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「導(dǎo)讀」

近期熱映的《長安三萬里》再現(xiàn)了千年前瑰麗浪漫的盛唐風(fēng)光，也為觀眾“復(fù)活”了盛唐市井間氣魄宏偉、嚴(yán)整舒朗的木結(jié)構(gòu)建筑。唐代木結(jié)構(gòu)建筑多以堆疊結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，以貼面裝飾、內(nèi)腔飛檐等形式呈現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)，其規(guī)模之宏大、規(guī)劃之嚴(yán)整，設(shè)計(jì)之巧妙，令人驚嘆。

木結(jié)構(gòu)建筑是中國幾千年歷史上最重要的代表性建筑類型之一，有著深厚的歷史積淀與文化內(nèi)涵涂料在線coatingol.com。新中國成立后，隨著我國基建規(guī)模迅速擴(kuò)大，木材需求量急劇增加，森林一度被大量砍伐，木材資源幾近耗盡。上世紀(jì) 70 年代后，木結(jié)構(gòu)建筑在中國基本停用，中國木結(jié)構(gòu)被迫處于停滯狀態(tài)延續(xù)長達(dá) 20 余年。而今隨著國家對(duì)環(huán)保低碳的日益重視，木結(jié)構(gòu)建筑迎來重要的發(fā)展契機(jī)。

但從古到今，易燃性一直是木制建筑面臨的最大挑戰(zhàn)之一。木結(jié)構(gòu)真的易燃嗎？古代匠人又如何解決木結(jié)構(gòu)的防火難題？今人又有哪些防火科技與狠活？

從遠(yuǎn)古時(shí)代開始，人類就開始使用木材修筑自己的家，木材的結(jié)構(gòu)性也使它擁有非常廣泛的應(yīng)用場景——從低層和中層建筑中常見的輕型重復(fù)性框架到用于建造競技場、辦公室、大學(xué)和其他建筑物的更大、更重（通常是復(fù)合項(xiàng)目），且需要大跨度和高墻的地方，皆有應(yīng)用。

相比混凝土、鋼材等不可再生資源，在合理控制采伐量，兼顧采伐與生長平衡的前提下，木材可以成為永不枯竭的環(huán)保材料，且木結(jié)構(gòu)建筑全生命周期產(chǎn)生的能耗以及對(duì)環(huán)境的影響是遠(yuǎn)優(yōu)于鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)。

樹木在生長期通過光合作用吸收二氧化碳起到固碳的作用。同時(shí)，木基建材和構(gòu)件的生產(chǎn)過程產(chǎn)生的能耗少。自重輕，運(yùn)輸過程同樣具有能耗小的優(yōu)勢(shì)。木結(jié)構(gòu)建筑建設(shè)適合預(yù)制、施工快速，若設(shè)計(jì)和維護(hù)得當(dāng)，結(jié)構(gòu)壽命長，且回收后可再利用。此外，在使用過程中，木材保溫隔熱性能佳，可降低運(yùn)行階段碳排放。

隨著全球?qū)夂蜃兓吞寂欧诺年P(guān)注度日益上升，如果人類更有意識(shí)地善用木材，那么木材有望重新找回其在建材領(lǐng)域的重要地位。

01 木結(jié)構(gòu)建筑的防火性并沒有你想象的那么脆弱

在傳統(tǒng)認(rèn)知中，大家普遍認(rèn)為木材易燃，木制建筑結(jié)構(gòu)存在安全隱患。實(shí)際上，木結(jié)構(gòu)建筑的防火性并沒有你想象的那么脆弱！

碳化層 

當(dāng)木結(jié)構(gòu)暴露在火中時(shí)，木材表面會(huì)燃燒并形成一層保護(hù)性碳化層。炭化層作為木材與外界的隔離層，可以延遲下層木芯的加熱，提高木材可承受的溫度，延阻木材的燃燒速度。碳化層以可預(yù)測的速度（約46mm/小時(shí)）形成，可以減緩燃燒和火勢(shì)蔓延。而且，在重型木結(jié)構(gòu)中往往包含了規(guī)格更大的木梁或木柱，由于其自身截面尺寸較大，耐火性能就更強(qiáng)。

