/學校代碼：10128學校代碼：10128學號：201080691009土木工程學院科研訓練題目：火災對建筑結構影響的探討班級：土木10-4班姓名：關永亮學號：2010806910092013年12月【摘要】火災荷載密度的大小干脆關系到火勢的猛烈程度，當火災荷載密度大時，火勢猛烈，升溫快、持續時間長。建（構）筑物倒塌事故隨時可能發生，且事故前兆很不明顯，允許人員逃命的時間極短，待人們察覺時，倒塌事故往往已經造成了嚴峻后果。尤其是大型鋼筋混凝土結構發生火災后坍塌的案例不多，沒有現成的閱歷借鑒，也缺乏相應的理論支持。從實際閱歷分析，從發生火災到坍塌的時間長短不一。相像的建筑，有的在熊熊大火中燃燒幾十小時沒有發生坍塌，有的僅幾小時就發生了坍塌。【關鍵詞】火災建筑結構火災荷載高層【引言】隨著經濟的發展，高層建筑逐步增多，火災荷載和擔憂全因素也隨之增加。假如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緣由在于大火熔化了支撐鋼筋，而不是飛機的干脆撞擊。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、倒塌特點和規律的探討探討，制定切實可行的滅火救援預案，無疑對削減人員傷亡和財產損失具有特殊重大的意義。【正文】一、火災條件下建筑結構倒塌的緣由。

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困難，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，整個建筑結構也必定受到確定的影響，直至遭到局部的破壞或完全的倒塌。結構的倒塌和破壞，是由燃燒和高溫條件造成的，倒塌和破壞的緣由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實力。（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運用的。（4）木結構表面被燒蝕，減弱了荷重的斷面。木材起火燃燒，表面炭化，假如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。特殊是消防隊剛好到達火場在撲救火災時，構件外表面的炭層吸取大量的水，對結構來說，還是一個很好的愛惜層。所以大斷面比較有利。

在加熱爐中試驗時，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。明顯，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，是不如一般鋼筋混凝土結構的，必需加厚鋼筋愛惜層的厚度。

（5）高溫下建筑材料的力學性能變更，強度隨著溫度上升而降低，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振動，常是摧毀建筑物的一種主要緣由。建筑結構的抗爆計算，因沖擊波的力氣較大，而需和防爆泄壓設施同時考慮。（7）上部結構倒塌落在樓板上，或滅火積水不能解除，或樓板上的物資大量吸取滅火水流，大大地增加了樓板的荷重，使樓板因大量超載而塌落。歷史老照片不能說的隱私（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。特殊關鍵的是破壞了鋼筋混凝土結構的愛惜層，在火未熄滅前，使火干脆燒到主拉鋼筋，鋼筋立刻失去強度，而使整個結構破壞。

二、火災條件下建筑結構破壞的一般規律。

火災條件下建筑結構的倒塌破壞，往往使室內通風更加良好，加速室內的燃燒，并且會破壞防火分隔物，使火勢得以擴大擴散，為正的確施滅火救人及自救帶來極大的困難。因此，駕馭建筑倒塌的一般規律，對消防人員來說，是特殊必要的。一般說，結構倒塌有以下規律：

（1）木結構屋頂，整個倒塌的少，局部破壞的多。鋼結構屋頂，局部被火燒毀，其余部分往往被燒的部分塌落，也同時由墻頭拉到地面上來。（2）吊頂、屋架、木樓板、空心墻、泥土墻，易燃建筑等，都是易于倒塌破壞的。（3）土坯墻是耐火不燃的，但由于消防射流的強力沖擊，也會遭到破壞。（4）倒塌的次序，一般是先吊頂，后屋頂，最終是墻壁。（5）一般房屋的墻是向里倒的。

三、火災條件下幾種常見結構破壞的具體狀況及一般應對方法

1、鋼結構屋頂

鋼的耐火性差。溫度在450-500℃時，承載實力便大大減弱。溫度再高，鋼材變軟，變形顯著，屋架翹曲，屋頂隨著就會塌落，經過的時間很短，一般在10-20min左右。由于鋼結構屋頂空間工作的條件，在屋架之間聯結了許多的支撐桿件，因而也就確定了，鋼結構屋頂的破壞是整體的，或者是較大部分的，很少是局部的。在鋼結構屋頂建筑物內起火時，要防止火干脆燒到屋架，但也不要對溫度很高的鋼結構進行隧然的冷卻，因為這些都是加速屋頂塌落的重要緣由。運用噴霧水流，或運用直流水槍，對著屋面板射水，借以冷卻屋架上弦，在火災初期是有效的。可以把結構保存下來，不會遭到嚴峻破壞。但滅火人員在撲救時，確定要隱藏在不會因屋頂倒塌而傷人的平安地點。

2、鋼筋混凝土構件混凝土是耐火的。對滅火來說，它是比較平安牢靠的。一般鋼筋混凝土結構的耐火時間，一般都在1h以上。預應力鋼筋混凝土結構，是一種新型結構，承載實力好，省材料，但耐火實力較差。滅火時，要留意其變形（下撓）的狀況。

