火灾中建筑物倒塌原因及预防措施分析

1、火灾中建筑物倒塌原因及预防措施分析摘 要：本文针对建筑火灾坍塌事故案例，着重分析了建筑火灾坍塌事故发 生的特点、影响因素和建筑结构破坏规律，并提出了在实施灭火救援中建筑火灾 坍塌事故的预防对策及处置措施。关键词：建筑火灾；坍塌；预防；对策Abstract:this paper focuses on building fire collapse accident case, focusing on analysis of characteristics of the collapse of the building fire accident, impact factors and failur

2、e law of building structures, and proposes the implementation of fire-fighting and rescue collapse of building fire prevention measures and management measures.Keywords: building fire; collapse; prevention countermeasures一、刖言2003年11月3日凌晨5时许，湖南省衡阳市衡州大厦发生火灾。8时30分， 正当消防官兵全力扑救余火时，部分大楼突然坍塌，正在进行灭火战斗的30名 消

3、防官兵被埋在废墟下。经过70多小时的连续施救，20名消防官兵全部牺牲。 “11. 3”之后国外也有类似事故，同样造成消防队员伤亡。血的教训应引起我们 各级灭火指挥员的高度重视，如何预防燃烧建筑物坍塌，避免类似事故的发生， 是摆在广大灭火指挥员面前共同的课题。二、火灾中建筑物的倒塌原因分析建筑物倒塌的原因很多，地震、台风、火灾炙烤等，但归根到底还是由于自 身的承重结构受到破坏，失去承重能力。本文只讨论其中最复杂，遇到最多的一 种，在火灾中的建筑倒塌。在我国防火设计中，建筑构件的耐火极限是衡量建筑物耐火等级的主要标 准，而承重构件耐火极限则是构件能否于火灾中保持稳定而不倒塌的唯一保证。 在火灾中，

4、建筑物的承重结构：梁、板、柱、墙如果达到自身的耐火极限，就会 发生变形垮塌，从而引发建筑物的整体或部分倒塌。非承重构件：楼板、门窗、 隔墙、吊顶达到自身的耐火极限，就会发生砸落。这些对内攻的指战员来说都是 非常危险的。三、火灾中常见结构建筑倒塌规律分析不同建筑构件和材料均具有自身的燃烧性能和耐火极限，在不同火灾条件 下，也会呈现不同的变形和倒塌形式，有的是局部的破坏，有的是局部倒塌造成 全面倒塌，有的是整个建筑迅速全面倒塌。（一）砖（土）木结构建筑砖（土）结构建筑墙体一般使用粘土砖或土坯砌筑、房顶使用木材等建筑材 料建造而成。木材起火燃烧，其表面会被炭化烧蚀，从而削弱了横截面面积，造 成承载力

5、下降而发生倒塌。消防队到达火场扑救火灾时，由于木构件外表面炭化 层吸收了大量的水份，能够形成一个很好的保护层，一般不容易发生倒塌。因此 木结构建筑物的屋顶，整体倒塌较少，而局部损坏较多。粘土砖是由粘土制成砖坯，经过干燥，然后入窑烧至900-1000摄氏度而成。 粘土砖经过高温煅烧，不含结晶水等水分，即使含极少量石英，对制品性能影响 大，因而再次受到高温时性能保持平稳，耐火性良好。而砌成墙壁以后，由于砌 筑的质量和沙浆的耐火性能差等原因，砖墙的耐火性不如砖本身，但一般砖墙的 耐火极限都是比较高的，如24双面抹灰非承重普通粘土砖实体墙的耐火极限为 8小时，一般砖墙在火灾下承受几小时是没问题的，一般

