火災(zāi)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)影響的研究報(bào)告

......zz學(xué)校代碼：學(xué)校代碼：10128學(xué)號(hào)：202380691009土木工程學(xué)院科研訓(xùn)練題 目火災(zāi)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)影響的研究班 級(jí)：土木10-4班姓 名：關(guān)永亮學(xué) 號(hào)：92023年12月【摘要】火災(zāi)荷載密度的大小直接關(guān)系到火勢的猛烈程度，當(dāng)火災(zāi)荷載密度大時(shí)，火勢猛烈，升溫快、持續(xù)時(shí)間長。建〔構(gòu)〕筑物倒塌事故隨時(shí)可能發(fā)生，且事故前兆很不明顯，允人員逃命的時(shí)間極短，待人們覺察時(shí)，倒塌事故往往已經(jīng)造成了重后果。尤其是大型鋼筋混凝土構(gòu)造發(fā)生火災(zāi)后坍塌的案例不多，沒有現(xiàn)成的閱歷借鑒，也缺乏相應(yīng)的理論支持。從實(shí)際閱歷分析，從發(fā)生火災(zāi)到坍塌的時(shí)間長短不一。相像的建筑，有的在熊熊大火中燃燒幾十小時(shí)沒有發(fā)生坍塌，有的僅幾小時(shí)就發(fā)生了坍塌?！娟P(guān)鍵詞】火災(zāi)建筑構(gòu)造火災(zāi)荷載高層【引言】隨著經(jīng)濟(jì)的進(jìn)展，高層建筑逐步增多，火災(zāi)荷載和擔(dān)憂全因素也隨之增加。假設(shè)因火災(zāi)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(dān)負(fù)搶險(xiǎn)救援任務(wù)的消防隊(duì)員提出更高的要求和挑戰(zhàn)。據(jù)調(diào)查，美國“9.11”紐約世貿(mào)中心倒塌的緣由在于大火熔化了支撐鋼筋，而不是飛機(jī)的直接撞擊。因此，在撲救建筑火災(zāi)時(shí)，要充分考慮建筑的倒塌問題。在美國“9.11”紐約世貿(mào)中心爆炸現(xiàn)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構(gòu)造破壞、倒塌而造成消防人員傷亡的事故也曾發(fā)生。因此，加強(qiáng)建筑構(gòu)造疑對(duì)削減人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失具有格外重大的意義。【正文】一、火災(zāi)條件下建筑構(gòu)造倒塌的緣由。建筑物中建筑構(gòu)件名目較多，近年來隨著一些材料、工藝、技術(shù)在建筑領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，建筑構(gòu)件的性能也變得越來越簡單，燃燒破壞的特點(diǎn)也趨于多樣性。不同建筑構(gòu)件均具有自身的燃燒性能和耐火極限?；馂?zāi)條件下，隨著建筑材料和構(gòu)件的燃燒和破壞，整個(gè)建筑構(gòu)造也必定受到肯定的影響，直至遭到局部的破壞或整個(gè)的倒塌。構(gòu)造的倒塌與破壞，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(gè)面：預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土構(gòu)造遇熱，失去預(yù)加應(yīng)力，從而降低構(gòu)造的承載力量。磚砌體受熱變形開裂。花崗巖因部英、長、云母不同的熱變形而碎裂。硅酸鹽砌塊也因部的熱分散而松散。鋼構(gòu)造受熱變形破壞。鋼構(gòu)造受熱后，很快消滅塑性變形，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(wěn)定而破壞，而且破壞后的鋼構(gòu)造是無法修復(fù)重使用的。假設(shè)剩余截面的面積仍能承受原有全部荷重，構(gòu)造是不會(huì)倒塌的。