古建筑結構方面火災危險性

中國古建筑作為中華民族5000年文明歷史遺留下來的寶貴財產(chǎn)，其歷史意義、文化意義和社會意義是無法估量的。中國勞動人民在中國古建筑中積蓄下來的智慧與勤勞，是研究古代社會政治經(jīng)濟、文化藝術、宗教信仰的歷史資料，是國家珍貴的文化遺產(chǎn)。它對于研究我國歷史，對廣大青少年進行愛國主義教育、增強民族自尊心，開展對外文化交流和發(fā)展旅游事業(yè)，都具有十分重要的意義。我國古建筑以木材為主要材料，采用以木構架為主的結構形式。木構架建筑雖然分為抬梁、穿斗、井干等不同形式，但無論哪種結構形式都存在著較大的火災危險性。

　　1.古建筑的木垛效應
　　基礎上立木柱，柱上架木梁，梁上再立瓜柱，瓜柱上再架梁。層層疊架，組成一組木架構。在平行的兩組木架構之間，用檁、枋連接，檁上再設椽子。再加上斗拱、天花、藻井、各種門窗，門匾，無處不用木料。一幢古建筑無論是金碧輝煌的宮殿，還是莊嚴肅穆的廟堂，或者是秀麗典雅的園林建筑，其實就是一個堆積成山的木材垛，不同的是經(jīng)過能工巧匠之手，巧妙地把它編織成了一個巨大的木制工藝品罷了。
　　由于古建筑大多以木構架為主要結構形式，大量的采用木材，因而具備了容易發(fā)生火災的物質(zhì)基礎，使古建筑具有比較大的火災危險性。這種危險性是由于木材的燃燒特性決定的。
　　某一建筑物的火災危險性的大小，直接取決于可燃物質(zhì)的數(shù)量多少。消防上主張用火災荷載作為火災危險分級的基礎。所謂的火災荷載，是指在一定范圍內(nèi)可燃物質(zhì)的數(shù)量及其發(fā)熱量，通常以木材的數(shù)量及其發(fā)熱量的所得值來表示。建筑物內(nèi)部的其他可燃物質(zhì)，如棉絲織物、紙張書刊等，也要換算成具有等價發(fā)熱量的木材，把總數(shù)相加，用以表示火災荷載。在計算時，一般以木材每立方米重630千克，發(fā)熱量每千克木材18421千焦為基數(shù)。在現(xiàn)代建筑中，多采用鋼筋混凝土結構，為了防火安全，并力求以非燃燒的裝修材料取代可燃的裝修材料，要求火災荷載總平均每平方不宜超過20千克。如果按照每立方米木材平均重量為630千克計算，即在現(xiàn)代建筑中，目次阿德用量不應該多于0.03立方米，包括其他可燃物折合的木材的用量在內(nèi)。這是一個比較科學的標準，以此標準來衡量古建筑，就不難看出古建筑的火災危險性之大了。
　　我國的古建筑多采用松、柏、杉、楠、等木材。普通的松木每立方米重597千克，而楠木每立方米則重達904千克。如前所述，在古建筑中，大體上每平方米需要木材1立方米。仍按照每立方米木材重630千克計算，那么古建筑的火災荷載量要比現(xiàn)代建筑的火災荷載大31倍。
　　2. 爐膛效應
　　木材是傳播火焰的媒介。而在古建筑中的各種木材構件，又具有特別良好的燃燒和傳播火焰的條件。古建筑火災證明，古建筑起火后，猶如在爐膛里架滿了干柴，熊熊燃燒，難以控制，往往直到燒完為止。這種現(xiàn)象是由下列幾種因素促成的。