6、不会发生倒塌。土坯墙耐火且不燃，但土坯在受到水的浸泡会吸收水份导致软化，在水枪射 流的强力冲击会遭到破坏失去承载力而发生坍塌。（二）混合结构建筑混合结构建筑主要是墙体采用粘土砖、砌块、石等建筑材料，用沙浆砌筑而 成，楼面用楼板或现浇混凝土构筑而成的建筑物。此类建筑物所使用的建筑材料 为粘土砖、砌块、石、混凝土等非燃烧材料，各建筑构件的耐火极限都比较高。 如24普通粘土砖实体承重墙的耐火极限为5.5小时，即在标准耐火试验条件下， 此类墙体在5.5小时内不会失去承载能力或发生破坏。但在火灾负荷大的建筑发 生火灾时，温度可超过1000C，砌体的向火面和背火面温差很大，内部会产生 很大的应力，同时碳酸

7、盐、硅酸盐在高温下会发生分解反应，而使砌体破坏。因 此，在火灾作用下，混合结构建筑物的建筑构件在其耐火极限内一般不会被破坏， 但在高温的长时间作用下，建筑物可能会发生局部坍塌，一般不会发生大面积倒 塌事故。（三）钢结构建筑钢结构具有性能稳定、质轻而高强、加工精度高、装配性能好、施工周期短 等优点，目前被广泛应用于宾馆、饭店、展览馆等民用公共建筑和厂房、仓库等 工业建筑。钢材具有较好的耐热性，但耐热而不耐高温，随着温度的升高，钢材 的强度会逐渐降低。据试验，当钢结构构件温度达到350C、500C、600C时， 强度分别下降1/3、1/2、2/3。一旦达到500C钢结构构件就会发生急剧软化而导 致

8、瞬时崩溃倒塌。无保护层的钢柱、钢梁、钢屋架等钢结构构件的耐火极限为 0.25小时即15分钟，也就是说在火灾作用下，15分钟后钢结构随时有可能失去 承载力而发生倒塌。网架结构是钢结构建筑的一种，是由许多钢杆件按照一定的规律通过钢节 点连接起来的大空间结构体系。由于钢材的耐火性差，在温度达到500C时承载 力急剧降低，火灾作用下经过一段时间，钢构件即软化翘曲、变形显著，导致屋 顶塌落破坏。一般钢结构屋顶工作空间相对较大，相互联结着大量支撑杆件，因 此网架结构的倒塌破坏一般是整体性的，或者是较大部分的，而很少有局部的倒 塌。（四）钢筋混凝土结构建筑钢筋混凝土结构常见于一些大跨度的厂房、车间、仓库和高

9、层建筑物等，包 括框架结构、排架结构、剪力墙结构等。此类建筑结构的主要承重构件为钢筋混 凝土构件，其粘土砖、砌块构成的墙体只起到分隔和功能划分作用。混凝土是由胶凝材料、水和粗、细骨料按适当比例配合，拌至成拌合物，经 一定时间硬化而成的人造石材。300摄氏度强度开始降低，500摄氏度将为一半 左右，825摄氏度颜色变为灰色，几乎丧失强度。消防射水骤射到高温的混凝土 机构表面时，会使结构产生严重破坏。在高温作用下，混凝土结构表面达到300 摄氏度，内部温度依然很低，消防射水的冷却使得混凝土表面产生很大的收缩力， 因而构建表面出现很多由外向里的裂缝，超过500摄氏度时，游离出的氧化钙遇 到水，发生熟

10、化反映，体积膨胀，造成混凝土强度的急剧降低，（五）薄壳结构薄壳结构适用于大面积的屋顶，所用的材料较少，其特点是跨度大、厚度小、 质量轻，其周边靠两侧的楼板、基础或钢拉杆来支撑。薄壳结构的倒塌是整片的， 壳体本身的耐火性能很高，其倒塌的原因主要是由于支撑条件的破坏。只要支撑 的条件不破坏，就完全有可能避免倒塌，故起火时，应及时冷却钢拉杆，以防止 支撑条件的破坏。除了火灾造成的倒塌外，建筑物内外部爆炸物的冲击和破坏，也是造成建 筑倒塌的重要原因。另外，建筑上层结构的塌落物对下层结构造成的冲击，或者 楼板上的物资大量吸收积水，大大地增加了楼板的负荷，导致承重结构无法承受 巨大的荷载而发生塌落。四、预

