火災(zāi)撲救中建筑倒塌原因

摘要：結(jié)合商住樓的火災(zāi)案例，分析高層建筑火災(zāi)危險(xiǎn)性和火災(zāi)特點(diǎn)，進(jìn)而總結(jié)出高層建筑火災(zāi)時(shí)倒塌原因，旨在進(jìn)一步增強(qiáng)消防滅火、個(gè)人防護(hù)及公眾逃生能力。

關(guān)鍵詞：火災(zāi)；消防；商住樓；高層建筑；倒塌

引言

本文所指的多層商住樓是指底部1至2層為商業(yè)層，其它層(總計(jì)不超過7層)為住宿層的商業(yè)住宅建筑，商業(yè)層主要用于銷售、娛樂、餐飲、儲(chǔ)存等，火災(zāi)荷載較大，其它層為民用住宅，人員較為密集。

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，多層商住樓在我國各城市中大量涌現(xiàn)，不僅其火災(zāi)發(fā)生頻率逐年上升，而且火災(zāi)容易造成建筑坍塌，危及消防員生命安全。“11·3”衡陽火災(zāi)中因建筑坍塌致使20名消防官兵犧牲。因此，如何預(yù)防多層商住樓火災(zāi)撲救中的建筑坍塌是一個(gè)十分重要而緊迫的課題。

一、多層商住樓的建筑結(jié)構(gòu)形式和火災(zāi)特點(diǎn)

(一)多層商住樓的建筑結(jié)構(gòu)形式。

從我國城市中多層商住樓的現(xiàn)狀來看，其建筑結(jié)構(gòu)形式主要有兩種，一是磚混結(jié)構(gòu)即墻用磚砌體，樓板和屋面用鋼筋混凝土板。此類商住樓多為舊房改造，即在住宅樓基礎(chǔ)上將一層或二層改建為商業(yè)鋪面，若局部承重構(gòu)件破壞，容易發(fā)生連續(xù)性坍塌。二是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。商業(yè)層為框架結(jié)構(gòu)，不靠墻承重，而是靠柱承重，住宿層為磚混結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。衡陽“11·3”火災(zāi)中的衡州大廈一層為框結(jié)構(gòu)門面，二層以上為磚混結(jié)構(gòu)。此類建筑耐火等級為二級。因其商業(yè)層有較大使用空間，平面布置靈活，改革開放后各大城市中新建的商住樓多為此結(jié)構(gòu)。也有的商住樓底層為大空間的框架結(jié)構(gòu)，在框架結(jié)構(gòu)之上建有幾個(gè)單元住宅樓，住宅樓的大部分重力作用在框架結(jié)構(gòu)的樓板和梁上。

(二)火災(zāi)中的高溫嚴(yán)重破壞建筑構(gòu)件，易發(fā)生坍塌事故。

多層商住樓特別是框架結(jié)構(gòu)的商住樓，如果其商業(yè)層發(fā)生火災(zāi)，由于框架結(jié)構(gòu)的大空間提供了充足的空氣，加上商業(yè)層的可燃物較多，猛烈燃燒的高溫對建筑結(jié)構(gòu)有巨大的破壞作用。

(三)人員疏散困難，易造成大量人員傷亡。

商住樓發(fā)生火災(zāi)后，火勢向上蔓延迅速，人員疏散的通道和途徑較少，火場中的高溫、濃煙、毒氣嚴(yán)重威脅住宿層人員的生命安全，如果火災(zāi)發(fā)生在夜間，更易造成人員傷亡。

(四)內(nèi)攻途徑較少，火災(zāi)撲救困難。

現(xiàn)有的商住樓大多建在城市的鬧市區(qū)，四周建筑林立，交通不暢，人員、車輛流量較大，一旦發(fā)生火災(zāi)，消防車難以及時(shí)到場。部分商住樓疏散通道較少、內(nèi)部消防設(shè)施不完善，內(nèi)攻和人員疏散往往擁擠在同一通道上，影響了滅火救援的效率。

二、多層商住樓在火災(zāi)環(huán)境中坍塌的原因及規(guī)律

多層商住樓的坍塌主要有兩種情況，一是商住樓的橫向承重構(gòu)件如梁和樓板失去支撐能力，在上部重力作用下，出現(xiàn)剪切式斷裂，進(jìn)而呈現(xiàn)整體式坍塌。二是商住樓的縱向承重構(gòu)件如柱、墻局部受損，失去承載能力，建筑物出現(xiàn)往傾斜式倒塌(在滅火救援中，可以將現(xiàn)場的安全距離定為建筑高度的1．5倍距離范圍之外)。

從多層商住樓坍塌的原因來看，主要有以下幾種：

(一)違規(guī)設(shè)計(jì)、違章施工、違規(guī)使用。

有的降低建筑的承重能力和耐火等級，有的違規(guī)增加建筑層數(shù)和面積。有的在施工過程中偷工減科、偷梁換柱，采用不合格的原材料。有的私自拆除建筑物內(nèi)部分承重結(jié)構(gòu)，改變原有平面布局，使建筑結(jié)構(gòu)受力發(fā)生改變。有的將商場改為倉庫，增大了火災(zāi)荷載，給建筑帶來隱患。

