隨著經濟的發展,高層建筑逐步增多,火災荷載和不安全因素也隨之增加。如果因火災而造成高層建筑倒塌,必將給救人和滅火帶來更大的困難,給擔負搶險救援任務的消防隊員提出更高的要求和挑戰。據調查,美國“9.11”紐約世貿中心倒塌的原因在于大火熔化了支撐鋼筋,而不是飛機的直接撞擊。因此,在撲救建筑火災時,要充分考慮建筑的倒塌問題。在美國“9.11”紐約世貿中心爆炸現場滅火的300多名消防人員主要就是因建筑倒塌而喪生。在我國,近年來由于在滅火中因建筑結構破壞、倒塌而造成消防人員傷亡的事故也曾發生。因此,加強建筑結構破壞、倒塌特點和規律的研究探討,制定切實可行的滅火救援預案,無疑對減少人員傷亡和財產損失具有非常重大的意義。????
一、火災條件下建筑結構倒塌的原因。
建筑物中建筑構件名目較多,近年來隨著一些新材料、新工藝、新技術在建筑領域中的廣泛應用,建筑構件的性能也變得越來越復雜,燃燒破壞的特點也趨于多樣性。不同建筑構件均具有自身的燃燒性能和耐火極限。 火災條件下,隨著建筑材料和構件的燃燒和破壞,整個建筑結構也必然受到一定的影響,直至遭到局部的破壞或整個的倒塌。結構的倒塌與破壞,是由燃燒和高溫條件造成的,倒塌和破壞的原因主要有以下幾個方面:
(1)預應力鋼筋混凝土結構遇熱,失去預加應力,從而降低結構的承載能力。
(2)磚石砌體受熱變形開裂。花崗巖因內部石英、長石、云母不同的熱變形而碎裂。硅酸鹽砌塊也因內部的熱分散而松散。
(3)鋼結構受熱變形破壞。鋼結構受熱后,很快出現塑性變形,在火燒15-20min 左右,杠件變成“面條”一樣,隨著局部的破壞,造成整體失去穩定而破壞,而且破壞后的鋼結構是無法修復重新使用的。
(4)木結構表面被燒蝕,削弱了荷重的斷面。木材起火燃燒,表面炭化,如果剩余截面的面積仍能承受原有全部荷重,結構是不會倒塌的。特別是消防隊及時到達火場,在撲救火災時,構件外表面的炭層吸收大量的水,對結構來說,還是一個很好的保護層。所以大斷面比較有利。 在加熱爐中實驗時,可以看到,預應力鋼筋混凝土構件,在受熱數小時后,便出現較大的變形。顯然,這是因為主拉鋼筋伸長的結果。所以預應力鋼筋混凝土結構在耐火方面的性能,是不如普通鋼筋混凝土結構的,必須加厚鋼筋保護層的厚度。
(5)高溫下建筑材料的力學性能改變,強度隨著溫度升高而降低,以及火災條件下結構產生的熱應力,在目前的結構計算中還沒有考慮到。
(6)建筑物內部爆炸的沖擊和震動,常是摧毀建筑物的 一種主要原因。建筑結構的抗爆計算,因沖擊波的力量較大,而需與防爆泄壓設施同時考慮。
(7)上部結構倒塌落在樓板上,或滅火積水不能排除,或樓板上的物資大量吸收滅火水流,大大地增加了樓板的荷重,使樓板因大量超載而塌落。
(8)滅火射水落在高溫的磚石、混凝土或鋼筋混凝土結構表面,由于突然的冷卻造成結構表面因收縮開裂,表皮剝落。特別關鍵的是破壞了鋼筋混凝土結構的保護層,在火未熄滅前,使火直接燒到主拉鋼筋,鋼筋立即失去強度,而使整個結構破壞。