3、薄殼結構屋頂

薄殼適用于大面積的屋頂。其特點，主要是由于它所用的材料少。薄殼的跨度大，厚度小（鋼筋混凝土殼最少25mm，磚殼最少60mm)，薄殼周邊的支撐是靠兩側的樓板、基礎或剛拉桿。薄殼結構的倒塌是整片的，其緣由主要是由于支撐的條件破壞。故起火時，應剛好冷卻剛拉桿。只要支撐的條件不破壞，就完全有可能避開倒塌，因為殼體本身的耐火性能很高。

當薄殼結構的屋面起火，或者滅火時須要登上薄殼屋頂時，特殊要留意，到屋頂上去的人數不能過多，人員要分散，不要集中，最好站在殼的中心，或兩側對稱于中心的位置上。

4、木結構

木構件遇火后，很快就被點著，在表面形成炭層。木材被燒焦的速度是和它的密度及含水率的大小干脆練習的，木材燃燒的速度是隨著它的密度和含水率的增加而削減的。依據測試，木材向內里燃燒速度的理論平均值為0.6mm/min

，質輕且干木材的燃燒速度的近似值是0.8mm/min，密質的濕木材燃燒速度的近似值是0.4mm/min。在實踐中我們可以利用這些數字來估計木構件被燃燒的程度。

5、墻和煙囪

磚的耐火性好，能經得起高溫，而砌成墻壁以后，由于砌筑的質量和沙漿的耐火性能較差，磚墻的耐火性不如磚本身，但一般磚墻承受幾小時的火燒是沒問題的。可是火災發生時，磚墻或煙囪也有發生倒塌的，主要緣由是：

（1）框架破壞，框架填充墻也隨之破壞；

（2）因為樓板塌落，或橫向墻被破壞，使縱向墻失去了橫向的支撐。

（3）受到意外的水平沖擊作用。

（4）空斗墻、空心磚的砌塊變形破壞，失去承載實力。火災荷載是指在一個空間里全部物品包括建筑裝修材料在內的總燃燒熱。而建筑物火災主要是建筑物的可燃結構、建筑物內的可燃物品在燃燒。其火災荷載就是建筑物的可燃結構和建筑物內的可燃物品的總潛熱能。建筑物內發生火災后火勢的發展將受到建筑的幾何形態、高度、空間、開口狀況、構件的可燃程度、抗燃燒程度和建筑物內火災荷載、空氣供應強度等各種因素的影響。其中火災荷載則確定著整個建筑物火災的變更和大小。因為建筑物火災荷載假如為一公斤，那么它產生的熱量就相當于一公斤標準木材所產生的熱量，約為18840千焦。這么大的熱值會對建筑物的基礎、墻、柱、梁、樓板、屋頂、樓梯、門、窗、吊頂等構件造成極大的威逼。對建筑物的建筑材料的耐火性能和主要建筑構件的耐火極限也是一個巨大考驗。當火災荷載的熱值突破了建筑物的建筑材料的耐火性能和主要建筑構件的耐火極限時，就會極易造成建筑物整體失去穩定性而導致坍塌。

建筑物按結構大體分為五類：（一）易燃結構建筑。主要建筑構件以竹、木、草、油氈為主。（二）磚木結構建筑。以磚木為主要建筑構件的房屋，它在整個建筑中占有很大比例。(三)磚混結構——豎向承重構件接受磚墻或磚柱，水平承重構件接受鋼筋混凝土樓板、屋面板；（四）鋼結構建筑。以各種型鋼為主要承重構件的房屋，運用于大跨度廠房、庫歷史老照片不能說的隱私房、和高層建筑。（五）鋼筋混凝土結構建筑。以鋼筋混凝土為主要承重構件的房屋，鋼筋混凝土作柱、梁、樓板及屋頂等承重構件，磚或其它輕質材料做墻體等圍護構件，運用范圍很廣，在各類建筑中，占有很大比例。全部這些除第五類建筑為一級耐火等級建筑外，其余耐火等級均較低。隨著城市建設的不斷發展，舊城改造步伐的不斷加快，木結構和磚木結構的建筑越來越少，鋼筋混凝土結構的建筑越來越多，從分類中我們可以看出，鋼筋混凝土結構相對平安，磚混結構和鋼結構相對較差，。許多垮塌都發生在磚混結構和鋼結構之中，震驚全國的湖南衡陽“11〃3”特大火災，發生坍塌的商住居民樓，就屬磚混結構。應作為防垮塌的重點細致加以對待。

