火灾中的建筑结构安全

火灾中的建筑结构安全1队长、队长！这边地板裂了，快要塌了！！！指导员、指导员！这边墙壁裂了，快要塌了！！！2什么，都裂了？全部都撤出来！3让它慢慢烧吧最终都会灭没事，塌不了，继续内攻！内攻?OR防止蔓延？4我该听谁?谁最权威可信？掌握知识，信自己！511.3衡阳大火2003年11月3日，湖南衡阳一栋八层商住楼发生大火2003年11月3号凌晨5点42分，湖南衡阳一栋八层商住楼发生重大火灾。在接到火灾报警几分钟后，当地消防支队的20名官兵和两台消防车迅速到达火灾现场。早上8时30分左右，全部居民安全撤出，火势基本得到控制。正在此时，燃烧了近三小时的部分楼体突然倒塌，将正在灭火的几十名消防官兵和正在现场采访的4名新闻记者埋压在废墟中。20名消防队官兵殉难身亡，16名受伤，其中4名记者身受重伤。67衡州大厦坍塌后的事故现场8学习内容一、常见的结构形式二、火灾对混凝土结构的影响三、火灾对钢结构的影响四、火灾对砖混结构的影响五、火灾作用下几种常见建筑结构的一般表现六、火灾引起倒塌和破坏的几个原因七、火灾条件下建筑结构破坏的一般规律八、应对建筑物火灾倒塌的预防措施9一、常见的结构形式1、易燃结构建筑（简易）：

主要建筑构件以竹、木、草、油毡为主。2、石结构建筑：

以石材为主要建筑构件的房屋。层数一般不超过三层。3、砖木结构：竖向承重结构的墙、柱等采用砖或砌块砌筑，楼板、屋架等用木结构。由于力学工程与工程强度的限制，一般砖木结构是平层(1-3层)。4、砖混结构：

竖向承重构件采用砖墙或砖柱，水平承重构件采用钢筋混凝土楼板、屋面板。层数一般不超过七层。105、钢筋混凝土结构建筑：

以钢筋混凝土为主要承重构件的房屋，钢筋混凝土作柱、梁、楼板及屋顶等承重构件，砖或其它轻质材料做墙体等围护构件。按结构体系可分：钢筋混凝土框架结构、钢筋混凝土剪力墙结构、钢筋混凝土框架-剪力墙结构、钢筋混凝土筒体结构，等。6、钢结构建筑：

以各种型钢为主要承重构件的房屋，使用于大跨度厂房、库房、高层建筑、大型公建，等。11石结构典型的闽南沿海村镇建筑12石结构13砖木结构14砖木结构15砖混结构16砖混结构17钢筋混凝土框架结构18钢筋混凝土框架结构19钢筋混凝土剪力墙结构20框架-剪力墙结构21钢结构厂房22钢框架结构23高层钢结构建筑24大型公建钢结构建筑25一些关于火灾的名词火灾荷载是衡量建筑物室内所容纳可燃物数量多少的一个参数，是研究火灾全面发展阶段性状的基本要素。简单一点，就是建筑物容积所有可燃物由于燃烧而可能释放出的总能量。耐火极限对任一建筑构件按时间-温度标准曲线进行耐火试验，从受到火的作用时起，到失去支持能力或完整性被破坏或失去隔火作用时为止的这段时间，用小时表示。混凝土的高温爆裂由于高强混凝土的内部微观结构非常致密,阻碍了高温下内部蒸汽压力的有效释放,导致火灾过程中常常出现严重的爆裂(ExplosiveSpalling)现象。26混凝土火灾燃油试验炉的装置27简支板火灾试验俯视图混凝土简支板变形28强柱、弱梁、弱楼板29二、火灾对混凝土结构的影响福建省晋江国源皮业有限公司框架结构厂房灾后图片30受灾建筑背立面受灾建筑侧立面受灾建筑正立面福建欧美龙体育用品有限公司框架结构厂房灾后图片31钢筋混凝土结构承重构件一、轻度灼伤轻度灼伤损伤概貌(a)(b)摘自《福建欧美龙体育用品有限公司鉴定评估报告》32柱表面粉刷层损伤