木材遇火表面形成碳化層

建筑發(fā)生火災(zāi)時(shí)的平均溫度大約在攝氏700-900度之間，溫度升至230度時(shí)，鋼材的強(qiáng)度急劇下降，造成結(jié)構(gòu)垮塌；而相同溫度下，木材才開始燃燒，形成的碳化層可以將木結(jié)構(gòu)建筑的主體結(jié)構(gòu)與外界隔離，并有效提高主體結(jié)構(gòu)可承受的溫度上限，保持結(jié)構(gòu)的完整性，為救援人員爭取更多救援時(shí)間。

相關(guān)研究和分析表明，大塊木材不僅符合規(guī)定的防火安全標(biāo)準(zhǔn)，而且可以更優(yōu)于規(guī)定。在有關(guān)耐火測試中，表面涂有石膏的7英寸厚（約18厘米）的交叉層壓木（CLT）墻壁能持續(xù)3小時(shí)6分鐘，該結(jié)果比目前的防火規(guī)范要求長一個(gè)多小時(shí)。

02 古今木結(jié)構(gòu)建筑的防火妙招

據(jù)我國古代文獻(xiàn)記載，火災(zāi)很多情況下由于房屋距離過近，混亂的房屋搭建，以及不夠?qū)挸ǖ耐ǖ赖惹闆r，引起“連片失火”。

我國古代勞動(dòng)人民在不斷總結(jié)火災(zāi)起因的基礎(chǔ)上，對(duì)建筑群體的規(guī)劃，逐步總結(jié)出：劃分坊里、開辟火道、設(shè)置火巷、開擴(kuò)廣場空地、綠化、挖溝渠水面、鑿井池等防火措施。

此外，古人在原材料處理上從源頭降低危險(xiǎn)系數(shù)，避免采用全木質(zhì)材料，比如，使用磚石這種不容易燃燒的材料做墻面。對(duì)易燃的建筑材料要做加工處理，提升其耐火性能，比如在木材表面涂抹石灰泥等。

早在新石器時(shí)代的大地灣文化中就發(fā)現(xiàn)了泥土構(gòu)筑的“防火保護(hù)層”，木柱上就被涂抹了一層堅(jiān)固的防火涂料。隨后出現(xiàn)了磚木混合結(jié)構(gòu)形式，如廣東潮州宋駙馬府，除廳堂用木構(gòu)架結(jié)構(gòu)外，其他多用山墻承重。

如今，保護(hù)木制建筑內(nèi)部免受火災(zāi)的做法，通常使用防火板（一般是石膏板和鎂質(zhì)板），或在木材上涂上防火涂料。

木結(jié)構(gòu)防火涂料以水作溶劑，以有機(jī)和無機(jī)復(fù)合材料作粘結(jié)劑，再加入高效阻燃劑和助劑配制而成，是一種集環(huán)保、裝飾、防火于一體的新型涂料品種。

涂刷過阻燃涂料的木結(jié)構(gòu)構(gòu)件會(huì)覆蓋平整的阻燃涂膜，遇火時(shí)這層阻燃涂膜會(huì)膨脹發(fā)泡形成泡沫層，泡沫層具有隔熱隔氧的特性。不僅如此，涂層膨脹發(fā)泡產(chǎn)生泡沫層的過程還會(huì)因其本身體積擴(kuò)大產(chǎn)生吸熱反應(yīng)，消耗掉大量熱量，有利于降低火災(zāi)現(xiàn)場溫度。

但傳統(tǒng)的防火涂料以及防火板的使用多會(huì)掩蓋掉木材的天然紋理，影響其美觀度。因此，如何讓木結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)天然之美的同時(shí)，又能提供重要的防火屏障，一直科學(xué)研究的重要議題。

