【《木结构古建筑火灾理论基础综述》3100字】

木结构古建筑火灾理论基础综述目录TOC\o"1-3"\h\u16927木结构古建筑火灾理论基础综述 1267801.1古建筑火灾荷载调查计算 1156601.1.1火灾荷载确定方法 1158971.1.2故宫养心殿后寝殿的火灾荷载计算 1315901.2木结构古建筑火灾原因与特点分析 339521.1.1木结构古建筑火灾原因统计 328011.1.2古建筑常用木材的燃烧特性 4243831.1.3木结构古建筑火灾特点 512351.3木结构古建筑火灾蔓延判据 519991.3.1木结构建筑火灾判据 5210261.3.2人员疏散判断标准 6117841.4小结 71.1古建筑火灾荷载调查计算1.1.1火灾荷载确定方法建筑物内的总火灾荷载值可表达如下：Q火灾荷载密度可以写为：q临时性火灾荷载Q3不可估计，因此常常不予考虑，此时，火灾荷载密度可表示为：q1.1.2故宫养心殿后寝殿的火灾荷载计算通过专家咨询及文献查询，故宫养心殿建筑群的柱、窗、板床、塌、柜、墙均采用红松木，梁、檩条、垫板、枋、椽子、吊顶板以及望板均采用金丝楠木。该后寝殿面积约147.43m2，通面阔26.285m，进深5.609m，是木支撑结构的建筑，主要功能为景点，平时主要用途为供游客游览参观。除其建筑支撑所用的大木构架等主要可燃物以外，其中与木构架相连结的的木床和木塌也是主要的可燃物，室外构造与室内可燃物分布见图1.1~1.2。图1.1养心殿后殿室外构造图1.2养心殿后殿室内构造图（修缮前拍摄）后殿占地面积：26.285m（长）×5.609m（宽）=147.43m2，由于施工原因其活动火灾荷载无法实地考察与估算，考虑到其平时不予开放且可移动家具已搬离该殿，故本文不考虑活动火灾荷载的影响。表1.1给出了养心殿后寝殿的固定火灾荷载统计和计算。表1.1养心殿后寝殿的固定火灾荷载统计计算可燃物单位体积(v/m3)数目(N/—)体积(V/m3)材质(MTR/—)密度(ρ/kg·m-3)单位热值(q/MJ·kg-1)热值(Q/MJ)长宽高（L/m）（W/m）（H/m）计算公式L×W×H或0.25πd2×H——v×N——————ρ×V×q圆柱d=0.6m3.4m2423.07红松41019.06180281.8檩条d=0.3m25.5m59.01金丝楠木61020.14110691.5垫板25.5m0.06m0.20m51.53金丝楠木61020.1418796.66枋25.5m0.28m0.36m25.17金丝楠木61020.1463515.5225.5m0.220.2723.02金丝楠木61020.1437101.9125.5m0.220.2810.0616金丝楠木61020.14756.7806梁0.30m5.50m0.461.4金丝楠木61020.1429484.960.31.70.3561.701金丝楠木61020.1420897.47椽子d=0.06m6m12545金丝楠木61020.14552843吊顶板25.55.50.0618.415金丝楠木61020.14103381.6望板3211.50.06124金丝楠木61020.14294849.6木窗1.50.061.9183.078红松41019.0624053.34木板墙25.50.22110.2红松41019.0679708.92木床31.50.638.1红松41019.0663298.26木塌3.21.40.423.584红松41019.0628007.53衣柜1.50.03340.9红松41019.067033.14可燃物热值总量(ΣQ/MJ)1614703建筑总占地面积(A/m2)147.43固定火灾荷载值(MJ·m-2)10951.341.2木结构古建筑火灾原因与特点分析1.1.1木结构古建筑火灾原因统计经过不完全统计和对前人论文的参考和统计，近年古建筑火灾发生频率见表1.2表1.21950年至今古建筑火灾发生频率年份古建筑火灾频率1950--19991492000至今＞700造成古建筑发生火灾的原因也很多，经过对近年上百个古建筑火灾案例的调查分析，可归纳见图1.3。图1.3古建筑火灾原因概率分布图如表1.2和图1.1所示，近百年来古建筑发生火灾的原因概率分别分布在用火不慎、电气短路、雷击、人为纵火和材料自燃，其中用火不慎、电气短路、雷击概率最高，分别为51%、29%和11%，故本文后续主要研究此三类工况火灾。