火災(zāi)引起建筑倒塌危險性及其安全防范措施研究

◎ 張光俊

火災(zāi)引起建筑倒塌危險性及其安全防范措施研究

◎ 張光俊

近期，火災(zāi)引起建筑坍塌造成重大人員傷亡和財產(chǎn)損失時有發(fā)生，而在救援行動中消防官兵犧牲的案給社會帶來了極其不良的影響。本文重點分析了著火建筑物坍塌危險性，并對坍塌的原因和征兆進行了探討，并對對如何安全防范進行了研究，旨在提示在火災(zāi)救援行動中，盡可能減少不必要的人員傷亡。

建筑火災(zāi) 坍塌 原因分析 征兆 防范措施

1.引言

消防人員在火災(zāi)撲救過程中遭遇建筑物倒塌是一種非常危險的現(xiàn)象，由于倒塌發(fā)生得過于突然、短暫，倒塌征兆又不易掌握和判斷，現(xiàn)場撲救人員不易及時撤離，往往會造成在現(xiàn)場撲救的消防人員的重大傷亡。2015年1月2日哈爾濱北方南勛陶瓷大市場廠庫火災(zāi)坍塌事故，造成5名消防員犧牲14人受傷；2015年1月20日臺灣桃園市保齡球館火災(zāi)坍塌事故，造成6名消防員犧牲。類似的由于火災(zāi)引起建筑坍塌造成消防員傷亡的案例國內(nèi)外還有很多。因此，要減少和避免因著火建筑物倒塌的傷亡事故，應(yīng)加強對火災(zāi)中建筑物倒塌原因、倒塌前征兆、存在倒塌危險的建筑火災(zāi)撲救安全防范措施的研究。

2.著火建筑物倒塌的危險性

建筑物因采用的建筑材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計和構(gòu)造方式不同，在火災(zāi)作用下其倒塌危險性有很大的差異。

2.1 鋼筋混凝土框架式結(jié)構(gòu)建筑

此類建筑材料耐火性能強，整體抗坍塌設(shè)計，在標(biāo)準(zhǔn)耐火實驗中其耐火時間可長達(dá)4小時，在一般火災(zāi)中發(fā)生整體坍塌的可能性最小。這類建筑即使受到大火作用發(fā)生塌落，一般也局限在一些部位，例如吊頂水泥碎裂脫落或I型鋼梁部分下垂，建筑的主體承重結(jié)構(gòu)可保持完好。

2.2 大木結(jié)構(gòu)建筑

此類建筑因采用厚實的磚墻、大木桁架和柱建造，從抗坍塌性方面看，是第二位不易倒塌傷人的建筑類型。這類建筑具有厚實的承重構(gòu)件，如粗大的木柱和磚墻，在火災(zāi)發(fā)展階段可保持相當(dāng)好的穩(wěn)定性。

2.3 普通建筑

又稱為“磚墻和木托梁”的建筑,它具有承重的磚石外墻、木質(zhì)樓板和屋頂，其抗坍塌性能處于第三位。這類建筑在火災(zāi)中樓板和屋頂多易被燒穿，倒塌為其次，因為下層樓板燒損坍塌前，上層樓板或房屋頂蓋早已被燒穿。在這種情況下，消防人員不可能在燒穿塌落樓面上進行撲救，而可能在下層，且由于樓板、濃煙或火焰的遮擋或遮蔽，一時難以意識到頭頂上的情況。這類建筑倒塌的主要危險在于樓板承重負(fù)荷嚴(yán)重超出規(guī)范要求。

2.4 木建筑即標(biāo)準(zhǔn)的木質(zhì)房屋

木板和木柱是其主要建筑材料，其結(jié)構(gòu)的特點是用較小的結(jié)構(gòu)構(gòu)件來支撐較大的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，木質(zhì)承重墻的支撐連接面較小，在抗坍塌性能上為第四位。木建筑的倒塌危險在于由木栓連接的可燃性承重墻。木建筑一般兩側(cè)的墻是承重的，前后墻為非承重的。因此，在火災(zāi)中，從側(cè)墻窗口燒出火焰的情況，要比從前后墻窗口燒出火焰的情況更需得到重視。

2.5 鋼結(jié)構(gòu)建筑

鋼建筑不燃建筑在火災(zāi)作用下最易倒塌。從受火坍塌的危險性看，鋼材有三個嚴(yán)重的弱點：第一是受熱膨脹性較大。一根I型鋼梁被均勻加熱到537℃時，伸長率達(dá)0.8%。第二是在高溫下強度喪失快。鋼材在300～400℃下的強度迅速下降，800℃時的強度僅剩10%。因此，鋼材在高溫下易出現(xiàn)軟蹋、扭曲或下垂，造成承重的鋼梁坍塌。第三是冷卻后收縮。從火災(zāi)實例看，這類建筑的倒塌危險主要在于：火災(zāi)能使鋼架屋頂迅速坍塌。實驗表明：無保護的輕型網(wǎng)式鋼托梁在火焰的直接作用下5～10分鐘便會喪失支撐強度而坍塌[1]。