特別是消防隊(duì)準(zhǔn)時(shí)到達(dá)火場在撲救火災(zāi)時(shí)，構(gòu)件外外表的炭層吸取大量的水，對(duì)構(gòu)造來說，還是一個(gè)很好的保護(hù)層。所以大斷面比較有利。在加熱爐中試驗(yàn)時(shí)，可以看到，預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土構(gòu)件，在受熱數(shù)小時(shí)后，便消滅較大的變形。明顯，這是由于主拉鋼筋伸長的結(jié)果。所以預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土構(gòu)造在耐火面的性能，是不如一般鋼筋混凝土構(gòu)造的，必需加厚鋼筋保護(hù)層的厚度。高溫下建筑材料的力學(xué)性能轉(zhuǎn)變，強(qiáng)度隨著溫度上升而降低，以及火災(zāi)條件下構(gòu)造產(chǎn)生的熱應(yīng)力，在目前的構(gòu)造計(jì)算中還沒有考慮到。建筑物部爆炸的沖擊和震驚，常是摧毀建筑物的一種主要緣由。建筑構(gòu)造的抗爆計(jì)算，因沖擊波的力氣較大，而需與防爆泄壓設(shè)施同時(shí)考慮。上部構(gòu)造倒塌落在樓板上，或滅火積水不能排解，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秘滅火射水落在高溫的磚、混凝土或鋼筋混凝土構(gòu)造外表，由于突然的冷卻造成構(gòu)造外表因收縮開裂，表皮剝落。特別關(guān)鍵的是破壞了鋼筋混凝土構(gòu)造的保護(hù)層，在火未熄滅前，使火直接燒到主拉鋼筋，鋼筋馬上失去強(qiáng)度，而使整個(gè)構(gòu)造破壞。二、火災(zāi)條件下建筑構(gòu)造破壞的一般規(guī)律?；馂?zāi)條件下建筑構(gòu)造的倒塌破壞，往往使室通風(fēng)更加良好，加速室的燃燒，并且會(huì)破壞防火分隔物，使火勢得以擴(kuò)大集中，為正確實(shí)施滅火救人及自救帶來極大的困難。因此，把握建筑倒塌的一般規(guī)律，對(duì)消防人員來說，是格外必要的。一般說，構(gòu)造倒塌有以下規(guī)律：木構(gòu)造屋頂，整個(gè)倒塌的少，局部破壞的多。鋼構(gòu)造屋頂，局部被火燒毀，其余局部往往被燒的局部塌落，也同時(shí)由墻頭拉到地面上來。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。倒塌的次序，一般是先吊頂，后屋頂，最終是墻壁。一般房屋的墻是向里倒的。三、火災(zāi)條件下幾種常見構(gòu)造破壞的具體狀況及一般應(yīng)對(duì)法1、鋼構(gòu)造屋頂鋼的耐火性差。溫度在450-500℃時(shí)，承載力量便大大減弱。溫度再高，鋼材變軟，變形顯著，屋架翹曲，屋頂隨著就會(huì)塌落，經(jīng)過的時(shí)間很短，一般在10-20min結(jié)了很多的支撐桿件，因而也就打算了，鋼構(gòu)造屋頂?shù)钠茐氖钦w的，或者是較大局部的，很少是局部的。在鋼構(gòu)造屋頂建筑物起火時(shí)，要防止火直接燒到屋架，但也不要對(duì)溫度很高的鋼構(gòu)造進(jìn)展突然的冷卻，因?yàn)檫@些都是加速屋頂塌落的重要緣由。使用噴霧水流，或使用直流水槍，對(duì)著屋面板射水，借以冷卻屋架上弦，在火災(zāi)初期是有效的。可以把結(jié)構(gòu)保存下來，不會(huì)遭到重破壞。但滅火人員在撲救時(shí)，肯定要隱蔽在不會(huì)因屋頂?shù)顾鴤说陌踩攸c(diǎn)。2、鋼筋混凝土構(gòu)件混凝土是耐火的。對(duì)滅火來說，它是比較安全牢靠的。一般鋼筋混凝土構(gòu)造的耐火時(shí)間，一般都在1h以上。預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土構(gòu)造，是一種型構(gòu)造，承載力量好，省材料，但耐火力量較差。滅火時(shí)，要留意其變形〔下?lián)稀车臓顩r。