【结构视角】香格里拉“月光城”古建筑遭火灾，祸首是木结构？

事件背景：
近日凌晨，具有“月光城”之称的云南香格里拉县独克宗古城遭遇了火灾。在近2000名军警民的全力扑救下，火灾已被全面扑灭，但已造成242栋房屋等被烧毁，同时古城内部分文物、唐卡及其他文化艺术品被烧毁，损失令人心痛。

据悉，火灾发生后，迪庆军分区立即启动应急预案，组织官兵及民兵预备役人员 300 余人赶赴现场，配合武警、消防人员实施扑救。救灾官兵一组突入四方街，携带电锯、防火拖把、风力灭火机、水桶，快速灭火；另一组沿小龟山后侧金龙街一线，拆除木质危房、挖掘隔离带、抢救群众财物。

　　由于独克宗古城为茶马古道千年重镇，房屋建筑多为木式结构老屋，火灾发生后，虽然多方力量第一时间参与救援，但是由于天干物燥，风力较大，火情迅速向四周蔓延。

专家分析：
这是古城有记载以来最严重的一次火灾。曾经繁华的街市被倒塌的残壁覆盖，泥泞不堪。在古城一些片区，曾经繁华的商铺、客栈成了瓦砾，一根根被烧断的木梁横七竖八倒在地上。古城大多为土木结构的建筑群，消防安全本应是重中之重。但火灾为何蔓延如此快速？常务副州长介绍，主要有三大原因。
首先是独克宗古城内的建筑大多数是土木结构，加之风力较大，造成火势迅速蔓延。其次，古城内部道路非常狭窄，大型消防车辆无法直接进入受灾核心区。第三，由于天寒地冻，气温极低，造成消防设施水压不足。一方面是有些消防设施水被冻住，有的是水压不够，或是取水点比较远，给扑救带来极大困难。“虽然供水方面有局限，但古城消防安全的弱点在于以木质结构房屋为主，一旦发生火灾，局势难以控制，加上天干物燥，风力较大，造成火势迅速蔓延。”张志军说。“当时现场的专业救援力量已经达到近2000多人，加之火势凶猛、情况复杂，不让群众扑火主要是为了安全考虑。这次火灾没有造成人员伤亡，说明对火灾的处置是科学的。”但无论是古城建筑结构还是交通道路布局，都并非新问题。早在2012年，一篇文章就指出，“古城由于建筑耐火等级低、建筑布局特殊等原因，消防安全现状不容乐观。”

从以上的介绍中我们看到,木结构是被视为此次丽江古建筑遭严重火灾的首要原因。现在我们就以这个话题讨论一二：
何为木结构：木结构是单纯由木材或主要由木材承受荷载的结构，通过各种金属连接件或榫卯手段进行连接和固定。这种结构因为是由天然材料所组成，受着材料本身条件的限制，因而木结构多用在民用和中小型工业厂房的屋盖中。木屋盖结构包括木屋架、支撑系统、吊顶、挂瓦条及屋面板等。
对木结构及其构件的防火主要是测定其耐火极限，并根据建筑物耐火等级的要求，采取提高木构件耐火极限的措施。木构件的耐火极限，是指某种构件在专门的炉中,按模拟火灾温度(700～1000°C)的火焰进行燃烧，从开始到失去其原有的功能（对承重构件就是失去承载能力）的时间。如用厚度为 5厘米的方木胶合的门扇，其耐火极限为 1小时；截面为17×17厘米的木梁，其应力达到10兆帕，耐火极限为40分钟；截面为15×15厘米，高3.5米，应力达到4兆帕的木柱，25分钟后才破坏；而截面为29×29厘米的木柱，应力达6 兆帕，50分钟后才破坏。由此可见，木构件是具有一定的耐火性能，特别是截面较大的构件。这是因为木材是由中空的细胞组成，热导率较小。并且木材在燃烧过程中，在表面形成一层木炭，而木炭也有良好的隔热性能，因而减慢了木材的热分解。
木构件在火灾作用下，前2分钟是着火燃烧,在此后的8分钟内的炭化速率约为每分钟0.8毫米，由于形成木炭层,在这以后炭化速率减慢到每分钟0.6毫米。不同树种的炭化速率有一定的差别。木构件的耐火极限，除试验测定外，还可以根据已掌握的不同树种的炭化速率进行估算。
对于无保护层的木构件来说，应尽量采用截面尺寸较大的整体木构件,以提高耐火极限。试验证明,层板胶合构件的耐火性能与整体截面的木构件相似。所以采用截面大的层板胶合木结构，有利于防火。提高木结构的耐火极限有两个途径,一是加抹灰层或石膏板,如30×30厘米的木柱加2.5厘米的钢丝网抹灰层,其耐火极限可提高到1.5小时,另一是采用防火药剂浸注或涂防火漆，如丙烯酸乳胶防火漆，在100～200°C的温度下能分解出磷酸使木材脱水炭化,减少可燃气体的形成，在250°C左右能膨胀起泡，形成蜂窝状的防火隔热层，做到小火不燃，以防止初期火灾的扩展，一经离开火焰即能自行熄灭。
可见木结构体系的耐火能力其实是比人们通常想象的要强的多，轻型木结构中石膏板对木构件的覆盖，以及重木结构中大尺寸木构件遇火形成的碳化层，均可以保护木构件，并保持其结构强度和完整性，按中国木结构设计规范设计建造的木结构建筑，完全能够满足有关防火要求。而像丽江古城这种古代的木结构建筑只要定期的进行修缮防护，大面积破灭性的火灾也是可以避免的。
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