近年來，隨著國際社會對全球氣候變暖的日益關(guān)注，人們開始更多偏向于低碳、綠色可持續(xù)發(fā)展的建筑材料和體系。在這樣的環(huán)境下，鋼結(jié)構(gòu)和木結(jié)構(gòu)也因它們裝配度高建造快捷且材料可循環(huán)利用等特點被廣泛應(yīng)用。

現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)

防火設(shè)計作為建筑設(shè)計的一項重要內(nèi)容，密切影響著建筑設(shè)計的完整性。通過合理的防火設(shè)計，不僅可以優(yōu)化建筑的空間結(jié)構(gòu)，也能幫助人們在遭遇火災(zāi)時有足夠的時間撤離現(xiàn)場。

木材容易著火么？肯定是的。木材本身便是可燃物質(zhì)，在《建筑設(shè)計防火規(guī)范》GB50016-2014（2018版本）中其火災(zāi)危險性為丙類，燃燒性能等級為B2級，若將木材作為結(jié)構(gòu)材使用，其必須要經(jīng)過一定的阻燃處理，否則在使用上將受到很大的限制；而鋼材強度高、延性好，且與木結(jié)構(gòu)一樣可場內(nèi)加工，但鋼材導(dǎo)熱快，材料性能受溫度影響明顯，因此防火在二者中顯得尤為重要，也因如此，人們還會比較二者在火災(zāi)中到底誰表現(xiàn)更優(yōu)。

鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)行防火設(shè)計措施

鋼材本身雖屬于不燃物,但鋼材的材料性能受溫度影響大，在250℃，鋼材的沖擊韌性下降，超過300℃，屈服點與極限強度顯著下降。在實際火災(zāi)中，荷載不變的情況下, 鋼結(jié)構(gòu)失去靜態(tài)平衡穩(wěn)定性的臨界溫度為500℃左右，而一般火場溫度會達(dá)到800℃～1000℃，且鋼結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱快，很容易在高溫下全截面溫度上升，很快出現(xiàn)塑性變形，產(chǎn)生局部破壞，最終造成整體倒塌失效。

火災(zāi)后，鋼結(jié)構(gòu)塌在木梁上

鋼結(jié)構(gòu)中根據(jù)防火原理不同，其防火措施可分阻熱法和水冷卻法。

阻熱法

通過在鋼材外圍噴涂防火材料或外包耐火材料，使火災(zāi)發(fā)生時鋼材外能形成或具備隔熱保護(hù)層，以提高鋼材的耐火極限。

鋼結(jié)構(gòu)防火包覆板

水冷卻法

水比熱容較大，能夠吸收大量的熱，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時候，可以依靠在鋼結(jié)構(gòu)上部布置的噴淋系統(tǒng)在鋼結(jié)構(gòu)表面形成水膜，水膜吸收熱量蒸發(fā)以延緩鋼材達(dá)到失去靜態(tài)平衡穩(wěn)定性的臨界溫度。除此之外，對于空心的鋼結(jié)構(gòu)，可向內(nèi)充入含阻銹劑和防凍劑的水，火災(zāi)時通過水在鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)的循環(huán)，吸收熱量，使鋼材在火災(zāi)中保持較低溫度，避免高溫失效破壞。

木結(jié)構(gòu)現(xiàn)行防火設(shè)計措施

現(xiàn)行的《建筑設(shè)計防火規(guī)范》GB50016-2014（2018版）中特別在第十一章中對現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)的高度、建筑面積、適用類型、建筑物之間的防火間距、構(gòu)件的耐火極限、消防設(shè)施配置等防火技術(shù)要求進(jìn)行了明確的規(guī)定。木結(jié)構(gòu)防火主要分為輕型木結(jié)構(gòu)防火和重型木結(jié)構(gòu)防火。國內(nèi)木結(jié)構(gòu)防火設(shè)計主要采用的是國家標(biāo)準(zhǔn)《木結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB50005-2017中第十節(jié)中涉及的原理和方法。

輕型木結(jié)構(gòu)

對于規(guī)范要求需達(dá)到一定耐火極限的輕型木構(gòu)件，其防火方法主要是對可燃的木構(gòu)件包覆材料進(jìn)行難燃或不燃處理，以阻斷火焰與木構(gòu)件直接接觸。傳統(tǒng)的做法之一是在木龍骨之間添加保溫隔熱材料，并在其外面覆蓋石膏板。在實際工程中可以通過選擇不同級別的保溫材料和石膏板以使輕型木構(gòu)件達(dá)到不同的耐火極限時間。試驗證明，輕型木墻和木樓板的耐火極限時間可以達(dá)到0.75h~2h。

防火木墻體燃燒后

重型木結(jié)構(gòu)

