建筑物在火災(zāi)作用下的倒塌規(guī)律及應(yīng)對措施

1、建筑物在火災(zāi)作用下的倒塌規(guī)律及應(yīng)對措施 近年來，隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的飛速發(fā)展，建筑物火災(zāi)比例呈上升趨勢。此類火災(zāi)致人死傷數(shù)量令人觸目驚心，而造成的直接財產(chǎn)損失也呈直線上升之勢。此類火災(zāi)事故不僅給消防部隊的滅火和搶險救援工作帶來了極大危險，而且對于公安消防機構(gòu)的防火監(jiān)督工作提出了更大的挑戰(zhàn)。美國紐約“9.11”世貿(mào)中心遭恐怖襲擊而發(fā)生倒塌，造成了死亡2797人、損失360億美元的舉世震驚慘案；青島即墨正大食品公司廠房發(fā)生火災(zāi)導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)屋架倒塌，致使20多名員工因未能及時疏散而被埋壓在廠房內(nèi)；湖南衡陽“11.3”大火造成的建筑倒塌事故，導(dǎo)致20名消防官兵犧牲，創(chuàng)造了新中國一次火災(zāi)事故消防官兵犧牲之最

2、。頻發(fā)的建筑火災(zāi)倒塌事故，為新時期的消防工作提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。積極研究和探討各類結(jié)構(gòu)建筑物在火災(zāi)作用下的破壞、倒塌特點和規(guī)律，嚴格建筑設(shè)計防火審核和驗收，制定切實可行的滅火救援預(yù)案，對于減少此類火災(zāi)事故中的人員傷亡和財產(chǎn)損失具有非常重要的現(xiàn)實意義。一、火災(zāi)作用下幾種常見結(jié)構(gòu)建筑倒塌的一般規(guī)律建筑構(gòu)件材料種類繁多，傳統(tǒng)的建筑材料有磚、木、水泥、沙石，而近年來隨著鋼鐵、塑料等新型材料的大量應(yīng)用，鋼結(jié)構(gòu)、薄殼結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)等建筑結(jié)構(gòu)形式日趨增多，建筑構(gòu)件的理化性質(zhì)也越來越復(fù)雜，燃燒破壞的特點也呈現(xiàn)多樣性、復(fù)雜性。不同建筑構(gòu)件和材料均具有自身的燃燒性能和耐火極限，在不同火災(zāi)條件下，也會呈現(xiàn)不同的變形和

3、倒塌形式，有的是局部的破壞，有的是局部倒塌造成全面倒塌，有的是整個建筑迅速全面倒塌。（一）磚（土）木結(jié)構(gòu)建筑：磚（土）結(jié)構(gòu)建筑建造年代比較久遠，常見于廣大農(nóng)村，其一般墻體一般使用粘土磚或土坯砌筑、房頂使用木材等建筑材料建造而成。木材起火燃燒，其表面會被炭化燒蝕，從而削弱了橫截面面積，造成承載力下降而發(fā)生倒塌。如果剩余截面的面積仍能承受原有全部重量，結(jié)構(gòu)則不會發(fā)生倒塌。消防隊到達火場撲救火災(zāi)時，由于木構(gòu)件外表面炭化層吸收了大量的水份，能夠形成一個很好的保護層，一般不容易發(fā)生倒塌。因此木結(jié)構(gòu)建筑物的屋頂，整體倒塌較少，而局部損壞較多。磚的耐火性好，能夠經(jīng)得起高溫，而砌成墻壁以后，由于砌筑的質(zhì)量和沙

4、漿的耐火性能差等原因，磚墻的耐火性不如磚本身，但一般磚墻的耐火極限都是比較高的，如24雙面抹灰非承重普通粘土磚實體墻的耐火極限為8小時，一般磚墻在火災(zāi)下承受幾小時是沒問題的，一般不會發(fā)生倒塌。土坯墻耐火且不燃，但土坯在受到水的浸泡會吸收水份導(dǎo)致軟化，在水槍射流的強力沖擊會遭到破壞失去承載力而發(fā)生坍塌。（二）混合結(jié)構(gòu)建筑：混合結(jié)構(gòu)建筑主要是墻體采用粘土磚、砌塊、石等建筑材料，用沙漿砌筑而成，樓面用樓板或現(xiàn)澆混凝土構(gòu)筑而成的建筑物。此類建筑物所使用的建筑材料為粘土磚、砌塊、石、混凝土等非燃燒材料，各建筑構(gòu)件的耐火極限都比較高。如24普通粘土磚實體承重墻的耐火極限為5.5小時，即在標(biāo)準(zhǔn)耐火試驗條件下

