构建筑群分布特征各异。 2 ． 2 吊脚楼木结构建筑群火灾影响因素分析 根据现场考察 ，吊脚楼木结构建筑群火灾受多 种参数影响，可分为自身因素和外部因素 ，不同影 响因素会造成不同的火蔓延场景，如图1 所示。 图1 固体可燃物火蔓延场景 2 ． 2 ． 1木材的化学特性 木材是天然高分子物质的混合物，其中的纤维 素约为5 0 ％、半纤维素约为2 5 ％、木质素约为2 5 ％， 这些组分的比例随木材种类和产地的不同而不 同。 木材的化学组成影响热解过程 ，是影响吊脚楼木结 构建筑火蔓延过程的主要内因。 2 ． 2 ． 2木材的含水率 木材含水率是指木材 中所含水分总量与完全干 燥后木材重量的百分比值 。木材的其他物理参数的 变化往往都取决于木材含水率。 木材表面火蔓延行为受含水率影响很大。干燥 箱设定温度为1 1 0 。 C时，将不同含水率的木材． 厚度 1 ． 5 ram竖直向下火蔓延速度进行了对比。火蔓延 速度，含水率与干燥时间的对应关系如图2 。 1 02 1 ∞ e8 9e 94 92 瓣∞ 差8 8 ∞ 82 I } ql 1 l】 h 图2木材含水率、火蔓延速度 竖直向下 与 时间的关 系 2 ． 2 ． 3 木材的热解特性 木材热解过程为引发可燃物着火以及随后的火 蔓延过程提供必要的燃料。热解速率也决定了 “ 燃 烧三角”中的热 ，因为燃料热释放速率可 以由热解 产生燃料的速率与燃料的燃烧热的乘积来模拟。所 以从某种意义上来说，热解行为对火蔓延过程是否发