论文部分内容阅读
摘要：建筑倒塌是火灾次生灾害，造成经济财产损失及消防员伤亡较大，因此本文对国内外伤亡较多战例开展统计、对近十年以来5起国内典型火灾引发建筑倒塌原因、倒塌监测方法等开展分析。建筑倒塌的原因一方面是建筑结构自身承重柱被破坏，另一方面是爆炸等外界因素引发倒塌。监测建筑倒塌的方法首先是无人机等进行整体环境的侦察，然后观察温度等指标是否异常，最后注意是否有异响声，有吱吱声意味着墙体随时倒塌。
关键词：火灾;建筑倒塌;监测
无论国外还是国内，以厂房、仓库为代表的大跨度结构和城市中超高层建筑结构火灾频发，由于建筑物倒塌具有突发性和不可控性，火灾引发的建筑倒塌事故数量也逐年增加，消防员由于火灾中建筑突然倒塌牺牲事故也逐年增多。因此为了提高我国消防救援队伍能够及时预测火灾中典型建筑倒塌的技能、增强指挥员内攻辅助决策的实战能力，保证消防员能够在建筑物倒塌之前安全撤离，从而保障消防员的自身生命安全，增大被困人员的被救几率和消防员的救助效率，因此有必要开展火灾下建筑倒塌事故原因分析及对策研究。
一、国内外部分伤亡较多战例统计
建筑倒塌是火災产生的次生灾害，火场上建筑倒塌事故频发，这已经成为消防员伤亡的重要原因。据USFA统计数据中，建筑火灾倒塌事故中牺牲的消防员已经是20世纪80年代的3倍[1]。国内外由于火灾导致建筑倒塌从而使消防员伤亡的战例非常多，表1展示国内外部分伤亡较多战例。
上述事故造成的经济和人员伤亡较大，根据表1可以看出，发生事故的建筑结构、建筑用途都有所不同。众所周知，建筑结构分为砖混结构、砖木结构、钢筋混凝土结构、钢结构、剪力墙结构、框架结构、框架一剪力墙结构等七大类。不同建筑结构的承重构件、建筑材料种类和用量、建筑用途等不同，这些因素都增加建筑发生火灾救援难度。在火场内攻救援过程中，无法判断建筑倒塌时间会增加消防员救援的恐惧感，且一旦建筑突然倒塌，消防员很难逃生，因此需要开展火灾下建筑倒塌预测技术及装备的研究。
二、近10年典型事故原因及对策分析
接下来，笔者对近10年5起典型战例进行分析，这些战例都是在火灾发生过程中发生建筑倒塌事故，从建筑结构类型、倒塌原因、倒塌时间、伤亡情况、倒塌征兆、倒塌监测方法、事故反思等方面加以阐述，具体见表2。
根据五起战例可以得知，火灾下建筑倒塌的主要原因是：一、火场温度高，火灾荷载大，导致承重柱受到破坏，失去承载能力，无法承担上部结构的荷载，从而导致整体倒塌。二、建筑结构违规修建，导致构件抵抗外力作用能力差，导致建筑构件强度低，或是擅自改造，导致建筑结构不易辨识，从而无法掌握建筑总体情况，延缓救援进度;三、由于火灾引起的其他因素的冲击力，比如爆炸等因素，导致楼板倒塌。四、由于部分楼板倒塌在牵拉作用下引发毗邻未着火建筑发生倒塌。
接下来，通过钢材拉伸试验对钢筋受到火灾破坏的过程进行分析。钢材（低碳钢）膨胀的四个阶段分别为：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、颈缩阶段。弹性阶段：刚发生火灾时，随着火灾荷载增加，钢筋应变随应力成正比增加。屈服阶段：随着火灾时间的增加，建筑火灾荷载不断增大，燃烧时间长，内部温度高，建筑内钢筋支撑结构受热产生塑性变形。强化阶段：钢筋抵抗塑性变形的能力又重新提高，变形发展速度比较快，随着应力的提高而增强。颈缩阶段（破坏）：钢筋变形迅速增大，而应力反而下降。钢筋在拉断前，于薄弱处截面显著缩小，产生“颈缩现象”，直至断裂。钢筋经历颈缩阶段之后，钢筋被拉断，建筑结构承载力下降，结构整体遭到破坏，进而导致建筑开裂发生倒塌。
根据这五起战例总结，可以通过以下方法进行现场监测：1.要观察倒塌前会出现扬尘及异响现象。2.针对不宜内攻的火灾现场，充分利用无人机、红外热视仪等先进装备进行侦察。3.建筑承重过大可能导致坍塌，应该严控人员进入数量化。4.火场救援前，要熟悉建筑结构图，了解建筑用途及荷载分布情况等。5.消防员要掌握建筑倒塌前征兆，在现场及时观察动态，时刻注意是否需要撤离。