(二)火災(zāi)中的高溫破壞了建筑的承重構(gòu)件。

建筑構(gòu)件的強(qiáng)度取決于建筑材科的性能，而建筑材料的性能會(huì)隨著溫度的升高而發(fā)生很大變化。從標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)溫升曲線可以看出，火災(zāi)發(fā)生后30分鐘，室內(nèi)溫度就能達(dá)到800℃左右，對混凝土強(qiáng)度有很大影響。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，混凝土在受火災(zāi)作用后的一段時(shí)間內(nèi)，如果吸收水分，內(nèi)部會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，強(qiáng)度會(huì)進(jìn)一步降低。因此，滅火中，對已經(jīng)受火災(zāi)烘烤的混凝土承重結(jié)構(gòu)如墻、梁、柱、樓板等，不能隨便射水冷卻。鋼筋混凝土柱(主要靠混凝土受壓)，在高溫下的材料強(qiáng)度會(huì)降低，又由于柱的四面升溫不均勻會(huì)導(dǎo)致柱體產(chǎn)生扭曲，致使其承載能力下降；鋼筋混凝土梁板主要靠鋼筋受拉來承受荷載，當(dāng)受拉鋼筋被加熱后，承載力將逐漸下降。當(dāng)鋼筋混凝土的內(nèi)部鋼筋受熱軟化即成無筋混凝土，往往在沒有明顯預(yù)兆的情況下發(fā)生脆性破壞，瞬間坍塌。

(三)荷載過大，超過建筑構(gòu)件的承重能力。

建筑承載力量的傳遞規(guī)律是樓板傳給梁，再傳給柱，再傳給基礎(chǔ)，最后傳給大地。因此，下一層的建筑結(jié)構(gòu)承載力要大于上一層建筑結(jié)構(gòu)的承載力。若火災(zāi)發(fā)生在商住樓的底部商業(yè)層，一方面商業(yè)層的樓板、墻、柱承載著較大的靜荷載，另一方面商業(yè)層的火災(zāi)荷載較大，一般為100—200kg／m2，而住宅層的火災(zāi)荷載為50kg／m2?；馂?zāi)荷載越大持續(xù)時(shí)間越長，火場溫度越高，對建筑承重構(gòu)件的破壞就越大，也就越容易發(fā)生坍塌事故。如衡陽“11·3”火災(zāi)中，一層為框架結(jié)構(gòu)，二層以上為磚混結(jié)構(gòu)?；饒龈邷仄茐牧说讓拥某兄亟Y(jié)構(gòu)，加之底層的承載較大，因而發(fā)生了整體坍塌。豎向荷載要求結(jié)構(gòu)具有足夠的抗壓強(qiáng)度，這一點(diǎn)目前建筑材料較易滿足。然而水平荷載則要求結(jié)構(gòu)具有足夠的抗彎和抗剪強(qiáng)度及剛度。建筑越高對建筑的水平荷載影響較大。在承重構(gòu)件中，磚墻在縱向上有較強(qiáng)的承載力，樓板和梁在縱向上的承載力較小，若荷載過大，最先坍塌的往往是樓板和梁。

(四)：中擊、震動(dòng)、爆炸等外力破壞了建筑的承重構(gòu)件。

以外力；中擊為例，如建筑的上部構(gòu)件塌落，巨大：中量使下層樓板超載而導(dǎo)致建筑破壞。一個(gè)構(gòu)件從上方5米處落到下層樓板上，對下層樓板造成的；中擊是物體本身重量的8—?2倍左右?？梢姡饒鲋猩喜繕?gòu)件塌落對建筑的影響極大。如2001年美國“9·11”事件，雙峰塔受飛機(jī)撞擊，上層受火勢影響塌落，產(chǎn)生多諾米骨牌效應(yīng)，造成整個(gè)世貿(mào)大樓坍塌。以爆炸為例，與建筑火災(zāi)相關(guān)的爆炸主要是化學(xué)爆炸，這種過程可導(dǎo)致反應(yīng)空間的壓力急劇升高，從而使建筑物的壁面瞬時(shí)破碎或破裂，進(jìn)而造成嚴(yán)重大破壞。建筑火災(zāi)可以引發(fā)爆炸，而爆炸不僅造成火災(zāi)迅速擴(kuò)大，而且會(huì)損壞建筑構(gòu)件，甚至造成建筑坍塌。建筑物中的爆炸主要有可燃混合氣爆炸、可燃液霧爆炸和可燃粉塵爆炸等類型，如煤氣爆炸、液化石油氣爆炸、面粉爆炸等。爆炸發(fā)生后，壓力是向四面八方作用的，向上則托起樓板，使得墻體受到的豎向壓力減少，同時(shí)又在墻體上施加橫向爆炸壓力。磚墻如果在豎向上有很大的壓力壓住，它就不容易被橫向推倒，所以燃?xì)獗▽Υu墻來說特別危險(xiǎn)。2004年1月27日，埃及開羅一民房發(fā)生火災(zāi)后，因天然氣管道發(fā)生爆炸，致使建筑坍塌，在房內(nèi)滅火的12名消防隊(duì)員英勇犧牲。