3、薄殼構(gòu)造屋頂薄殼適用于大面積的屋頂。其特點(diǎn)，主要是由于它所用的材料少。薄殼〔鋼筋混凝土殼最少25mm，磚殼最少60mm)，薄殼邊的支撐是靠兩側(cè)的樓板、根底或剛拉桿。薄殼構(gòu)造的倒塌是整片的，其緣由主要是由于支撐的條件破壞。故起火時(shí)，應(yīng)準(zhǔn)時(shí)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，由于殼體本身的耐火性能很高。當(dāng)薄殼構(gòu)造的屋面起火，或者滅火時(shí)需要登上薄殼屋頂時(shí)，特別要留意，到屋頂上去的人數(shù)不能過多，人員要分散，不要集中，最好站在殼的中心，或兩側(cè)對(duì)稱于中心的位置上。4、木構(gòu)造木構(gòu)件遇火后，很快就被點(diǎn)著，在外表形成炭層。木材被燒焦的速度是和它的密度及含水率的大小直接練習(xí)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(jù)測試，木材向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，0.4mm/min這些數(shù)字來估量木構(gòu)件被燃燒的程度。5、墻與煙囪磚的耐火性好，能經(jīng)得起高溫，而砌成墻壁以后，由于砌筑的質(zhì)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(shí)的火燒是沒問題的?？墒腔馂?zāi)發(fā)生時(shí)，磚墻或煙囪也有發(fā)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〕由于樓板塌〔3〕受到意外的水平?jīng)_擊作用?！?〕空斗墻、空心磚的砌塊變形破壞，失去承載力量。火災(zāi)荷載是指在一個(gè)空間里全部物品包括建筑裝修材料在的總?cè)紵裏?。而建筑物火?zāi)主要是建筑物的可燃構(gòu)造、建筑物的可燃物品在燃燒。其火災(zāi)荷載就是建筑物的可燃構(gòu)造和建筑物的可燃物品的總潛熱能。建筑物發(fā)生火災(zāi)后火勢的進(jìn)展將受到建筑的幾外形、高度、空間、開口情況、構(gòu)件的可燃程度、抗燃燒程度和建筑物火災(zāi)荷載、空氣供給強(qiáng)度等由于建筑物火災(zāi)荷載假設(shè)為一公斤，那么它產(chǎn)生的熱量就相當(dāng)于一公斤標(biāo)準(zhǔn)木材所產(chǎn)生的熱量，約為18840千焦。這么大的熱值會(huì)對(duì)建筑物的根底、墻、柱、梁、樓板、屋頂、樓梯、門、窗、吊頂?shù)葮?gòu)件造成極大的威逼。對(duì)建筑物的建筑材料的耐火性能和主要建筑構(gòu)件的耐火極限也是一個(gè)巨大考驗(yàn)。當(dāng)火災(zāi)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(gòu)件的耐火極限時(shí)，就會(huì)極易造成建筑物整體失去穩(wěn)定性而導(dǎo)致坍塌。建筑物按構(gòu)造大體分為五類：〔一〕易燃構(gòu)造建筑。主要建筑構(gòu)件以竹、木、草、油氈為主?！捕炒u木構(gòu)造建筑。以磚木為主要建筑構(gòu)件的房屋，它在整個(gè)建筑中占有很大比例。鋼筋混凝土樓板、屋面板；〔四〕鋼構(gòu)造建筑。以各種型鋼為主要承重構(gòu)件的房屋，使用于大跨度廠房、庫歷史老照片不能說的隱秘房、和高層建筑。〔五〕鋼筋混凝土構(gòu)造建筑。以鋼筋混凝土為主要承重構(gòu)件的房屋，鋼筋混凝土作柱、梁、樓板及屋頂?shù)瘸兄貥?gòu)件，磚或其它輕質(zhì)材料做墻體等圍護(hù)構(gòu)件，使用圍很廣，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(jí)耐火等級(jí)建筑外，其余耐火等級(jí)均較低。