因此在火灾现场，我们可以开展建筑倒塌的监测，具体监测指标[5]为：（1）建筑温度;对火场着火点及建筑物容易倒塌部位进行温度监测，温度升高，会导致钢筋和混凝土发生破坏，因此尤其要重点观测承重柱的位置。（2）荷载：建筑结构的恒荷载和活荷载的组合计算，要考虑到消防员数量和打水量等活荷载对建筑结构承重的影响。（3）裂缝：随时观察建筑结构内部和外部的裂缝。开始裂缝是墙体坍塌前明显征兆，建筑火灾现场由于温度过高，钢筋会受热膨胀，从而产生裂缝。往往裂缝的出现会伴随着吱吱声，这意味着墙体随时可能倒塌。
三、结语
本文通过对火灾引起建筑倒塌事故进行统计，对建筑倒塌事故的倒塌原因、倒塌时间、伤亡情况、倒塌征兆、倒塌监测方法、事故反思进行分析，总结出建筑倒塌的原因主要是结构自身承重柱被破坏，引发建筑倒塌;另一方面，爆炸、其他楼板倒塌牵拉等外界因素引起的倒塌。在现场火灾救援过程中，监测建筑倒塌的方法是首先要用无人机、红外热视仪等设备进行整体环境的侦察，然后观测温度、荷载、裂缝指标是否出现异常，最后注意是否有异响声，当出现裂缝且出现吱吱声，这意味着墙体随时可能倒塌。
参考文献：
[1]成锡平，雷思聪，张鹏.建筑火灾倒塌事故救援过程风险分析[J].武警学院学报，2018，34（04）：11-15.
[2]郭满良，魏琏，黄孚浩，王彦深.灾难的遗产——纽约世贸双塔楼坍塌分析[J].建筑结构，2002（09）：40-44.
[3]李耀庄，李昀晖.中国建筑火灾引起坍塌事故的统计与分析[J].安全与环境学报，2006（05）：133-135.
[4]陈洪亮，王丽晶.大跨度大空间建筑火灾坍塌事故统计分析[J].消防科学与技术，2017，36（04）：536-539.
[5]朱飞勇.预防建筑火灾倒塌事故研究[A].中国消防协会、山东省公安消防总队.2011中国消防协会科学技术年会论文集[C].中国消防协会，2011：6.
作者简介：刘喜（1994-），女，上海市人，应急管理部上海消防研究所研究实习员，硕士研究生，主要从事消防应急救援技术与装备等方面的研究。
关键词：火灾;建筑倒塌;监测
无论国外还是国内，以厂房、仓库为代表的大跨度结构和城市中超高层建筑结构火灾频发，由于建筑物倒塌具有突发性和不可控性，火灾引发的建筑倒塌事故数量也逐年增加，消防员由于火灾中建筑突然倒塌牺牲事故也逐年增多。因此为了提高我国消防救援队伍能够及时预测火灾中典型建筑倒塌的技能、增强指挥员内攻辅助决策的实战能力，保证消防员能够在建筑物倒塌之前安全撤离，从而保障消防员的自身生命安全，增大被困人员的被救几率和消防员的救助效率，因此有必要开展火灾下建筑倒塌事故原因分析及对策研究。
一、国内外部分伤亡较多战例统计
建筑倒塌是火災产生的次生灾害，火场上建筑倒塌事故频发，这已经成为消防员伤亡的重要原因。据USFA统计数据中，建筑火灾倒塌事故中牺牲的消防员已经是20世纪80年代的3倍[1]。国内外由于火灾导致建筑倒塌从而使消防员伤亡的战例非常多，表1展示国内外部分伤亡较多战例。
上述事故造成的经济和人员伤亡较大，根据表1可以看出，发生事故的建筑结构、建筑用途都有所不同。众所周知，建筑结构分为砖混结构、砖木结构、钢筋混凝土结构、钢结构、剪力墙结构、框架结构、框架一剪力墙结构等七大类。不同建筑结构的承重构件、建筑材料种类和用量、建筑用途等不同，这些因素都增加建筑发生火灾救援难度。在火场内攻救援过程中，无法判断建筑倒塌时间会增加消防员救援的恐惧感，且一旦建筑突然倒塌，消防员很难逃生，因此需要开展火灾下建筑倒塌预测技术及装备的研究。
二、近10年典型事故原因及对策分析
接下来，笔者对近10年5起典型战例进行分析，这些战例都是在火灾发生过程中发生建筑倒塌事故，从建筑结构类型、倒塌原因、倒塌时间、伤亡情况、倒塌征兆、倒塌监测方法、事故反思等方面加以阐述，具体见表2。