结构构件表面熏黑摘自《福建省晋江国源皮业有限公司框架结构厂房鉴定评估报告》个别混凝土构件表面龟裂，通过敲击未出现混凝土酥松现象。构件表面混凝土颜色呈微红色或熏黑色，估计该区火灾温度作用在100～300℃范围。在粉刷层的保护下，结构构件表层混凝土仅受轻度灼伤，混凝土的强度和钢筋与混凝土的粘结强度几乎未受影响。33二、中度灼伤柱、梁：粉刷层大部分空鼓、剥落，部分混凝土表面呈现龟裂现象，少数构件角部出现轻度崩裂。敲击时，多数构件角部声哑，侧边中部敲击声较响亮。说明该类灼伤柱角部区域混凝土保护层受到一定灼伤，构件表面密度和强度降低，钢筋与混凝土的粘结强度有一定退化，影响结构的安全性和耐久性。

楼板：板底混凝土保护层出现了崩裂剥落现象，保护层剥落后板底混凝土呈灰红色。该灼伤区内楼板混凝土在高温下失水收缩、表层晶体破坏，造成强度、密度降低和微裂缝增多加大，同时板底受拉钢筋与混凝土的粘结强度有一定程度的削弱，影响了楼板结构的安全性和耐久性。34严重灼伤损伤概貌(a)(b)三、严重灼伤摘自《福建欧美龙体育用品有限公司鉴定评估报告》35严重灼伤框架柱损伤特征摘自《福建欧美龙体育用品有限公司鉴定评估报告》钢筋混凝土柱保护层酥松、酥裂，角部爆裂脱落，出现的柱纵筋、箍筋外露等现象，敲击声哑，说明该柱混凝土保护层受到灼伤，其密度和强度降低，钢筋与混凝土间的粘结力遭受破坏，影响结构的安全使用。36严重灼伤混凝土梁损伤特征角部崩裂、露筋摘自《福建欧美龙体育用品有限公司鉴定评估报告》梁底和梁侧暴露的混凝土表面呈现龟裂、粉化、边角崩裂脱落和梁底角部钢筋暴露现象，颜色呈灰黄或棕红色。由于温度应力的作用，部分梁截面出现角部爆裂脱落，典型破坏状态如图所示。从图中可以看出，该灼伤区内的梁下部及侧面一定范围内的混凝土强度降低，下部纵向钢筋与混凝土的粘结强度遭受破坏，承载力降低。37严重灼伤混凝土板灼伤特征(a)板底混凝土灼伤、露筋(b)板底大面积露筋摘自《福建欧美龙体育用品有限公司鉴定评估报告》38摘自《福建德化益盛彩印有限公司厂房车间鉴定评估报告》严重灼伤混凝土板灼伤特征钢筋混凝土楼板的板底混凝土保护层出现了崩裂剥落现象，板底出现钢筋裸露现象。剥落后板底混凝土呈灰红色。该区板块的混凝土高温下失水收缩、晶体破坏，造成强度降低、密度降低和微裂缝增多加大，板底受拉钢筋与混凝土的粘结强度严重退化，影响结构的安全使用。39丧失承载力、濒临坍塌40钢筋混凝土结构非承重构件（装饰、填充墙）地砖损失情况摘自《福建省晋江国源皮业有限公司框架结构厂房鉴定评估报告》41受灾建筑瓷砖损伤概貌(a)受灾建筑正立面瓷砖受损情况(c)受灾建筑背立面瓷砖受损情况(b)受灾建筑侧立面瓷砖受损情况摘自《福建欧美龙体育用品有限公司鉴定评估报告》42砌体填充墙裂缝43电梯间砌体墙破坏

44三、火灾对钢结构的影响4546济南瑞丰混凝土公司办公楼为2层钢结构建筑物，于2009年初发生火灾。47钢框架结构承重构件（柱、梁、檩条、楼板/屋盖）柱48梁49屋盖50钢结构抗火性能的试验研究钢柱抗火性能的试验研究5152模拟建筑物的钢结构

抗火性能的试验研究53四、火灾对砖木、砖混结构的影响砖木结构54砖木结构55铝合金门窗扭曲变形，推测火灾现场温度至少超过650度房屋砌筑墙体大面积开裂56砖木结构57砖混结构58外墙墙体破坏，窗过梁折断，外墙倒坍，二层结构坍塌。59砖混底框结构60砖混底框结构：商住楼底层为大空间的框架结构，在框架结构之上住宅楼（砖混结构），住宅楼的大部分重力作用在框架结构的楼板和梁上。