11、测火灾中建筑物的倒塌建筑物在火灾作用下发生倒塌，是一个必然的 过程，是一个完整建筑遭破坏的过程，更难以实施前期控制，就目前技术来说， 还很难对建筑物的火灾倒塌做出准确的预测，但并不是不可预测的。任何事物由 一种形态发展到另一种形态，必然经历一个量变到质变过程，火灾中建筑物倒塌 也应该是有规律可循的。因此，认真研究火灾中建筑物倒塌的成因，掌握倒塌的 一般规律，在灭火和抢险救援中有针对性地采取一些预防和应对措施，对于减人 员伤亡、降低火灾损失具有重要意义。本文应用中医“望”、“闻”、“问”、“切”基本理论来预测火灾中建筑倒塌事故（一）望，即看有没有异常变化、变形。由于火场情况千变万化，引起建 筑物

12、倒塌的因素很多，原因错综复杂，要对建筑火灾倒塌作出预测，必须“眼观 六路”。倒塌这一现象和其它事物一样，在发生之前，总有一些迹象可找，有一 定征兆可察，如：钢结构弯曲、门窗变形卡死；墙体砌筑砂浆会因火灾高温而失 去粘结力粉化脱落使砌体产生纵向裂缝；梁跨中混凝土保护层出现裂缝、钢筋外 露、挠度增大；柱两端混凝土保护层爆裂、钢筋屈服向外凸出、扭曲变形；楼板 呈“锅底”形状下沉等等。（二）闻，即听有没有异常声音。火灾条件下，由于大量烟雾的存在，仅 仅靠“眼观六路”是远远不够的，还必须做到“耳听八方”。一是要特别留意灭火过 程中“劈劈啪啪”的声响，火灾初期混凝土保护层在高温作用下会产生“爆裂”现 象，

13、使钢筋外露，直接过火燃烧，此外，梁、板跨中危险部位混凝土在冷热水流 冲击下可能被拉裂导致结构破坏；二是要特别注意火灾现场的异常响声，室内煤 气爆炸震动、建筑物内自来水管道爆裂、附属建筑物及建筑构件的倒塌等等，这 些都极有可能对建筑主体结构造成影响。尽管火场情况复杂、瞬息万变，但在倒 塌这一现象出现前总有一定的征兆，哪怕是这种征兆发生在倒塌前几秒钟，只要 细心观察，还是可以发现的，它是火灾建筑物倒塌预测的最直接、有效手段。（三）问，即现场询情，全面掌握起火建筑物的基本情况。孙子兵法有云: 知己知彼，百战不殆。火场如战场，要准确预测火灾中建筑倒塌就必须对火场情 况了然于胸，即通过询问、讯问、侦察等

14、手段向现场当事人、业主和有关工程技 术人员详细了解火灾中建筑屋的有关情况：一是建筑物的结构类型和耐火等级， 通过了解火灾中建筑物主要承重构件是不是直接受到火烧，直接火烧的持续时间 是否接近与到达了构件的耐火极限最低标准时间，来判断建筑物倒塌的时间极限 和危险程度；二是火灾荷载，火灾荷载大，火场温度高，对建筑结构的破坏就大， 倒塌机率高。经验认为：一般物质体积超过建筑容积的三分之一，建筑耐火等级 在二级以下，发生火灾后燃烧时间较长时，火场指挥员就应当考虑房屋倒塌的可 能性和带给现场灭火人员的危险性。特别是商场、市场和物资仓库发生火灾后， 火灾条件下发生倒塌的可能性较大，且极易造成重大人员伤亡和财