根据五起战例可以得知，火灾下建筑倒塌的主要原因是：一、火场温度高，火灾荷载大，导致承重柱受到破坏，失去承载能力，无法承担上部结构的荷载，从而导致整体倒塌。二、建筑结构违规修建，导致构件抵抗外力作用能力差，导致建筑构件强度低，或是擅自改造，导致建筑结构不易辨识，从而无法掌握建筑总体情况，延缓救援进度;三、由于火灾引起的其他因素的冲击力，比如爆炸等因素，导致楼板倒塌。四、由于部分楼板倒塌在牵拉作用下引发毗邻未着火建筑发生倒塌。
接下来，通过钢材拉伸试验对钢筋受到火灾破坏的过程进行分析。钢材（低碳钢）膨胀的四个阶段分别为：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、颈缩阶段。弹性阶段：刚发生火灾时，随着火灾荷载增加，钢筋应变随应力成正比增加。屈服阶段：随着火灾时间的增加，建筑火灾荷载不断增大，燃烧时间长，内部温度高，建筑内钢筋支撑结构受热产生塑性变形。强化阶段：钢筋抵抗塑性变形的能力又重新提高，变形发展速度比较快，随着应力的提高而增强。颈缩阶段（破坏）：钢筋变形迅速增大，而应力反而下降。钢筋在拉断前，于薄弱处截面显著缩小，产生“颈缩现象”，直至断裂。钢筋经历颈缩阶段之后，钢筋被拉断，建筑结构承载力下降，结构整体遭到破坏，进而导致建筑开裂发生倒塌。
根据这五起战例总结，可以通过以下方法进行现场监测：1.要观察倒塌前会出现扬尘及异响现象。2.针对不宜内攻的火灾现场，充分利用无人机、红外热视仪等先进装备进行侦察。3.建筑承重过大可能导致坍塌，应该严控人员进入数量化。4.火场救援前，要熟悉建筑结构图，了解建筑用途及荷载分布情况等。5.消防员要掌握建筑倒塌前征兆，在现场及时观察动态，时刻注意是否需要撤离。
因此在火灾现场，我们可以开展建筑倒塌的监测，具体监测指标[5]为：（1）建筑温度;对火场着火点及建筑物容易倒塌部位进行温度监测，温度升高，会导致钢筋和混凝土发生破坏，因此尤其要重点观测承重柱的位置。（2）荷载：建筑结构的恒荷载和活荷载的组合计算，要考虑到消防员数量和打水量等活荷载对建筑结构承重的影响。（3）裂缝：随时观察建筑结构内部和外部的裂缝。开始裂缝是墙体坍塌前明显征兆，建筑火灾现场由于温度过高，钢筋会受热膨胀，从而产生裂缝。往往裂缝的出现会伴随着吱吱声，这意味着墙体随时可能倒塌。
三、结语
本文通过对火灾引起建筑倒塌事故进行统计，对建筑倒塌事故的倒塌原因、倒塌时间、伤亡情况、倒塌征兆、倒塌监测方法、事故反思进行分析，总结出建筑倒塌的原因主要是结构自身承重柱被破坏，引发建筑倒塌;另一方面，爆炸、其他楼板倒塌牵拉等外界因素引起的倒塌。在现场火灾救援过程中，监测建筑倒塌的方法是首先要用无人机、红外热视仪等设备进行整体环境的侦察，然后观测温度、荷载、裂缝指标是否出现异常，最后注意是否有异响声，当出现裂缝且出现吱吱声，这意味着墙体随时可能倒塌。
参考文献：
[1]成锡平，雷思聪，张鹏.建筑火灾倒塌事故救援过程风险分析[J].武警学院学报，2018，34（04）：11-15.
[2]郭满良，魏琏，黄孚浩，王彦深.灾难的遗产——纽约世贸双塔楼坍塌分析[J].建筑结构，2002（09）：40-44.
[3]李耀庄，李昀晖.中国建筑火灾引起坍塌事故的统计与分析[J].安全与环境学报，2006（05）：133-135.
[4]陈洪亮，王丽晶.大跨度大空间建筑火灾坍塌事故统计分析[J].消防科学与技术，2017，36（04）：536-539.
[5]朱飞勇.预防建筑火灾倒塌事故研究[A].中国消防协会、山东省公安消防总队.2011中国消防协会科学技术年会论文集[C].中国消防协会，2011：6.
作者简介：刘喜（1994-），女，上海市人，应急管理部上海消防研究所研究实习员，硕士研究生，主要从事消防应急救援技术与装备等方面的研究。