依據(jù)現(xiàn)行的《木結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB50005-2017國家標(biāo)準(zhǔn)，常采用較大截面的構(gòu)件以達(dá)到相應(yīng)的耐火極限。截面大小需按照構(gòu)件的燃燒性能和耐火極限要求，保證木構(gòu)件火燒時截面扣除以38mm/h的名義線性碳化速率燃燒計算得到有效碳化層厚度后，內(nèi)部剩余截面大小仍能滿足承載力設(shè)計要求。

重型木構(gòu)件燃燒后剩余截面

鋼、木結(jié)構(gòu)防火PK

1)在著火時間較短情況下，鋼結(jié)構(gòu)的損失會明顯小于木結(jié)構(gòu)。短期的高溫火燒會使得木材表面碳化變色,且往往不可逆，在這樣的火災(zāi)后，木結(jié)構(gòu)需要重新翻新甚至重建。

被燒黑的木椅子

2)在著火時間較長情況下，一個最終結(jié)果可能是全部垮塌，一個可能是全部燒沒。雖鋼結(jié)構(gòu)著火點很高，但其會在500攝氏度左右強度和剛度大部分流失而易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)瞬間崩塌，而這個溫度在火情中是很尋常的。最典型的例子就是美國的911襲擊中，世貿(mào)中心大樓的瞬間倒塌，就是因為飛機碰撞后引起大火，大火使得鋼梁強度迅速減弱失去承載力，使得上部構(gòu)件向下塌陷而全部垮塌。而木結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱能力比鋼結(jié)構(gòu)差很多，當(dāng)外部著火升溫時，木材內(nèi)部溫度不一定會很高，即使外部燒焦后，內(nèi)部核心區(qū)域仍能正常工作，木材能逐步退出工作，不至于突然性垮塌。

由于木材的燃點比鋼材低，同樣溫度下，木材碳化層比鋼結(jié)構(gòu)失效先出現(xiàn)，即表層木材是比同等鋼結(jié)構(gòu)先退出工作的。如果木結(jié)構(gòu)截面太小，全截面都是碳層也是毫無意義，所以小于某個截面時，木結(jié)構(gòu)會比鋼結(jié)構(gòu)先垮塌，也不見得比鋼結(jié)構(gòu)好。

總的來說，鋼結(jié)構(gòu)和木結(jié)構(gòu)在防火設(shè)計中，從設(shè)計中考慮的耐火極限來說，二者依據(jù)現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行有效的防火措施并滿足相應(yīng)要求下，兩者可以說是不相伯仲。

二者的防火設(shè)計目的不在于這個過程中能抗住多少高的溫度，而都在于二者誰能給建筑中的人員更有效的預(yù)警信號和更多的逃離時間。

引發(fā)思考

基于能給建筑中的人員更有效的預(yù)警信號和更多的逃離時間這一點，結(jié)合目前工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)2.0智慧城市對于創(chuàng)造美好城市、對民生環(huán)保公共安全等智能響應(yīng)的概念，引發(fā)新的思考：結(jié)構(gòu)設(shè)計中引入其他元素，進(jìn)行信息技術(shù)智能應(yīng)用、人智慧參與、以人為本、可持續(xù)發(fā)展，給建筑結(jié)構(gòu)賦能。

萬物互聯(lián)，鋼是導(dǎo)體，想象我們在鋼連接鏈路中引入斷路報警，當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)局部因為火災(zāi)被破壞時，觸發(fā)報警。針對鋼構(gòu)件局部溫度變化感知，在鋼結(jié)構(gòu)表面引入熱敏報警，當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)鋼材因為火災(zāi)溫度變化上升至一定程度時，熱敏探測單元立刻報警反應(yīng)。通過傳感器和探測器實現(xiàn)這兩種報警外，還可再通過信息與火災(zāi)消防報警聯(lián)動來實現(xiàn)更快速的報警。

在木結(jié)構(gòu)中，又是如何思考進(jìn)行賦能呢？木結(jié)構(gòu)燃燒，附近溫度和二氧化碳濃度增高，想象我們對木結(jié)構(gòu)部件局部溫度變化感知，引入熱敏報警，同時引入二氧化碳濃度探測及報警。火災(zāi)發(fā)生時，觸發(fā)兩種報警，比依托外部的消防系統(tǒng)預(yù)警更快速。傳統(tǒng)預(yù)警是通過消防系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測，存在時間和空間上的跨越，而通過智慧連接的方式，鋼結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)本身直接具備了監(jiān)測和預(yù)警功能。

盡管火災(zāi)的順序不一定是從結(jié)構(gòu)先起，賦能部分不一定是最先響應(yīng)的，但從結(jié)構(gòu)我們再延伸到整體建筑的防火思考，賦能范圍更大，預(yù)警范圍更全面，那么，建筑具備對公共安全的智能響應(yīng)也更準(zhǔn)確有效。