火灾扑救中建筑倒塌原因

摘要：结合商住楼的火灾案例，分析高层建筑火灾危险性和火灾特点，进而总结出高层建筑火灾时倒塌原因，旨在进一步增强消防灭火、个人防护及公众逃生能力。

关键词：火灾；消防；商住楼；高层建筑；倒塌

引言

本文所指的多层商住楼是指底部1至2层为商业层，其它层(总计不超过7层)为住宿层的商业住宅建筑，商业层主要用于销售、娱乐、餐饮、储存等，火灾荷载较大，其它层为民用住宅，人员较为密集。

随着我国社会经济的快速发展，多层商住楼在我国各城市中大量涌现，不仅其火灾发生频率逐年上升，而且火灾容易造成建筑坍塌，危及消防员生命安全。“11·3”衡阳火灾中因建筑坍塌致使20名消防官兵牺牲。因此，如何预防多层商住楼火灾扑救中的建筑坍塌是一个十分重要而紧迫的课题。

一、多层商住楼的建筑结构形式和火灾特点

(一)多层商住楼的建筑结构形式。

从我国城市中多层商住楼的现状来看，其建筑结构形式主要有两种，一是砖混结构即墙用砖砌体，楼板和屋面用钢筋混凝土板。此类商住楼多为旧房改造，即在住宅楼基础上将一层或二层改建为商业铺面，若局部承重构件破坏，容易发生连续性坍塌。二是钢筋混凝土结构。商业层为框架结构，不靠墙承重，而是靠柱承重，住宿层为砖混结构或钢筋混凝土结构。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。此类建筑耐火等级为二级。因其商业层有较大使用空间，平面布置灵活，改革开放后各大城市中新建的商住楼多为此结构。也有的商住楼底层为大空间的框架结构，在框架结构之上建有几个单元住宅楼，住宅楼的大部分重力作用在框架结构的楼板和梁上。

(二)火灾中的高温严重破坏建筑构件，易发生坍塌事故。

多层商住楼特别是框架结构的商住楼，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。

(三)人员疏散困难，易造成大量人员伤亡。

商住楼发生火灾后，火势向上蔓延迅速，人员疏散的通道和途径较少，火场中的高温、浓烟、毒气严重威胁住宿层人员的生命安全，如果火灾发生在夜间，更易造成人员伤亡。

(四)内攻途径较少，火灾扑救困难。

现有的商住楼大多建在城市的闹市区，四周建筑林立，交通不畅，人员、车辆流量较大，一旦发生火灾，消防车难以及时到场。部分商住楼疏散通道较少、内部消防设施不完善，内攻和人员疏散往往拥挤在同一通道上，影响了灭火救援的效率。

二、多层商住楼在火灾环境中坍塌的原因及规律

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(在灭火救援中，可以将现场的安全距离定为建筑高度的1．5倍距离范围之外)。

从多层商住楼坍塌的原因来看，主要有以下几种：

(一)违规设计、违章施工、违规使用。

有的降低建筑的承重能力和耐火等级，有的违规增加建筑层数和面积。有的在施工过程中偷工减科、偷梁换柱，采用不合格的原材料。有的私自拆除建筑物内部分承重结构，改变原有平面布局，使建筑结构受力发生改变。有的将商场改为仓库，增大了火灾荷载，给建筑带来隐患。

(二)火灾中的高温破坏了建筑的承重构件。

建筑构件的强度取决于建筑材科的性能，而建筑材料的性能会随着温度的升高而发生很大变化。从标准火灾温升曲线可以看出，火灾发生后30分钟，室内温度就能达到800℃左右，对混凝土强度有很大影响。实验数据表明，混凝土在受火灾作用后的一段时间内，如果吸收水分，内部会发生化学反应，强度会进一步降低。因此，灭火中，对已经受火灾烘烤的混凝土承重结构如墙、梁、柱、楼板等，不能随便射水冷却。钢筋混凝土柱(主要靠混凝土受压)，在高温下的材料强度会降低，又由于柱的四面升温不均匀会导致柱体产生扭曲，致使其承载能力下降；钢筋混凝土梁板主要靠钢筋受拉来承受荷载，当受拉钢筋被加热后，承载力将逐渐下降。当钢筋混凝土的内部钢筋受热软化即成无筋混凝土，往往在没有明显预兆的情况下发生脆性破坏，瞬间坍塌。

(三)荷载过大，超过建筑构件的承重能力。

建筑承载力量的传递规律是楼板传给梁，再传给柱，再传给基础，最后传给大地。因此，下一层的建筑结构承载力要大于上一层建筑结构的承载力。若火灾发生在商住楼的底部商业层，一方面商业层的楼板、墙、柱承载着较大的静荷载，另一方面商业层的火灾荷载较大，一般为100—200kg／m2，而住宅层的火灾荷载为50kg／m2。火灾荷载越大持续时间越长，火场温度越高，对建筑承重构件的破坏就越大，也就越容易发生坍塌事故。如衡阳“11·3”火灾中，一层为框架结构，二层以上为砖混结构。火场高温破坏了底层的承重结构，加之底层的承载较大，因而发生了整体坍塌。竖向荷载要求结构具有足够的抗压强度，这一点目前建筑材料较易满足。然而水平荷载则要求结构具有足够的抗弯和抗剪强度及刚度。建筑越高对建筑的水平荷载影响较大。在承重构件中，砖墙在纵向上有较强的承载力，楼板和梁在纵向上的承载力较小，若荷载过大，最先坍塌的往往是楼板和梁。