　　首先，同古建筑的結構形式是分不開的。我國的古建筑無論采用何種結構方式，都是用大木柱支承巨大的屋頂。而在屋頂又是用大量的木材加工而成的梁、枋、檁、椽、斗拱和望板，以及天花、藻井等構件組成。架于木柱的中、上部眾多的木構件，等于架空的干柴。古建筑周圍的墻壁、門、窗和屋頂上覆蓋的陶瓦、壓背等圍護材料，形成爐膛。這就造成了古建筑具有特別良好的燃燒條件。
　　這里還要指出，由于我國古建筑屋頂相當堅實，在發(fā)生火災時，屋頂內(nèi)部的煙熱不易散失，溫度容易積聚，迅速導致轟然現(xiàn)象的出現(xiàn)。隨著現(xiàn)代消防科技的發(fā)展和對火災機理、燃燒理論的研究的深入，人們對于火災中的轟然現(xiàn)象已經(jīng)做出了科學的解釋。所謂轟然，是室內(nèi)火災發(fā)展到一定階段時，室內(nèi)的可燃物在瞬間全部起火，火從窗口等處躥出等現(xiàn)象同時發(fā)生。一般來說，當室內(nèi)火災發(fā)生后，溫度升到500~600℃時，便會出現(xiàn)轟然。由于轟然實在環(huán)境溫度持續(xù)升高，并且大大超過可燃物的燃燒點時發(fā)生的，因而無需火焰直接參與。出現(xiàn)轟燃后的火災，稱為充分發(fā)展的火災，是火災發(fā)展到了極盛的階段。此時的撲救已經(jīng)相當困難了。古建筑火災容易發(fā)生到轟然階段，是古建筑火災難以撲救的原因之一。
　　其次，同木材燃燒蔓延的某些特點也是分不開的。木材在明火或者高溫的作用下，首先蒸發(fā)水分，然后分解可燃氣體，與空氣混合后先在表面燃燒。因此，木材燃燒和蔓延的速度同木材的表面積與提及的比例有直接的關系。表面積大的木材與表面積小的木材相比火災危險性更大。因為表面積大的木材的受熱面積大，易于分解氧化。古建筑中除少數(shù)大圓柱的表面積相對小一些外，經(jīng)過加工的梁、枋、檁、椽、斗拱和望板等構件的表面積就大得多了，特別是那些層層疊架的斗拱、藻井和那些經(jīng)過雕鏤具有不同的幾何形狀的門窗、?扇等表面就更大了。古建筑在發(fā)生火災時，出現(xiàn)轟然和大面積的燃燒，主要借助于這些構件的巨大表面積。
　　木材著火時雖然在表面層燃燒，但由于熱傳導的作用，會引起木材內(nèi)部深層次的分解，分解的產(chǎn)物通過木材的空隙不斷形成碳層和裂縫，從而幫助燃燒繼續(xù)。疏松的木材由于空隙較多，既易受熱，又容易分解出可燃氣體，燃燒速度比較快。通過對火災現(xiàn)場的考察、分析中得出結論：松木大料，如用松木做成的柱、梁、檁等，在發(fā)生火災時的燃燒速度為每分鐘兩厘米。由此推算，木構架建筑起火以后，如果在15~20分鐘以內(nèi)得不到有效的救援，就會出現(xiàn)大面積的燃燒，溫度高達800~1000℃。古建筑中的木材情況比疏松的松木還要差，由于長期干燥脫水和自然侵蝕，往往出現(xiàn)許多大大小小的裂縫；有的大圓柱其實并非完整的原木，而是由幾根木料拼接而成，外面裹以麻布，涂上漆料。在發(fā)生火災時，木材的裂縫和拼接的部位就成了火勢向縱深蔓延的途徑，從而加快了燃燒的速度。
