钢结构和木结构防火PK的事儿,谁才是“王者”

来源:建筑界编辑:袁斌发布时间:2021-10-23 09:06:54

[摘要] 防火设计作为建筑设计的一项重要内容,密切影响着建筑设计的完整性。通过合理的防火设计,不仅可以优化建筑的空间结构,也能帮助人们在遭遇火灾时有足够的时间撤离现场。一起来看看钢结构和木结构防火大PK。

  木材容易着火么?肯定是的。木材本身便是可燃物质,在《建筑设计防火规范》GB50016-2014(2018版本)中其火灾危险性为丙类,燃烧性能等级为B2级,若将木材作为结构材使用,其必须要经过一定的阻燃处理,否则在使用上将受到很大的限制;而钢材强度高、延性好,且与木结构一样可场内加工,但钢材导热快,材料性能受温度影响明显,因此防火在二者中显得尤为重要,也因如此,人们还会比较二者在火灾中到底谁表现更优。

  1)在着火时间较短情况下,钢结构的损失会明显小于木结构。短期的高温火烧会使得木材表面碳化变色,且往往不可逆,在这样的火灾后,木结构需要重新翻新甚至重建。

  2)在着火时间较长情况下,一个最终结果可能是全部垮塌,一个可能是全部烧没。虽钢结构着火点很高,但其会在500摄氏度左右强度和刚度大部分流失而易导致结构瞬间崩塌,而这个温度在火情中是很寻常的。最典型的例子就是美国的911袭击中,世贸中心大楼的瞬间倒塌,就是因为飞机碰撞后引起大火,大火使得钢梁强度迅速减弱失去承载力,使得上部构件向下塌陷而全部垮塌。而木结构的导热能力比钢结构差很多,当外部着火升温时,木材内部温度不一定会很高,即使外部烧焦后,内部核心区域仍能正常工作,木材能逐步退出工作,不至于突然性垮塌。

  由于木材的燃点比钢材低,同样温度下,木材碳化层比钢结构失效先出现,即表层木材是比同等钢结构先退出工作的。如果木结构截面太小,全截面都是碳层也是毫无意义,所以小于某个截面时,木结构会比钢结构先垮塌,也不见得比钢结构好。

  总的来说,钢结构和木结构在防火设计中,从设计中考虑的耐火极限来说,二者依据现行相关规范和标准进行有效的防火措施并满足相应要求下,两者可以说是不相伯仲。

  二者的防火设计目的不在于这个过程中能抗住多少高的温度,而都在于二者谁能给建筑中的人员更有效的预警信号和更多的逃离时间。

  引发思考

  基于能给建筑中的人员更有效的预警信号和更多的逃离时间这一点,结合目前工业互联网2.0智慧城市对于创造美好城市、对民生环保公共安全等智能响应的概念,引发新的思考:结构设计中引入其他元素,进行信息技术智能应用、人智慧参与、以人为本、可持续发展,给建筑结构赋能。

  万物互联,钢是导体,想象我们在钢连接链路中引入断路报警,当钢结构局部因为火灾被破坏时,触发报警。针对钢构件局部温度变化感知,在钢结构表面引入热敏报警,当钢结构钢材因为火灾温度变化上升至一定程度时,热敏探测单元立刻报警反应。通过传感器和探测器实现这两种报警外,还可再通过信息与火灾消防报警联动来实现更快速的报警。

  在木结构中,又是如何思考进行赋能呢?木结构燃烧,附近温度和二氧化碳浓度增高,想象我们对木结构部件局部温度变化感知,引入热敏报警,同时引入二氧化碳浓度探测及报警。火灾发生时,触发两种报警,比依托外部的消防系统预警更快速。传统预警是通过消防系统进行监测,存在时间和空间上的跨越,而通过智慧连接的方式,钢结构、木结构本身直接具备了监测和预警功能。

  尽管火灾的顺序不一定是从结构先起,赋能部分不一定是最先响应的,但从结构我们再延伸到整体建筑的防火思考,赋能范围更大,预警范围更全面,那么,建筑具备对公共安全的智能响应也更准确有效。

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