(四)：中击、震动、爆炸等外力破坏了建筑的承重构件。

以外力；中击为例，如建筑的上部构件塌落，巨大：中量使下层楼板超载而导致建筑破坏。一个构件从上方5米处落到下层楼板上，对下层楼板造成的；中击是物体本身重量的8—?2倍左右。可见，火场中上部构件塌落对建筑的影响极大。如2001年美国“9·11”事件，双峰塔受飞机撞击，上层受火势影响塌落，产生多诺米骨牌效应，造成整个世贸大楼坍塌。以爆炸为例，与建筑火灾相关的爆炸主要是化学爆炸，这种过程可导致反应空间的压力急剧升高，从而使建筑物的壁面瞬时破碎或破裂，进而造成严重大破坏。建筑火灾可以引发爆炸，而爆炸不仅造成火灾迅速扩大，而且会损坏建筑构件，甚至造成建筑坍塌。建筑物中的爆炸主要有可燃混合气爆炸、可燃液雾爆炸和可燃粉尘爆炸等类型，如煤气爆炸、液化石油气爆炸、面粉爆炸等。爆炸发生后，压力是向四面八方作用的，向上则托起楼板，使得墙体受到的竖向压力减少，同时又在墙体上施加横向爆炸压力。砖墙如果在竖向上有很大的压力压住，它就不容易被横向推倒，所以燃气爆炸对砖墙来说特别危险。2004年1月27日，埃及开罗一民房发生火灾后，因天然气管道发生爆炸，致使建筑坍塌，在房内灭火的12名消防队员英勇牺牲。

(五)火灾作用破坏了建筑的整体牢固性。

建筑是由分散的建筑构件彼此连接，组合而成的统一体。构件之间连接紧密、设计科学的建筑，其整体牢固性就强；整体牢固性强的建筑的某一局部构件失去支撑能力，一般不会造成建筑的整体坍塌。在火灾环境下，当建筑的构件受损，并且造成构件之间的连接失效时，建筑必定会坍塌。由此可见，建筑物的耐火性能、承载能力不仅与各个构件本身的特性有关，而且与多个构件的组合方式即建筑的结构形式有关。有关资料显示，现有的多层商住楼大多是按照计划经济时代制定的标准执行的，较少考虑建筑的整体牢固性，某一构件或局部构件在火灾作用下失去承重能力，极有可能发生连续性坍塌，造成灾难性后果。

缺乏整体牢固性的结构主要有：(1)砖墙承重和预制楼板的房屋体系，其中缺乏必要构造措施的；(2)单跨地砖混结构承重体系，其中缺少横墙，或者房屋的跨度和层高较大，窗间墙很窄；(3)无梁板体系，不少大型商场采用这种将楼板直接置于柱上而没有梁的结构形式，这种结构也易发生连续倒塌；(4)连续不良的预制装配式体系。

三、扑救多层商住楼火灾，如何预防建筑坍塌。

现场判断多层商住楼在火灾作用下能否坍塌主要有以下三种方法。

一是抗烧极限判断法。

即将火灾延续时间与商住楼承重构件的抗烧极限时间进行比较。火灾延续时间不是起火到消防队到达现场的时间差，而是指起火到火灾被基本扑灭的时间差。建筑构件的抗烧极限时间可以耐火极限来衡量。通常多层商住楼纵向承重的墙、柱的耐火极限为2．5小时，横向承重的梁，耐火极限为1小时，楼板为0．5小时、疏散楼梯为1小时、吊顶为0．25小时。由此可见，在同样的火场环境中，吊顶最先坍塌，其次是横向承重的楼板、梁和疏散楼梯，最后是纵向承重的墙和柱。掌握建筑构件的耐火极限、坍塌规律，我们在灭火作战中就能灵活运用战术技术，确保战斗成功，避免自身伤亡。对于主要承重构件已经超过耐火极限的商住楼火灾，消防队员一般不能进入楼内灭火救人。

二是荷载极限判断法。

如果某楼层的建筑构件所承受的压力大于它的设计压力，该建筑构件就会因失去支撑能力而塌落，以致引起建筑坍塌。荷载比较法就是将建筑构件所承受的压力同它的设计压力进行比较，以此判断建筑能否坍塌。

建筑结构上的荷载主要有三类，一是永久荷载(恒载)，如建筑结构和构造层(地面、顶棚、装饰面)的重力荷载。二是可变荷载(活载)，如人群、家具、设备、风雪等；三是偶然荷载，如爆炸力、撞击力、地震力。我国的多层商住楼在设计时，一般住宿层楼面均布荷载标准值为150kQ／m2，商业层为350kg／m2。此外，在商住楼火灾扑救中，由于人员逃生、物资疏散、消防人员进入楼内、水渍损失甚至局部建筑物、构筑物倒塌等活荷载的增加都有可能使商住楼内楼板的局部荷载超过其承载能力