　　木材的燃燒速度與通風條件相關，取決于空氣中氧氣的供應量的多少。通風條件好，氧氣的供應量充分，燃燒的速度也就越迅速、猛烈。古建筑的通風條件一般都比較好，這里指的是古建筑的殿堂空間具有高大寬闊的特點，現(xiàn)代建筑的開間多以3~5米為多，而古建筑的開間多以7~9米為多，故宮的太和殿和明十三陵的?恩殿等的開間都在10米以上。這些殿堂的室內(nèi)空間高度都在10米以上，高的達30米，因此在發(fā)生火災時，氧氣供應充足，燃燒速度是相當驚人的。許多古建筑都建造在高高的臺基之上，特別是鐘樓、鼓樓、門樓等建筑，更是四面凌空；還有一些古建筑坐落在高山之巔，四面迎風。這些古建筑期貨之后，勢必借助風勢。1972年峨眉山金頂?shù)挠烂魅A藏寺發(fā)生火災，由于山高風大，著火之后2個小時，8200平方米的古建筑就全部付之一炬。
　　3. “火燒連營”效應
　　我國的古建筑，無論是宮殿、寺廟、道觀、王府、府衙、還是禁苑、民居，都是以各式各樣的單體建筑為基礎，組成各種庭院。大型的建筑又以庭院為單元，組成龐大的建筑群體。這種庭院和建筑群體的布局，大多采用均衡對稱的方式，沿著縱軸線和橫軸線進行布局，高低錯落，疏密相間，豐富多彩，成為我國傳統(tǒng)建筑的一大特色。單從消防觀點來看，這種布局的方式卻潛伏著極大地火災危險。
　　在庭院布局中，基本上采用“四合院”和“廊院”兩種形式。“四合院”的形式應用最廣，這種形式將主要建筑布置在中軸線上，兩側布置次要建筑，組成一個封閉式的庭院。就是圍繞一個院子，四周都是建筑物。我國的古建筑基本上都采用這種庭院布局，單座的古建筑很少。一些大型的古建筑群體，更是庭院相連，庭院套庭院。因此，所有的古建筑幾乎都是殿宇林立，樓閣相望，飛檐交臂，棟接廊銜。基本上毗連成片，缺少防火分隔和安全空間。如果其中一處起火，一時得不到有效地撲救，毗連的木構件結構的建筑很快就會出現(xiàn)大面積的燃燒，形成火燒連營的局面，甚至會使整個建筑群體全部燒光。
　　“廊院”的形式比較靈活，主要建筑和次要建筑都布置在中軸線上，在兩側布置回廊，通過回廊把所有的建筑連接起來。這種布局的火災危險同“四合院”式的布局比起來，有過之而不及。1948年鎮(zhèn)江的金山寺毀于火災，原因之一就是金山寺的主要建筑和次要建筑依山而建，全部用回廊連接。具有“晴天不撐傘，雨天不濕鞋”的特點，有人香客游覽金山寺的全部活動都可以在建筑物內(nèi)進行。但在發(fā)生火災時，這些回廊就變成了火災蔓延的通道。
　　明清故宮中的三大殿，即今天的太和殿、中和殿、保和殿歷史上曾經(jīng)發(fā)生了多次的火災，從明永樂十九年（1421）到崇禎十七年（1644）的223年中，先后發(fā)生過四次的火災。除了最后一次處于最后的保和殿幸存以外，其余的三次都是一殿著火，三殿共毀。其中最嚴重的一次是嘉靖三十六年，先是奉天殿被雷擊起火，不僅燒毀華蓋、謹身兩殿，還殃及文樓、武樓、左順門、右順門和午門以及門外的左右兩廊，一共燒毀19座殿、閣、樓、門等建筑。之所以出現(xiàn)這樣大面積的焚燒，除三大殿之間防火間距太小之外，重要的原因之一就是在主要建筑之間有廊房、配殿相連所致。清朝康熙年間，太和殿火災尤為典型。這次起火的地方為御膳房，在太和殿西面，距離為200米，但大火蔓延到西配殿，再通過西斜廊一直燒到太和殿。后來康熙皇帝在重建太和殿時，認真吸取教訓，下決心破除祖制，將東西斜廊改建為防火墻。三大殿的防火條件從此有了一定的改善。
　　中國古建筑形式多樣，但是受到結構和材料的影響，防火問題一直以來難以解決，只有更加全面的了解古建筑的結構形式，才能夠更好地防患于未然。