15、产损失；三是 起火燃烧时间和使用功能、性质。到场后，必须了解起火时间，从而判断该建筑 物在火中已经燃烧的时间，并从现场扑救力量和火势大小估计控制火势的时间， 同时要特别注意火灾中的商住楼，在燃烧时间长、灭火水渍重的情况下，只要局 部受损，就有可能造成大面积的坍塌。（四）切：即“测”，用高科技测量仪器测 定火灾中建筑主要承重构件的技术参数，科学推断建筑物倒塌时间极限。即利用 红外线测温仪测定建筑物内火场中心温度；利用机械力学、光学、电学或红外线 测量仪器测量梁、板跨中的挠度和裂缝宽度以及承重柱薄弱截面的压应变，充分 掌握第一手资料。然后根据建筑构件的耐火极限和结构特性参数（如：钢结构失 去平衡稳

16、定性的临界温度是500摄氏度，800-1OO0摄氏度火灾条件下，无保护 钢材耐火极限为15分钟；火场温度超过1OO0摄氏度时，受弯构件（梁、板） 可能因挠度值超过五十分之一而导致建筑物倒塌），科学推定建筑物倒塌时间极 限，为推定战术转移时间提供科学依据。梁板变形大于L/20；柱发生垮塌或轴 向变形大于h/100 （mm）或轴向压缩变形速度超过3h/1000 （mm/min）；试件背 火面测温点平均温升达140 C ；试件背火面测温点任一点温升达180C.五、减小建筑物倒塌危险性的战术措施正确运用灭火战术，科学处理进攻与 防御，有效减小消防射水对建筑结构的影响。在灭火救援过程中，消防水渍会增加结

17、构设计荷载，同时建筑承重构件在 受到加热冷却交替冲击下，极易造成失去稳定性而破坏；此外建筑构件中水泥等 水硬性凝胶材料在火灾作用下，水泥石发生不可逆的粉化过程，水的加入会增强 水泥构件粉化砂粒的自重与粉化沙粒的流动性，使构件的破坏进程加快，导致建 筑构件加速承载等设计能力的丧失，引发倒塌的发生。因此，合理运用战术、科 学进攻、有效减少消防射水对结构的影响是预防火灾中建筑物倒塌的最实用有效 方法。（一）科学制定灭火战术，合理进攻与防御。在建筑火灾的灭火救援中，在 建筑物可能倒塌之前的第一阶段，应采取集中兵力灭火救人的内攻为主的主动进 攻的整体战术。而一旦进入有倒塌危险的第二阶段，就应该采取”外部

18、多点灭火， 内部重点突破”的战术，按照“少而精、准而快”的指导思想，选择素质好、业务 精、经验丰富的人员，重点扑救承重结构火点，对高温焙烤可能变形的承重结构 进行冷却；优先扑救承重结构附近的大火，其次是外墙附近的大火，然后是横向 平面线性结构下面的大火。确保承重构件火烧时间短，受热量少，以最大限度减 小建筑物出现结构性倒塌的危险。（二）正确选择水枪阵地,严格控制水枪射流方向和着点部位。在选择水枪 阵地时，要严格遵循“便于观察、便于射水、便于转移”的原则，同时要“有利于 进攻、有利于撤退、有利于安全”。要以坚固的结构为依托或屏障，如门、窗口 外侧、楼梯口平台、阳台等，严禁在柱、梁、非承重墙、屋顶等下面设置水枪阵 地。要严格控制水枪射流的方向和着点部位，水流尽量避免落在高温的砖石、混 凝土或钢筋混凝土结构表面，防止突然的冷却造成结构表面因收缩开裂，表皮剥 落，造成钢筋混凝土结构的保护层破坏，使钢筋直接暴露火中而失去强度，使整 个结构破坏。（三）正确运用水枪射流，防止水渍增加建筑荷载。建筑火灾灭火过程中尽 量使用