......zz學校代碼：學校代碼：10128學號：202380691009土木工程學院科研訓練題 目火災對建筑結構影響的研究班 級：土木10-4班姓 名：關永亮學 號：92023年12月【摘要】火災荷載密度的大小直接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，允人員逃命的時間極短，待人們覺察時，倒塌事故往往已經造成了重后果。尤其是大型鋼筋混凝土構造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?！娟P鍵詞】火災建筑構造火災荷載高層【引言】隨著經濟的進展，高層建筑逐步增多，火災荷載和擔憂全因素也隨之增加。假設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，而不是飛機的直接撞擊。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構造破壞、倒塌而造成消防人員傷亡的事故也曾發生。因此，加強建筑構造疑對削減人員傷亡和財產損失具有格外重大的意義?！菊摹恳弧⒒馂臈l件下建筑構造倒塌的緣由。建筑物中建筑構件名目較多，近年來隨著一些材料、工藝、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簡單，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?；馂臈l件下，隨著建筑材料和構件的燃燒和破壞，整個建筑構造也必定受到肯定的影響，直至遭到局部的破壞或整個的倒塌。構造的倒塌與破壞，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面：預應力鋼筋混凝土構造遇熱，失去預加應力，從而降低構造的承載力量。磚砌體受熱變形開裂?；◢弾r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。鋼構造受熱變形破壞。鋼構造受熱后，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，造成整體失去穩定而破壞，而且破壞后的鋼構造是無法修復重使用的。假設剩余截面的面積仍能承受原有全部荷重，構造是不會倒塌的。特別是消防隊準時到達火場在撲救火災時，構件外外表的炭層吸取大量的水，對構造來說，還是一個很好的保護層。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，便消滅較大的變形。明顯，這是由于主拉鋼筋伸長的結果。所以預應力鋼筋混凝土構造在耐火面的性能，是不如一般鋼筋混凝土構造的，必需加厚鋼筋保護層的厚度。高溫下建筑材料的力學性能轉變，強度隨著溫度上升而降低，以及火災條件下構造產生的熱應力，在目前的構造計算中還沒有考慮到。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。建筑構造的抗爆計算，因沖擊波的力氣較大，而需與防爆泄壓設施同時考慮。上部構造倒塌落在樓板上，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造外表，由于突然的冷卻造成構造外表因收縮開裂，表皮剝落。特別關鍵的是破壞了鋼筋混凝土構造的保護層，在火未熄滅前，使火直接燒到主拉鋼筋，鋼筋馬上失去強度，而使整個構造破壞。二、火災條件下建筑構造破壞的一般規律?；馂臈l件下建筑構造的倒塌破壞，往往使室通風更加良好，加速室的燃燒，并且會破壞防火分隔物，使火勢得以擴大集中，為正確實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律，對消防人員來說，是格外必要的。一般說，構造倒塌有以下規律：木構造屋頂，整個倒塌的少，局部破壞的多。鋼構造屋頂，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、火災條件下幾種常見構造破壞的具體狀況及一般應對法1、鋼構造屋頂鋼的耐火性差。溫度在450-500℃時，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，屋頂隨著就會塌落，經過的時間很短，一般在10-20min結了很多的支撐桿件，因而也就打算了，鋼構造屋頂的破壞是整體的，或者是較大局部的，很少是局部的。在鋼構造屋頂建筑物起火時，要防止火直接燒到屋架，但也不要對溫度很高的鋼構造進展突然的冷卻，因為這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，不會遭到重破壞。但滅火人員在撲救時，肯定要隱蔽在不會因屋頂倒塌而傷人的安全地點。2、鋼筋混凝土構件混凝土是耐火的。對滅火來說，它是比較安全牢靠的。一般鋼筋混凝土構造的耐火時間，一般都在1h以上。預應力鋼筋混凝土構造，是一種型構造，承載力量好，省材料，但耐火力量較差。滅火時，要留意其變形〔下撓〕的狀況。3、薄殼構造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〔鋼筋混凝土殼最少25mm，磚殼最少60mm)，薄殼邊的支撐是靠兩側的樓板、根底或剛拉桿。薄殼構造的倒塌是整片的，其緣由主要是由于支撐的條件破壞。故起火時，應準時冷卻剛拉桿。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。當薄殼構造的屋面起火，或者滅火時需要登上薄殼屋頂時，特別要留意，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、木構造木構件遇火后，很快就被點著，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，0.4mm/min這些數字來估量木構件被燃燒的程度。5、墻與煙囪磚的耐火性好，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?？墒腔馂陌l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〕由于樓板塌〔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，失去承載力量。