新型“隱形”防火涂層

新加坡南洋理工大學(xué)（以下簡稱“NTU”）材料科學(xué)與工程學(xué)院的Aravind Dasari副教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)曾公開了一種可以使木材防火的“隱形”涂層。之所以被稱之為“隱形”涂層是因該涂層僅有0.075毫米厚，高度透明，肉眼無法看到。

而它的防火實(shí)力又表現(xiàn)于，當(dāng)該涂層被高溫火焰加熱時(shí)，會(huì)發(fā)生一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致涂層變成焦炭，膨脹到原來厚度的30多倍，這種焦炭進(jìn)而可以防止火燒到下面的木材。

由NTU開發(fā)的新型防火隱形涂層，“使用特殊技術(shù)來鎖定某些化合物，并與樹脂相互作用。它們將以系統(tǒng)的方式積極參加化學(xué)反應(yīng)，暴露在高熱下導(dǎo)致焦炭的形成。這種焦炭被設(shè)計(jì)成具有極強(qiáng)的耐熱性，使下面的木材與高熱絕緣，” Dasari副教授解釋稱。NTU副校長Louis Phee教授認(rèn)為該發(fā)明是木材建筑業(yè)的一個(gè)革命性的進(jìn)步，“而且?guī)缀鯖]有缺點(diǎn)。”

相關(guān)人士表示，這項(xiàng)新技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用研究具有重大意義，“可以減少對(duì)其他更昂貴的解決方案的依賴，比如使用更厚的木材來增加炭化層，或通過用防火板來封裝木材”，這與如今更為推崇的可持續(xù)發(fā)展理念和自然和諧之美背道而馳。

目前市場上只有少數(shù)產(chǎn)品能同時(shí)提供透明度和阻燃性能，該產(chǎn)品往往成本極高，或無法通過行業(yè)使用的國際標(biāo)準(zhǔn)。

在第三方認(rèn)證實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的單項(xiàng)燃燒項(xiàng)目測試中，NTU研發(fā)的涂層達(dá)到了最高等級(jí)。當(dāng)暴露在高溫火焰下時(shí)，涂層產(chǎn)生的煙霧極少，能夠防止火焰蔓延。當(dāng)刮掉焦炭時(shí)，下面的木材仍然完好無損，證明了涂層保護(hù)木材的性能。

03 現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)防火科技

木結(jié)構(gòu)建筑日漸熱潮興起的今天，建筑設(shè)計(jì)師們?cè)桨l(fā)熱衷于在住宅和商業(yè)建筑中使用裸露的木結(jié)構(gòu)，為了兼顧美與安全，使用以防火涂料為代表的防火材料為木結(jié)構(gòu)建筑提供安全防護(hù)外，現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)的防火科技也在不斷發(fā)展與精進(jìn)。

現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)基本擯棄了原木，而是以規(guī)格材和工程木材料取而代之，如CLT工程木（交叉層積木）、膠合木等。這些材料的強(qiáng)度、耐久性、穩(wěn)定性、環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般木材。相比以前，現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面尺寸也在加大，提高了木結(jié)構(gòu)整體的抗燃性。

現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)構(gòu)件

同時(shí)，以前木結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)多以榫卯連接，其強(qiáng)度、耐火達(dá)不到現(xiàn)代的防火要求。而現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)多以鋼連接件做為結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)，其強(qiáng)度大大提高，同時(shí)連接件還可以隱藏在木材之中，形成一個(gè)隔溫層。

除了對(duì)木結(jié)構(gòu)建筑的各個(gè)構(gòu)件以及所有材料都要做防火處理，一般的木結(jié)構(gòu)建筑在建造過程中還會(huì)做墻體防火層設(shè)計(jì)，使用像石膏板等一些耐火難燃的物質(zhì)覆蓋表面，用以阻止火勢(shì)的蔓延。

完整的消防體系——自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、建筑滅火器、消火栓滅火系統(tǒng)等消防措施——的加入，也讓木結(jié)構(gòu)建筑的安全性更上一層樓。

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