改革開放以來，百業興盛，國內基礎建設也進入了一個旺盛時期。隨著人們生活水平的提高，對居住條件的要求也越來越高，建筑的結構、形式、以及運用材料已日益多樣性。建筑物內部的裝修越來越豪華，多接受大量的可燃材料進行裝飾，如可燃材料吊頂、塑料墻布、墻紙、落地窗簾等，房間內鋪設大量的電線、電纜。室內陳設大量的物品，如化纖地毯、壁毯、掛畫、床、沙發、桌椅等生活用品。這些材料多為高分子材料，在燃燒過程中能釋放出大量的熱能和可燃氣體及有毒煙氣，能加快燃燒速度，使溫度快速增高，火災荷載密度也急速加大。從火災荷載上看，一般來說，辦公樓、居民住宅樓（公寓樓、宿舍樓）火災荷載輕，賓館、飯店、消遣場所、商場、市場、物資儲備倉庫等火災荷載重，特殊是商場、市場、物資儲備倉庫等發生火災后，經過一段時間的烈火高溫烘烤后都有發生坍塌的可能。閱歷認為，一般物質體積超過建筑容積的三分之一，建筑耐火等級在二級以下，發生火災后燃燒時間較長時，火場指揮員就應當考慮房屋坍塌的可能性和帶給現場滅火人員的緊急性。

一般住宅樓的火災荷載密度約為35—60公斤/平方米。高級賓館達到45—60公斤/平方米。這樣當火災發生時。由于火災荷載密度大，火勢燃燒猛烈，燃燒持續時間長，（依據試驗證明火災荷載密度為60公斤/平方米時，其持續燃燒時間為1。3小時，）所以溫度快速上升，可燃物質受高溫作用快速著火燃燒，溫度越升越高。在高溫作用下，木質構件表面炭化并受熱起火燃燒，木材受高溫作用發生炭化前，其力學特性不會有太大變更。但是，當有明火引燃時木材的著火溫度僅為240°C——270°C，在400°C——470°C下木材也能自燃。木材起火燃燒后，表面慢慢炭化，力學特性就會快速受到破壞，假如剩余截面的面積不能承受原有全部荷載，減弱了荷載斷面。承重力下降；結構就會倒塌。吊頂或木樓板燒穿后承重結構發生變更；一端時間內就會造成樓板或天花板下沉。易燃結構建筑就會很快發生坍塌。

鋼結構受熱后，會產生塑性變形，它雖不燃燒，但是其高溫性能差，大量的試驗和火災案例表明鋼結構是不耐火的。無愛惜層的金屬構件在高溫作用下，力學性能會快速發生變更，短時間其強度就會丟失，失去支撐或承重實力。無愛惜層的金屬構件，但溫度達到500度時，鋼材強度損失達50％，承重實力就會下降到原來承重實力的一半，再接著加熱，當溫度接著上升至600度時既失去承重實力。其理論耐火時間僅為15分鐘左右便很快軟化，發生扭曲倒塌，而且破壞后的鋼結構是無法修復重新運用的。1998年北京玉環家具城發生火災，就造成該建筑（鋼結構）整體倒塌。這時，由于建筑構件的自重和上面荷載物的作用，鋼構件就會發生扭曲、變形。導致建筑物坍塌。另外鋼結構建筑應力關系緊密，如網架結構，在發生火災時，當某一部分構件因失去承重實力坍塌破壞應力關系后。便會導致其他構件甚至整個結構變形坍塌。

磚石砌體材料主要用作豎直承重。花崗巖因結構緊密、質地堅硬。一般作為建筑物的基礎和外墻，其內部組織以石英、長石、云母為主。這些物質高溫或長時間受熱后性質發生變更，溫度超過500°C后，砌體強度會顯著降低、裂開而失去承重實力。火災荷載密度大的建筑發生火災后，溫度可超過1000°C，砌體的向火面和背火面必定產生很大的溫度差，向火面溫度高、膨脹大，背火面溫度低、膨脹小。因此，在砌體內部會產生很大的內應力，而使砌體碎裂破壞。另一方面是碳酸鹽、硅酸鹽在高溫下會發生分解反應，使砌體破壞。

鋼筋混凝土受熱后，其抗壓強度會降低，失去承載實力。特殊是預應力鋼筋混凝土結構，受熱后會失去預加應力，耐火性能反而不及一般鋼筋混凝土結構。導致混凝土各組成材料的熱膨脹系數不同，受熱溫度超過300°C時，組成鋼筋混凝土結構的水泥石脫水收縮，而骨料受熱膨脹，這種脹縮的不一樣性，使混凝土中產生很大的內應力，不但破壞水泥石、骨料、配筋間的粘結，而且會把包袱在骨料和配筋四周的水泥石撐破。導致混凝土和鋼筋剝離，破壞了兩者的結和力。這些都使構件的承重實力下降。依據以上觀點，我個人認為火災荷載密度的大小干脆關系到火勢的猛烈程度，當火災荷載密度大時，火勢猛烈，升溫快、持續時間長。建（構）筑物倒塌事故隨時可能發生，且事故前兆很不明顯，允許人員逃命的時間極短，待人們察覺時，倒塌事故往往已經造成了嚴峻后果。尤其是大型鋼筋混凝土結構發生火災后坍塌的案例不多，沒有現成的閱歷借鑒，也缺乏相應的理論支持。從實際閱歷分析，從發生火災到坍塌的時間長短不一。相像的建筑，有的在熊熊大火中燃燒幾十小時沒有發生坍塌，有的僅幾小時就發生了