(五)火災(zāi)作用破壞了建筑的整體牢固性。

建筑是由分散的建筑構(gòu)件彼此連接，組合而成的統(tǒng)一體。構(gòu)件之間連接緊密、設(shè)計(jì)科學(xué)的建筑，其整體牢固性就強(qiáng)；整體牢固性強(qiáng)的建筑的某一局部構(gòu)件失去支撐能力，一般不會(huì)造成建筑的整體坍塌。在火災(zāi)環(huán)境下，當(dāng)建筑的構(gòu)件受損，并且造成構(gòu)件之間的連接失效時(shí)，建筑必定會(huì)坍塌。由此可見，建筑物的耐火性能、承載能力不僅與各個(gè)構(gòu)件本身的特性有關(guān)，而且與多個(gè)構(gòu)件的組合方式即建筑的結(jié)構(gòu)形式有關(guān)。有關(guān)資料顯示，現(xiàn)有的多層商住樓大多是按照計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時(shí)代制定的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行的，較少考慮建筑的整體牢固性，某一構(gòu)件或局部構(gòu)件在火災(zāi)作用下失去承重能力，極有可能發(fā)生連續(xù)性坍塌，造成災(zāi)難性后果。

缺乏整體牢固性的結(jié)構(gòu)主要有：(1)磚墻承重和預(yù)制樓板的房屋體系，其中缺乏必要構(gòu)造措施的；(2)單跨地磚混結(jié)構(gòu)承重體系，其中缺少橫墻，或者房屋的跨度和層高較大，窗間墻很窄；(3)無梁板體系，不少大型商場采用這種將樓板直接置于柱上而沒有梁的結(jié)構(gòu)形式，這種結(jié)構(gòu)也易發(fā)生連續(xù)倒塌；(4)連續(xù)不良的預(yù)制裝配式體系。

三、撲救多層商住樓火災(zāi)，如何預(yù)防建筑坍塌。

現(xiàn)場判斷多層商住樓在火災(zāi)作用下能否坍塌主要有以下三種方法。

一是抗燒極限判斷法。

即將火災(zāi)延續(xù)時(shí)間與商住樓承重構(gòu)件的抗燒極限時(shí)間進(jìn)行比較?；馂?zāi)延續(xù)時(shí)間不是起火到消防隊(duì)到達(dá)現(xiàn)場的時(shí)間差，而是指起火到火災(zāi)被基本撲滅的時(shí)間差。建筑構(gòu)件的抗燒極限時(shí)間可以耐火極限來衡量。通常多層商住樓縱向承重的墻、柱的耐火極限為2．5小時(shí)，橫向承重的梁，耐火極限為1小時(shí)，樓板為0．5小時(shí)、疏散樓梯為1小時(shí)、吊頂為0．25小時(shí)。由此可見，在同樣的火場環(huán)境中，吊頂最先坍塌，其次是橫向承重的樓板、梁和疏散樓梯，最后是縱向承重的墻和柱。掌握建筑構(gòu)件的耐火極限、坍塌規(guī)律，我們在滅火作戰(zhàn)中就能靈活運(yùn)用戰(zhàn)術(shù)技術(shù)，確保戰(zhàn)斗成功，避免自身傷亡。對于主要承重構(gòu)件已經(jīng)超過耐火極限的商住樓火災(zāi)，消防隊(duì)員一般不能進(jìn)入樓內(nèi)滅火救人。

二是荷載極限判斷法。

如果某樓層的建筑構(gòu)件所承受的壓力大于它的設(shè)計(jì)壓力，該建筑構(gòu)件就會(huì)因失去支撐能力而塌落，以致引起建筑坍塌。荷載比較法就是將建筑構(gòu)件所承受的壓力同它的設(shè)計(jì)壓力進(jìn)行比較，以此判斷建筑能否坍塌。

建筑結(jié)構(gòu)上的荷載主要有三類，一是永久荷載(恒載)，如建筑結(jié)構(gòu)和構(gòu)造層(地面、頂棚、裝飾面)的重力荷載。二是可變荷載(活載)，如人群、家具、設(shè)備、風(fēng)雪等；三是偶然荷載，如爆炸力、撞擊力、地震力。我國的多層商住樓在設(shè)計(jì)時(shí)，一般住宿層樓面均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值為150kQ／m2，商業(yè)層為350kg／m2。此外，在商住樓火災(zāi)撲救中，由于人員逃生、物資疏散、消防人員進(jìn)入樓內(nèi)、水漬損失甚至局部建筑物、構(gòu)筑物倒塌等活荷載的增加都有可能使商住樓內(nèi)樓板的局部荷載超過其承載能力