5、，此類墻體在5.5小時內(nèi)不會失去承載能力或發(fā)生破壞。但在火災(zāi)負荷大的建筑發(fā)生火災(zāi)時，溫度可超過1000c，砌體的向火面和背火面溫差很大，內(nèi)部會產(chǎn)生很大的應(yīng)力，同時碳酸鹽、硅酸鹽在高溫下會發(fā)生分解反應(yīng)，而使砌體破壞。因此，在火災(zāi)作用下，混合結(jié)構(gòu)建筑物的建筑構(gòu)件在其耐火極限內(nèi)一般不會被破壞，但在高溫的長時間作用下，建筑物可能會發(fā)生局部坍塌，一般不會發(fā)生大面積倒塌事故。（三）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)常見于一些大跨度的廠房、車間、倉庫和高層建筑物等，包括框架結(jié)構(gòu)、排架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)等。此類建筑結(jié)構(gòu)的主要承重構(gòu)件為鋼筋混凝土構(gòu)件，其粘土磚、砌塊構(gòu)成的墻體只起到分隔和功能劃分作用。鋼筋、水泥、

6、砂石等鋼筋混凝土建材在高溫作用下的理化性能發(fā)生改變，強度隨著溫度升高而呈不同的變化，這些構(gòu)件在火災(zāi)作用下會產(chǎn)生的怎樣的應(yīng)力變化，這一領(lǐng)域目前還沒有人進行細致研究。但混凝土內(nèi)的鋼筋受到溫升的影響抗拉強度會降低，碳酸鹽、硅酸鹽在高溫下會發(fā)生分解反應(yīng)，而使砌體破壞，因此，鋼筋的保護層厚度對于梁、樓板等抗拉性鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐火極限影響非常大。如簡支的非預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁，在保護層厚度為1cm時其耐火極限為1.2小時，在4cm是為2.9小時，因此增加抗拉性鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的保護層厚度能夠有效提高構(gòu)件的耐火極限。預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)遇熱，會造成預(yù)應(yīng)力鋼筋失去預(yù)應(yīng)力，從而降低結(jié)構(gòu)的承載能力。預(yù)應(yīng)力鋼

7、筋混凝土結(jié)構(gòu)在耐火方面的性能，不如普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的，必須加厚鋼筋保護層的厚度，才能延長其耐火極限，保證建筑物和人員物資的安全。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)屬于超靜定結(jié)構(gòu)，在火災(zāi)的作用下，某個構(gòu)件破壞可能造成局部坍塌，但一般不會發(fā)生大面積倒塌。（四）鋼結(jié)構(gòu)建筑：鋼結(jié)構(gòu)具有性能穩(wěn)定、質(zhì)輕而高強、加工精度高、裝配性能好、施工周期短等優(yōu)點，目前被廣泛應(yīng)用于賓館、飯店、展覽館等民用公共建筑和廠房、倉庫等工業(yè)建筑。鋼材具有較好的耐熱性，但耐熱而不耐高溫，隨著溫度的升高，鋼材的強度會逐漸降低。據(jù)試驗，當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件溫度達到350、500、600時，強度分別下降1/3、1/2、2/3。一旦達到500鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件就會發(fā)生急劇

8、軟化而導(dǎo)致瞬時崩潰倒塌。無保護層的鋼柱、鋼梁、鋼屋架等鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐火極限為0.25小時即15分鐘，也就是說在火災(zāi)作用下，15分鐘后鋼結(jié)構(gòu)隨時有可能失去承載力而發(fā)生倒塌。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是鋼結(jié)構(gòu)建筑的一種，是由許多鋼桿件按照一定的規(guī)律通過鋼節(jié)點連接起來的大空間結(jié)構(gòu)體系。由于鋼材的耐火性差，在溫度達到500時承載力急劇降低，火災(zāi)作用下經(jīng)過一段時間，鋼構(gòu)件即軟化翹曲、變形顯著，導(dǎo)致屋頂塌落破壞。一般鋼結(jié)構(gòu)屋頂工作空間相對較大，相互聯(lián)結(jié)著大量支撐桿件，因此網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的倒塌破壞一般是整體性的，或者是較大部分的，而很少有局部的倒塌。（五）薄殼結(jié)構(gòu)：薄殼結(jié)構(gòu)適用于大面積的屋頂，所用的材料較少，其特點是跨度大、厚度小

