古建筑結(jié)構(gòu)方面火災(zāi)危險(xiǎn)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(cái)產(chǎn),其歷史意義、文化意義和社會(huì)意義是無法估量的。中國勞動(dòng)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(huì)政治經(jīng)濟(jì)、文化藝術(shù)、宗教信仰的歷史資料,是國家珍貴的文化遺產(chǎn)。它對(duì)于研究我國歷史,對(duì)廣大青少年進(jìn)行愛國主義教育、增強(qiáng)民族自尊心,開展對(duì)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(gòu)架為主的結(jié)構(gòu)形式。木構(gòu)架建筑雖然分為抬梁、穿斗、井干等不同形式,但無論哪種結(jié)構(gòu)形式都存在著較大的火災(zāi)危險(xiǎn)性。
1.古建筑的木垛效應(yīng)
基礎(chǔ)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(gòu)。在平行的兩組木架構(gòu)之間,用檁、枋連接,檁上再設(shè)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(yán)肅穆的廟堂,或者是秀麗典雅的園林建筑,其實(shí)就是一個(gè)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(gè)巨大的木制工藝品罷了。
由于古建筑大多以木構(gòu)架為主要結(jié)構(gòu)形式,大量的采用木材,因而具備了容易發(fā)生火災(zāi)的物質(zhì)基礎(chǔ),使古建筑具有比較大的火災(zāi)危險(xiǎn)性。這種危險(xiǎn)性是由于木材的燃燒特性決定的。
某一建筑物的火災(zāi)危險(xiǎn)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(zāi)荷載作為火災(zāi)危險(xiǎn)分級(jí)的基礎(chǔ)。所謂的火災(zāi)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(jià)發(fā)熱量的木材,把總數(shù)相加,用以表示火災(zāi)荷載。在計(jì)算時(shí),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(jié)構(gòu),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(zāi)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(jì)算,即在現(xiàn)代建筑中,目次阿德用量不應(yīng)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(gè)比較科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn),以此標(biāo)準(zhǔn)來衡量古建筑,就不難看出古建筑的火災(zāi)危險(xiǎn)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(dá)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(jì)算,那么古建筑的火災(zāi)荷載量要比現(xiàn)代建筑的火災(zāi)荷載大31倍。
2. 爐膛效應(yīng)
木材是傳播火焰的媒介。而在古建筑中的各種木材構(gòu)件,又具有特別良好的燃燒和傳播火焰的條件。古建筑火災(zāi)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(jié)構(gòu)形式是分不開的。我國的古建筑無論采用何種結(jié)構(gòu)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(gòu)件組成。架于木柱的中、上部眾多的木構(gòu)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(hù)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(dāng)堅(jiān)實(shí),在發(fā)生火災(zāi)時(shí),屋頂內(nèi)部的煙熱不易散失,溫度容易積聚,迅速導(dǎo)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(duì)火災(zāi)機(jī)理、燃燒理論的研究的深入,人們對(duì)于火災(zāi)中的轟然現(xiàn)象已經(jīng)做出了科學(xué)的解釋。所謂轟然,是室內(nèi)火災(zāi)發(fā)展到一定階段時(shí),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(shí)發(fā)生。一般來說,當(dāng)室內(nèi)火災(zāi)發(fā)生后,溫度升到500~600℃時(shí),便會(huì)出現(xiàn)轟然。由于轟然實(shí)在環(huán)境溫度持續(xù)升高,并且大大超過可燃物的燃燒點(diǎn)時(shí)發(fā)生的,因而無需火焰直接參與。出現(xiàn)轟燃后的火災(zāi),稱為充分發(fā)展的火災(zāi),是火災(zāi)發(fā)展到了極盛的階段。此時(shí)的撲救已經(jīng)相當(dāng)困難了。古建筑火災(zāi)容易發(fā)生到轟然階段,是古建筑火災(zāi)難以撲救的原因之一。
其次,同木材燃燒蔓延的某些特點(diǎn)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?xì)怏w,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(guān)系。表面積大的木材與表面積小的木材相比火災(zāi)危險(xiǎn)性更大。因?yàn)楸砻娣e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(duì)小一些外,經(jīng)過加工的梁、枋、檁、椽、斗拱和望板等構(gòu)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(zāi)時(shí),出現(xiàn)轟然和大面積的燃燒,主要借助于這些構(gòu)件的巨大表面積。
木材著火時(shí)雖然在表面層燃燒,但由于熱傳導(dǎo)的作用,會(huì)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?xì)怏w,燃燒速度比較快。通過對(duì)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的考察、分析中得出結(jié)論:松木大料,如用松木做成的柱、梁、檁等,在發(fā)生火災(zāi)時(shí)的燃燒速度為每分鐘兩厘米。由此推算,木構(gòu)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(huì)出現(xiàn)大面積的燃燒,溫度高達(dá)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(shí)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(zāi)時(shí),木材的裂縫和拼接的部位就成了火勢(shì)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(fēng)條件相關(guān),取決于空氣中氧氣的供應(yīng)量的多少。通風(fēng)條件好,氧氣的供應(yīng)量充分,燃燒的速度也就越迅速、猛烈。古建筑的通風(fēng)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(diǎn),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(dá)30米,因此在發(fā)生火災(zāi)時(shí),氧氣供應(yīng)充足,燃燒速度是相當(dāng)驚人的。許多古建筑都建造在高高的臺(tái)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(fēng)。這些古建筑期貨之后,勢(shì)必借助風(fēng)勢(shì)。1972年峨眉山金頂?shù)挠烂魅A藏寺發(fā)生火災(zāi),由于山高風(fēng)大,著火之后2個(gè)小時(shí),8200平方米的古建筑就全部付之一炬。
3. “火燒連營”效應(yīng)
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(chǔ),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(duì)稱的方式,沿著縱軸線和橫軸線進(jìn)行布局,高低錯(cuò)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(diǎn)來看,這種布局的方式卻潛伏著極大地火災(zāi)危險(xiǎn)。
在庭院布局中,基本上采用“四合院”和“廊院”兩種形式?!八暮显骸钡男问綉?yīng)用最廣,這種形式將主要建筑布置在中軸線上,兩側(cè)布置次要建筑,組成一個(gè)封閉式的庭院。就是圍繞一個(gè)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?;旧吓B成片,缺少防火分隔和安全空間。如果其中一處起火,一時(shí)得不到有效地?fù)渚龋B的木構(gòu)件結(jié)構(gòu)的建筑很快就會(huì)出現(xiàn)大面積的燃燒,形成火燒連營的局面,甚至?xí)拐麄€(gè)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(cè)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(zāi)危險(xiǎn)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(zāi),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(diǎn),有人香客游覽金山寺的全部活動(dòng)都可以在建筑物內(nèi)進(jìn)行。但在發(fā)生火災(zāi)時(shí),這些回廊就變成了火災(zāi)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(zāi),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(zāi)。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(yán)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(jǐn)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(zāi)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(shí),認(rèn)真吸取教訓(xùn),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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)形式,才能夠更好地防患于未然。