隨著城市建設(shè)的不斷進(jìn)展，舊城改造步伐的不斷加快，木構(gòu)造和磚木構(gòu)造的建筑越來越少，鋼筋混凝土構(gòu)造的建筑越來越多，從分類中我們可以看出，鋼筋混凝土構(gòu)造相對(duì)安全，磚混構(gòu)造和鋼構(gòu)造相對(duì)較差在磚混構(gòu)造和鋼構(gòu)造之中，震驚全國的“11〃3”特大火災(zāi)，發(fā)生坍塌的商住居民樓，就屬磚混構(gòu)造。應(yīng)作為防垮塌的重點(diǎn)認(rèn)真加以對(duì)待。改革開放以來，百業(yè)興盛，國根底建設(shè)也進(jìn)入了一個(gè)富強(qiáng)時(shí)期。隨著人們生活水平的提高，對(duì)居住條件的要求也越來越高，建筑的構(gòu)造、形式、以及使用材料已日益多樣性。建筑物部的裝修越來越豪華，多采用大量的可燃材料進(jìn)展裝飾，如可燃材料吊頂、塑料墻布、墻紙、落地窗簾等，房間鋪設(shè)大量的電線、電纜。室設(shè)大量的物品，如化纖地毯、壁毯、掛畫、床、沙發(fā)、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?xì)怏w及有毒煙氣，能加快燃燒速度，使溫度快速增高，火災(zāi)荷載密度也急速加大。從火災(zāi)荷載上看，一般來說，辦公樓、居民住宅樓〔公寓樓、宿舍樓〕火災(zāi)荷載輕，賓館、飯店、消遣場所、商場、市場、物資儲(chǔ)藏倉庫等火災(zāi)荷載重，特別是商場、市場、物資儲(chǔ)藏倉庫等發(fā)生火災(zāi)后，經(jīng)過一段時(shí)間的烈火高溫烘烤后都有發(fā)生坍塌的可能。閱歷認(rèn)為，一般物質(zhì)體積超過建筑容積的三分之一，建筑耐火等級(jí)在二級(jí)以下，發(fā)生火災(zāi)后燃燒時(shí)間較長時(shí)，火場指揮員就應(yīng)當(dāng)考慮房屋坍塌的可能性和帶給現(xiàn)場滅火人員的危急性。一般住宅樓的火災(zāi)荷載密度約為35—60公斤/平米。高級(jí)賓館到達(dá)45—60公斤/平米。這樣當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)。由于火災(zāi)荷載密度大，火勢燃燒猛烈，燃燒持續(xù)時(shí)間長〔依據(jù)試驗(yàn)證明火災(zāi)荷載密度為60公斤平米時(shí)，其持續(xù)燃燒時(shí)間為1。3〕溫作用快速著火燃燒，溫度越升越高。在高溫作用下，木質(zhì)構(gòu)件外表炭化并受熱起火燃燒，木材受高溫作用發(fā)生炭化前，其力學(xué)特性不會(huì)有太大變化。但是，當(dāng)有明火引燃時(shí)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，外表漸漸炭化，力學(xué)特性就會(huì)快速受到破壞，假設(shè)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；構(gòu)造就會(huì)倒塌。吊頂或木樓板燒穿后承重構(gòu)造發(fā)生變化；一端時(shí)間就會(huì)造成樓板或天花板下沉。易燃構(gòu)造建筑就會(huì)很快發(fā)生坍塌。鋼構(gòu)造受熱后，會(huì)產(chǎn)生塑性變形，它雖不燃燒，但是其高溫性能差，大量的試驗(yàn)和火災(zāi)案例說明鋼構(gòu)造是不耐火的。無保護(hù)層的金屬構(gòu)件在高溫作用下，力學(xué)性能會(huì)快速發(fā)生變化，短時(shí)間其強(qiáng)度就會(huì)喪失，失去支撐或承重力量。無保護(hù)層的金屬構(gòu)件，但溫度到達(dá)500度時(shí)，鋼材強(qiáng)60015分鐘左右便很快軟化，發(fā)生扭曲倒塌，而且破壞后的鋼構(gòu)造是無法修復(fù)重使用的。1998年北京玉環(huán)家具城發(fā)生火災(zāi)，就造成該建筑〔鋼構(gòu)造〕整體倒塌。這時(shí)，由于建筑構(gòu)件的自重和上面荷載物的作用，鋼構(gòu)件就會(huì)發(fā)生扭曲、變形。導(dǎo)致建筑物坍塌。