9、、質(zhì)量輕，其周邊靠兩側(cè)的樓板、基礎(chǔ)或鋼拉桿來支撐。薄殼結(jié)構(gòu)的倒塌是整片的，殼體本身的耐火性能很高，其倒塌的原因主要是由于支撐條件的破壞。只要支撐的條件不破壞，就完全有可能避免倒塌，故起火時，應(yīng)及時冷卻鋼拉桿，以防止支撐條件的破壞。除了火災(zāi)造成的倒塌外，建筑物內(nèi)外部爆炸物的沖擊和破壞，也是造成建筑倒塌的重要原因。另外，建筑上層結(jié)構(gòu)的塌落物對下層結(jié)構(gòu)造成的沖擊，或者樓板上的物資大量吸收積水，大大地增加了樓板的負荷，導(dǎo)致承重結(jié)構(gòu)無法承受巨大的荷載而發(fā)生塌落。二、應(yīng)對建筑物火災(zāi)倒塌的預(yù)防措施不同結(jié)構(gòu)建筑的倒塌原因是不同的，倒塌現(xiàn)場情況也是千差萬別的，即使同一類結(jié)構(gòu)建筑也絕不能一概而論。防火部門應(yīng)重視建

10、筑工程建設(shè)前的防火設(shè)計審核工作，要把握好建筑構(gòu)件的防火性能和耐火極限，在經(jīng)濟合理的基礎(chǔ)上盡量提高建筑物的耐火等級。消防隊也應(yīng)了解不同結(jié)構(gòu)建筑的倒塌規(guī)律，分析和總結(jié)經(jīng)驗，在滅火救援時要采取預(yù)防措施，搞好個人防護，時刻保持警惕，防止人員傷亡事故的發(fā)生。（一）鋼結(jié)構(gòu)屋頂鋼結(jié)構(gòu)屋頂?shù)慕ㄖ?nèi)起火時，要防止火直接燒到屋架，要使用開花水槍或直流水槍，對屋架周圍的屋面板墻體和空氣進行冷卻性的射水，以冷卻和保護屋架，防止結(jié)構(gòu)整體遭到嚴重破壞，防止屋頂?shù)顾鴤?，這在火災(zāi)初期是必須和十分有效的。但也不要對溫度很高的鋼結(jié)構(gòu)進行立即冷卻，防止屋架加速塌落。在滅火戰(zhàn)斗時，戰(zhàn)斗員要充分依托有利地形，占據(jù)房屋門口等部位進行

11、射水滅火。（二）鋼筋混凝土構(gòu)件混凝土是耐火的。對滅火來說，它是比較安全可靠的。普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐火時間，一般都在1h以上。預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，是一種新型結(jié)構(gòu)，承載能力好，省材料，但耐火能力較差。滅火時，要通過其變形的情況判斷是否有倒塌的危險。（三）薄殼結(jié)構(gòu)屋頂火災(zāi)對薄殼結(jié)構(gòu)的破壞往往是對支撐的條件而導(dǎo)致的，因此其倒塌往往是大面積的甚至整片的。所以撲救火災(zāi)是時首先要及時冷卻鋼拉桿，避免支撐的條件破壞，防止薄殼結(jié)構(gòu)大面積倒塌。需要注意的是，當(dāng)薄殼結(jié)構(gòu)的屋面起火，戰(zhàn)斗員一般不要上其屋面；當(dāng)必須登上薄殼屋頂才能撲救火災(zāi)時，上屋頂?shù)娜藬?shù)不能過多且要分散，停留位置最好在殼的中心，或?qū)ΨQ于中心的兩側(cè)位置。（四）木結(jié)構(gòu)木構(gòu)件遇火后，很快就會燃燒。在表面形成炭化層。木材被燒焦的速度是和它的密度及含水率的大小直接聯(lián)系的。木材燃燒的速度是隨著它的密度和含水率的增加而減少的。根據(jù)實測，木材向內(nèi)里燃燒速度的理論平均值為0.6mm/min。質(zhì)輕且干木材的燃燒速度的近似值是0.8mm/min。密質(zhì)且濕木材燃燒速度的近似值是0.4mm/min。在滅火中我們可以利用這些數(shù)字來估計木構(gòu)件被燃燒的程度。（五）墻與煙囪磚的耐火