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的總燃燒熱。而建筑物火災主要是建筑物的可燃構造、建筑物的可燃物品在燃燒。其火災荷載就是建筑物的可燃構造和建筑物的可燃物品的總潛熱能。建筑物發生火災后火勢的進展將受到建筑的幾外形、高度、空間、開口情況、構件的可燃程度、抗燃燒程度和建筑物火災荷載、空氣供給強度等由于建筑物火災荷載假設為一公斤，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根底、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。建筑物按構造大體分為五類：〔一〕易燃構造建筑。主要建筑構件以竹、木、草、油氈為主?！捕炒u木構造建筑。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。鋼筋混凝土樓板、屋面板；〔四〕鋼構造建筑。以各種型鋼為主要承重構件的房屋，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?！参濉充摻罨炷翗嬙旖ㄖＲ凿摻罨炷翞橹饕兄貥嫾姆课?，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，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進展，舊城改造步伐的不斷加快，木構造和磚木構造的建筑越來越少，鋼筋混凝土構造的建筑越來越多，從分類中我們可以看出，鋼筋混凝土構造相對安全，磚混構造和鋼構造相對較差在磚混構造和鋼構造之中，震驚全國的“11〃3”特大火災，發生坍塌的商住居民樓，就屬磚混構造。應作為防垮塌的重點認真加以對待。改革開放以來，百業興盛，國根底建設也進入了一個富強時期。隨著人們生活水平的提高，對居住條件的要求也越來越高，建筑的構造、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，房間鋪設大量的電線、電纜。室設大量的物品，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、物資儲藏倉庫等火災荷載重，特別是商場、市場、物資儲藏倉庫等發生火災后，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危急性。一般住宅樓的火災荷載密度約為35—60公斤/平米。高級賓館到達45—60公斤/平米。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公斤平米時，其持續燃燒時間為1。3〕溫作用快速著火燃燒，溫度越升越高。在高溫作用下，木質構件外表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化。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，外表漸漸炭化，力學特性就會快速受到破壞，假設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；構造就會倒塌。吊頂或木樓板燒穿后承重構造發生變化；一端時間就會造成樓板或天花板下沉。易燃構造建筑就會很快發生坍塌。鋼構造受熱后，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說明鋼構造是不耐火的。無保護層的金屬構件在高溫作用下，力學性能會快速發生變化，短時間其強度就會喪失，失去支撐或承重力量。無保護層的金屬構件，但溫度到達500度時，鋼材強60015分鐘左右便很快軟化，發生扭曲倒塌，而且破壞后的鋼構造是無法修復重使用的。1998年北京玉環家具城發生火災，就造成該建筑〔鋼構造〕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。另外鋼構造建筑應力關系嚴密，如網架構造，在發生火災時，當某一局部構件因失去承重力量坍塌破壞應力關系后。便會導致其他構件甚至整個構造變形坍塌。磚砌體材料主要用作豎直承重。花崗巖因構造嚴密、質地堅硬。一般作為建筑物的根底和外墻，其部組織以英、長、云母為主。這些物質高溫或長時間受熱后性質發生變化，溫度超過500°C后，砌體強度會顯著降低、裂開而失去承重力量。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，在砌體部會產生很大的應力，而使砌體碎裂破壞。另一面是碳酸鹽、硅酸鹽在高溫下會發生分解反響，使砌體破壞。鋼筋混凝土受熱后，其抗壓強度會降低，失去承載力量。特別是預應力鋼筋混凝土構造，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構造。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，組成鋼筋混凝土構造的水泥脫水收縮，而骨料受熱膨脹，這種脹縮的不全都性，使混凝土中產生很大的應力，不但破壞水泥、骨料、配筋間的粘結，而且會把包裹在骨料與配筋圍的水泥撐破。導致混凝土與鋼筋剝離，破壞了兩者的結和力。這些都使構件的承重力量下降。依據以上觀點，我個人認為火災荷載密度的大小直接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，允人員逃命的時間極短，待人們覺察時，倒塌事故往往已經造成了重后果。尤其是大型鋼筋混凝土構造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?！緟⒖嘉墨I】侯遵澤,瑞.基于層次分析法的城市火災風險評估爭論[J].火災科學,2023,(04).華軍，梅寧，程曉舫.城市火災危急性模糊綜合評估[J].火災科學,1995,(01).[3]波,程明.建筑火災的防[J].消防,2023,(12).啟鴻,萬才.我國火災形勢的總體評價及火災防治對策[J].消防技術與產品信息,2023,(08).伍萍.世界局部和城市火災統計數據的比較(1996年—2023年)[J].消防技術與產品信息,2023,(07).立中,江大白.中國火災與社會經濟