另外鋼構(gòu)造建筑應(yīng)力關(guān)系嚴(yán)密，如網(wǎng)架構(gòu)造，在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，當(dāng)某一局部構(gòu)件因失去承重力量坍塌破壞應(yīng)力關(guān)系后。便會(huì)導(dǎo)致其他構(gòu)件甚至整個(gè)構(gòu)造變形坍塌。磚砌體材料主要用作豎直承重?；◢弾r因構(gòu)造嚴(yán)密、質(zhì)地堅(jiān)硬。一般作為建筑物的根底和外墻，其部組織以英、長、云母為主。這些物質(zhì)高溫或長時(shí)間受熱后性質(zhì)發(fā)生變化，溫度超過500°C后，砌體強(qiáng)度會(huì)顯著降低、裂開而失去承重力量?；馂?zāi)荷載密度大的建筑發(fā)生火災(zāi)后，溫度可超過1000°C，砌體的向火面和背火面必定產(chǎn)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，在砌體部會(huì)產(chǎn)生很大的應(yīng)力，而使砌體碎裂破壞。另一面是碳酸鹽、硅酸鹽在高溫下會(huì)發(fā)生分解反響，使砌體破壞。鋼筋混凝土受熱后，其抗壓強(qiáng)度會(huì)降低，失去承載力量。特別是預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土構(gòu)造，受熱后會(huì)失去預(yù)加應(yīng)力，耐火性能反而不及一般鋼筋混凝土構(gòu)造。導(dǎo)致混凝土各組成材料的熱膨脹系數(shù)不同，受熱溫度超過300°C時(shí)，組成鋼筋混凝土構(gòu)造的水泥脫水收縮，而骨料受熱膨脹，這種脹縮的不全都性，使混凝土中產(chǎn)生很大的應(yīng)力，不但破壞水泥、骨料、配筋間的粘結(jié)，而且會(huì)把包裹在骨料與配筋圍的水泥撐破。導(dǎo)致混凝土與鋼筋剝離，破壞了兩者的結(jié)和力。這些都使構(gòu)件的承重力量下降。依據(jù)以上觀點(diǎn)，我個(gè)人認(rèn)為火災(zāi)荷載密度的大小直接關(guān)系到火勢的猛烈程度，當(dāng)火災(zāi)荷載密度大時(shí)，火勢猛烈，升溫快、持續(xù)時(shí)間長。建〔構(gòu)〕筑物倒塌事故隨時(shí)可能發(fā)生，且事故前兆很不明顯，允人員逃命的時(shí)間極短，待人們覺察時(shí)，倒塌事故往往已經(jīng)造成了重后果。尤其是大型鋼筋混凝土構(gòu)造發(fā)生火災(zāi)后坍塌的案例不多，沒有現(xiàn)成的閱歷借鑒，也缺乏相應(yīng)的理論支持。從實(shí)際閱歷分析，從發(fā)生火災(zāi)到坍塌的時(shí)間長短不一。相像的建筑，有的在熊熊大火中燃燒幾十小時(shí)沒有發(fā)生坍塌，有的僅幾小時(shí)就發(fā)生了坍塌?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】侯遵澤,瑞.基于層次分析法的城市火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估爭論[J].火災(zāi)科學(xué),2023,(04).華軍，梅寧，程曉舫.城市火災(zāi)危急性模糊綜合評(píng)估[J].火災(zāi)科學(xué),1995,(01).[3]波,程明.建筑火災(zāi)的防[J].消防,2023,(12).啟鴻,萬才.我國火災(zāi)形勢的總體評(píng)價(jià)及火災(zāi)防治對(duì)策[J].消防技術(shù)與產(chǎn)品信息,2023,(08).伍萍.世界局部和城市火災(zāi)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的比較(1996年—2023年)[J].消防技術(shù)與產(chǎn)品信息,2023,(07).立中,江大白.中國火災(zāi)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)