衡阳“11·3”火灾中的衡州大厦一层为框结构门面，二层以上为砖混结构。如果其商业层发生火灾，由于框架结构的大空间提供了充足的空气，加上商业层的可燃物较多，猛烈燃烧的高温对建筑结构有巨大的破坏作用。多层商住楼的坍塌主要有两种情况，一是商住楼的横向承重构件如梁和楼板失去支撑能力，在上部重力作用下，出现剪切式断裂，进而呈现整体式坍塌。二是商住楼的纵向承重构件如柱、墙局部受损，失去承载能力，建筑物出现往倾斜式倒塌61五、火灾作用下几种常见建筑结构的一般表现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。62（一）砖木结构建筑木材起火燃烧，其表面会被炭化烧蚀，从而削弱了横截面面积，造成承载力下降而发生倒塌。如果剩余截面的面积仍能承受原有全部重量，结构则不会发生倒塌。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。砖的耐火性好，能够经得起高温，而砌成墙壁以后，由于砌筑的质量和砂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240厚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，一般不会发生倒塌。（但是，单独砖墙倒塌致消防员牺牲已有多次案例）63（二）砖混结构建筑混合结构建筑主要是墙体采用粘土砖、砌块等建筑材料，用砂浆砌筑而成，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、混凝土等非燃烧材料，各建筑构件的耐火极限都比较高。如240厚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1000°C，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。64（三）钢筋混凝土结构建筑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。

钢筋、水泥、砂石等钢筋混凝土建材在高温作用下的理化性能发生改变，强度随着温度升高而呈不同的变化；混凝土内的钢筋受到温升的影响抗拉强度会降低；碳酸盐、硅酸盐在高温下会发生分解反应，而使砌体破坏；

预应力钢筋混凝土结构遇热，会造成预应力钢筋失去预应力，从而降低结构的承载能力。

现浇的钢筋混凝土结构属于超静定结构，在火灾的作用下，某个构件破坏可能造成局部坍塌，但一般不会发生大面积倒塌。65（四）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350℃、500℃、600℃时，强度分别下降1/3、1/2、2/3。一旦达到500℃钢结构构件就会发生急剧软化而导致瞬时崩溃倒塌。

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。66

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500℃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。67六、引起倒塌和破坏的几个原因

建筑物内部爆炸的冲击和震动，常是摧毁建筑物的一种主要原因。上部结构倒塌落在楼板上，或灭火积水不能排除，或楼板上的物资大量吸收灭火水流，大大地增加了楼板的荷重，使楼板因大量超载而塌落。

灭火射水落在高温的砖石、混凝土或钢筋混凝土结构表面，由于突然的冷却造成结构表面因收缩开裂，表皮剥落。特别是，钢筋混凝土结构在保护层被破坏，而火未熄灭前，若使火直接烧到受力钢筋，钢筋立即失去强度，而使整个结构破坏。68见烟不出水，见火打根部七、火灾条件下建筑结构破坏的一般规律（1）木结构屋顶，整个倒塌的少，局部破坏的多。钢结构屋顶，局部被火烧毁，其余部分向被烧的部分塌落，也同时由墙头拉到地面上来。（2）吊顶、屋架、木楼板、空心墙、泥土墙，易燃建筑等，都是易于倒塌破坏的。（3）土坯墙是耐火不燃的，但由于消防射流的强力冲击，也会遭到破坏。（4）倒塌的次序，一般是先吊顶，后屋顶，最后是墙壁。（5）一般房屋的墙是向里倒的。69八、应对建筑物火灾倒塌的预防措施（一）钢结构屋顶

钢结构屋顶的建筑内起火时，要防止火直接烧到屋架，要使用开花水枪或直流水枪，对屋架周围的屋面板墙体和空气进行冷却性的射水，以冷却和保护屋架，防止结构整体遭到严重破坏，防止屋顶倒塌而伤人，这在火灾初期是必须和十分有效的。但也不要对温度很高的钢结构进行立即冷却，防止屋架加速塌落。在灭火战斗时，战斗员要充分依托有利地形，占据房屋门口等部位进行射水灭火