火灾对建筑结构影响的研究

学校代码： 10128

学号： ************土木工程学院科研训练

题目：火灾对建筑结构影响的研究

班级：土木10-4班

**：***

学号：201080691009

2013年12月

【摘要】

火灾荷载密度的大小直接关系到火势的猛烈程度，当火灾荷载密度大时，火势猛烈，升温快、持续时间长。建（构）筑物倒塌事故随时可能发生，且事故前兆很不明显，允许人员逃生的时间极短，待人们察觉时，倒塌事故往往已经造成了严重后果。尤其是大型钢筋混凝土结构发生火灾后坍塌的案例不多，没有现成的经验借鉴，也缺乏相应的理论支持。从实际经验分析，从发生火灾到坍塌的时间长短不一。相似的建筑，有的在熊熊大火中燃烧几十小时没有发生坍塌，有的仅几小时就发生了坍塌。

【关键词】

火灾建筑结构火灾荷载高层

【引言】

随着经济的发展，高层建筑逐步增多，火灾荷载和不安全因素也随之增加。如果因火灾而造成高层建筑倒塌，必将给救人和灭火带来更大的困难，给担负抢险救援任务的消防队员提出更高的要求和挑战。据调查，美国“9.11”纽约世贸中心倒塌的原因在于大火熔化了支撑钢筋，而不是飞机的直接撞击。因此，在扑救建筑火灾时，要充分考虑建筑的倒塌问题。在美国“9.11”纽约世贸中心爆炸现场灭火的300多名消防人员主要就是因建筑倒塌而丧生。在我国，近年来由于在灭火中因建筑结构破坏、倒塌而造成消防人员伤亡的事故也曾发生。因此，加强建筑结构破坏、倒塌特点和规律的研究探讨，制定切实可行的灭火救援预案，

无疑对减少人员伤亡和财产损失具有非常重大的意义。

【正文】

一、火灾条件下建筑结构倒塌的原因。

建筑物中建筑构件名目较多，近年来随着一些新材料、新工艺、新技术在建筑领域中的广泛应用，建筑构件的性能也变得越来越复杂，燃烧破坏的特点也趋于多样性。不同建筑构件均具有自身的燃烧性能和耐火极限。火灾条件下，随着建筑材料和构件的燃烧和破坏，整个建筑结构也必然受到一定的影响，直至遭到局部的破坏或整个的倒塌。结构的倒塌与破坏，是由燃烧和高温条件造成的，倒塌和破坏的原因主要有以下几个方面：

（1）预应力钢筋混凝土结构遇热，失去预加应力，从而降低结构的承载能力。

（2）砖石砌体受热变形开裂。花岗岩因内部石英、长石、云母不同的热变形而碎裂。

硅酸盐砌块也因内部的热分散而松散。

（3）钢结构受热变形破坏。钢结构受热后，很快出现塑性变形，在火烧15-20min 左右，杠件变成“面条”一样，随着局部的破坏，造成整体失去稳定而破坏，而且破坏后的钢结构是无法修复重新使用的。

（4）木结构表面被烧蚀，削弱了荷重的断面。木材起火燃烧，表面炭化，如果剩余截面的面积仍能承受原有全部荷重，结构是不会倒塌的。特别是消防队及时到达火场在扑救火灾时，构件外表面的炭层吸收大量的水，对结构来说，还是一个很好的保护层。所以大断面比较有利。

在加热炉中实验时，可以看到，预应力钢筋混凝土构件，在受热数小时后，便出现较大的变形。显然，这是因为主拉钢筋伸长的结果。所以预应力钢筋混凝土结构在耐火方面的性能，是不如普通钢筋混凝土结构的，必须加厚钢筋保护层的厚度。

（5）高温下建筑材料的力学性能改变，强度随着温度升高而降低，以及火灾条件下结构产生的热应力，在目前的结构计算中还没有考虑到。（6）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。建筑结构的抗爆计算，因冲击波的力量较大，而需与防爆泄压设施同时考虑。

（7）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。

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（8）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。特别关键的是破坏了钢筋混凝土结构的保护层，在火未熄灭前，使火直接烧到主拉钢筋，钢筋立即失去强度，而使整个结构破坏。

二、火灾条件下建筑结构破坏的一般规律。

火灾条件下建筑结构的倒塌破坏，往往使室内通风更加良好，加速室内的燃烧，并且会破坏防火分隔物，使火势得以扩大蔓延，为正确实施灭火救人及自救带来极大的困难。因此，掌握建筑倒塌的一般规律，对消防人员来说，是非常必要的。一般说，结构倒塌有以下规律：

（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，其余部分往往被烧的部分塌落，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。

三、火灾条件下几种常见结构破坏的具体情况及一般应对方法

1、钢结构屋顶

钢的耐火性差。温度在450-500℃时，承载能力便大大减弱。温度再高，钢材变软，变形显著，屋架翘曲，屋顶随着就会塌落，经过的时间很短，一般在10-20min左右。由于钢结构屋顶空间工作的条件，在屋架之间联结了很多的支撑杆件，因而也就决定了，钢结构屋顶的破坏是整体的，或者是较大部分的，很少是局部的。在钢结构屋顶建筑物内起火时，要防止火直接烧到屋架，但也不要对温度很高的钢结构进行骤然的冷却，因为这些都是加速屋顶塌落的重要原因。使用喷雾水流，或使用直流水枪，对着屋面板射水，借以冷却屋架上弦，在火灾初期是有效的。可以把结构保存下来，不会遭到严重破坏。但灭火人员在扑救时，一定要隐蔽在不会因屋顶倒塌而伤人的安全地点。

2、钢筋混凝土构件

混凝土是耐火的。对灭火来说，它是比较安全可靠的。普通钢筋混凝土

结构的耐火时间，一般都在1h以上。预应力钢筋混凝土结构，是一种新型结构，承载能力好，省材料，但耐火能力较差。灭火时，要注意其变形（下挠）的情况。

3、薄壳结构屋顶

薄壳适用于大面积的屋顶。其特点，主要是由于它所用的材料少。薄壳的跨度大，厚度小（钢筋混凝土壳最少25mm，砖壳最少60mm)，薄壳周边的支撑是靠两侧的楼板、基础或刚拉杆。薄壳结构的倒塌是整片的，其原因主要是由于支撑的条件破坏。故起火时，应及时冷却刚拉杆。只要支撑的条件不破坏，就完全有可能避免倒塌，因为壳体本身的耐火性能很高。当薄壳结构的屋面起火，或者灭火时需要登上薄壳屋顶时，特别要注意，到屋顶上去的人数不能过多，人员要分散，不要集中，最好站在壳的中心，或两侧对称于中心的位置上。

4、木结构

木构件遇火后，很快就被点着，在表面形成炭层。木材被烧焦的速度是和它的密度及含水率的大小直接练习的，木材燃烧的速度是随着它的密度和含水率的增加而减少的。根据测试，木材向内里燃烧速度的理论平均值为0.6mm/min ，质轻且干木材的燃烧速度的近似值是0.8mm/min，密质的湿木材燃烧速度的近似值是0.4mm/min。在实践中我们可以利用这些数字来估计木构件被燃烧的程度。

5、墙与烟囱

砖的耐火性好，能经得起高温，而砌成墙壁以后，由于砌筑的质量和沙浆的耐火性能较差，砖墙的耐火性不如砖本身，但一般砖墙承受几小