1.1.2古建筑常用木材的燃烧特性木材的化学燃烧过程十分复杂，不同的物理特性影响其燃烧速度的途径见表1.4。表1.4木材物理特性对燃烧速度的影响途径物理特性影响途径干燥程度木材热解过程为蒸发水分—木材分解，木材含水量与燃烧速度成反比密度木材密度越大其产生热量越容易被吸收，使得木材热分解速度降低表面积表面积越大相当于与助燃剂接触的燃烧面积越大通风通风量即空气循环量，从而提高其助燃剂与木材接触速度经查阅文献，木材的不稳定温度一般为260℃，部分木材燃点见表1.5所示。表1.5部分木材的燃点树种名称燃点/℃树种名称燃点/℃针枞262杉240椴松253扁柏253山毛桦272红松263榉264落叶松271梧桐264白桦263经过调查研究，古建筑常用木材有松木、楠木、柏木等，且各类木材燃烧特性各异，并且对于古建筑的木材来说，经过日积月累的干燥与风化与纤维素、半纤维素和木质素等组分的退化，其所用木材的物理、化学特性都发生了较大的变化，经查阅文献，常用作古建筑的木构架或装修材料的部分木材热解参数见表1.6所示。表1.6部分古建筑常用木材的热解参数树种活化能/kJ/mol指前因子/min-1火炬松85.541.18×108兰考泡松91.231.07×108中林一号杨98.343.62×108现代杉木104.803.04×1081.1.3木结构古建筑火灾特点木结构古建筑群一般采用木结构作为支撑，根据前文所述，木材极易燃烧，特别是经过风干后的全干材，并且释放出各类可二次燃烧的气体或有毒气体，在古建筑火灾中发挥使火灾不断燃烧、二次燃烧的作用，导致火灾影响被扩大，最后发展至无法遏制的程度。结合前期对近百个案例的调研总结，木结构古建筑常见危险性见表1.7。表1.7木结构古建筑常见危险性及特点举例危险性名称特点木垛效应经过常年风化后，古建筑用于承重的层层木构架经过多年的风干已成为“全干材”，在发生火灾时却等同于一座木材堆垛。炉膛效应由于古建筑层层架构极易在上方形成密不透风的闷顶，在火灾发生时集聚烟气和热量，使温度迅速上升，形成类似炉膛的结构火烧连营古建筑群连接成片，一处单体建筑起火后其毗邻建筑易受到热辐射的作用被引燃，导致火灾蔓延速度骤升。1.3木结构古建筑火灾蔓延判据1.3.1木结构建筑火灾判据（1）木结构古建筑轰燃标准在火灾发展过程中，一旦发生轰燃，燃烧速率将急速增加，室内温度急剧上升，火灾自此进入到发展阶段，在这个时期室内开始全面燃烧，将对建筑造成巨大损害。为此，在轰燃发生之前必须让室内人员安全避难，以保障人民生命财产安全。用托马斯模型可计算发生轰燃时的临界热释放速率值，进而用来与房间的瞬时热释放速率作对比判断在上面时刻发生了轰燃，托马斯公式见下式：Q式中，Qfo是发生轰燃时的热释放速率，kW；At为室内表面积总值（包括房间六面面积），m2；Aw为开口面积，m2但这种计算方法局限性在于在面对大面积房间的计算结果来说和实际情况有较大出入。所以在现实情况下通常可以以20kW热辐射通量到达地板面或600℃的烟气温度为判据认为轰燃现象的发生。（2）相临建筑的引燃判据火灾建筑的毗邻建筑将会收到来自该建筑的影响，高温和热辐射两者均可引燃相邻建筑，先达到其中一个的引燃判据时，即可认为相邻建筑已被引燃。准备阶段——木材发生热解反应即木材开始发生燃烧和出现火灾蔓延现象；初始阶段——木材着火；发展阶段——木材出现火灾蔓延现象。根据前文部分木材燃点且考虑到多种情况，本文将引燃正对面建筑的临界温度选取为300℃。当热辐射强度过高时，将引燃木结构建筑，导致火势蔓延。木结构建筑被引燃的条件可总结为下式：I本文对古建筑进行模拟，考虑模拟的最不利因素，将引燃养心殿主殿的热辐射强度值选取为10kW/m2。1.3.2人员疏散判断标准古建筑发生火灾后，如何保障人员的逃生安全也是一个重要因素，所以所以人员安全标准应当主要注重防止人员受到伤害和迅速逃生上。综上所述，并结合参考文献，古建筑人员安全疏散判定标准如下：表1.8古建筑人员安全疏散判定标准火灾发展过程的特征值判据烟气层高度不应小于2m烟气温度（1.0m以上）应小于150℃，（1.0m以下）应小于60℃。有毒气体含量CO2应小于1%，CO应小于0.25%。能见度10米。1.4小结本章查询并分析归纳了古建筑存在的火灾风险隐患及其特点；对木材的火灾蔓延机理进行了文献查询和检索；对木结构古建筑的起火原因进行了上百个案例的统计调查研究，并以养心殿后殿为例计算得到了其具体的火灾荷载值，为后文的FDS火灾数值模拟奠定了理论基础，主要研究了以下内容：（1）归纳总结了古建筑火灾