3.著火建筑倒塌的原因

火場上建筑倒塌的常見原因可歸納如下：

3.1 由于設(shè)計缺陷、施工中偷工減料、以次充好，以及違法違規(guī)改建等造成建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不足。

其中，隨意變更建筑內(nèi)部的承重墻，甚至拆除是降低建筑物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要原因。

3.2 建筑物的木質(zhì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件被火燒損

木質(zhì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件在敞開燃燒狀態(tài)下能夠每45分鐘燒損25.4毫米，如果木質(zhì)托梁雙側(cè)同時受火作用，一根標(biāo)準(zhǔn)托梁(38毫米厚)在45分鐘之內(nèi)即可被燒斷，在燒斷前該托梁早就會失去其承重能力。

3.3 無保護的鋼質(zhì)構(gòu)件受火作用失去強度

例如，輕質(zhì)的條鋼托梁受火5～10分鐘就可失去其應(yīng)有的強度，其實在鋼梁整體塌落前就會變軟下垂，這是鋼梁坍塌的重要征象[2]。

3.4 高溫狀態(tài)下的鑄鐵支撐柱受急冷碎裂

在老式建筑物中鑄鐵材料常用作支撐柱，不適合用作梁，因為鑄鐵是脆性材料，抗壓能力強，但抗剪切力弱。當(dāng)鑄鐵被火加熱到高溫后，突然受水槍射流作用造成急冷，便會出現(xiàn)破碎失去強度，導(dǎo)致支撐柱或鑄鐵承重墻的垮塌。

3.5 建筑物內(nèi)燃?xì)饣虮ㄎ锲返缺?/p>

爆炸引起密閉空間內(nèi)的氣體壓力迅速增加，壓力突增60千帕就能將磚墻推倒。在火災(zāi)撲救中，一旦發(fā)現(xiàn)建筑物內(nèi)存在可燃?xì)怏w或爆炸物品，即須調(diào)整滅火戰(zhàn)術(shù)，采取有效措施先排除險情。

3.6 樓板或屋頂超載荷

著火建筑內(nèi)部樓板存放大量易吸水物質(zhì)，如成捆紙張、成堆布料或棉花等，當(dāng)滅火對其大量射水后，可能造成建筑物坍塌，原因有二：一是這些物品易吸收水，使原本重量荷載已接近最高極限的樓板上再增加重量。二是這些成捆成堆的吸水物質(zhì)，一般吸水后自身體積會膨脹，可能將緊靠的墻和柱擠斜而失穩(wěn)。

3.7 在清理火場時隨意拆除建筑內(nèi)部支撐構(gòu)件

有時為了進行大面積的清理火場，將有些看似不重要的支撐構(gòu)件隨意進行拆除，可能導(dǎo)致建筑物的局部塌落。

3.8 現(xiàn)場的震動或撞擊荷載

火場上消防人員經(jīng)?？赡茉谝恍┮驯粺龘p的非穩(wěn)定建筑結(jié)構(gòu)區(qū)域作業(yè)，若作業(yè)過程中不注意避免過大過重的動作，或采用的處置方法震動性較大，例如大型切割破拆、起重拉拽等，甚至推倒胸墻，都可能因現(xiàn)場額外的震動或撞擊荷載，引起非穩(wěn)定建筑結(jié)構(gòu)的坍塌。

4.著火建筑倒塌前的征兆

為了避免火場上建筑倒塌的傷害，消防人員必須時刻觀察和監(jiān)視所處的建筑結(jié)構(gòu)環(huán)境及其火災(zāi)發(fā)展的變化情況，密切注視著建筑物承重結(jié)構(gòu)的任何失穩(wěn)征兆的出現(xiàn)，一旦發(fā)現(xiàn)這種征兆，就必須及時果斷地采取有效措施保證自身的安全。

4.1 著火建筑的類型和用途表明潛在的倒塌危險性大

從建筑類型上看，無防火保護的鋼結(jié)構(gòu)建筑最易在火災(zāi)中發(fā)生倒塌，木建筑則次之，磚木結(jié)構(gòu)的建筑又次之，磚混結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的建筑則一般不易倒塌，除極特殊的情況以外(例如違規(guī)建筑、改建，或遭受強烈的外力破壞等)。

從用途上看，有些建筑物內(nèi)部存放的物質(zhì)的性質(zhì)和數(shù)量，或是具有爆炸性，或是量大又有吸水性，或是質(zhì)量重，或是易燃物堆積。

4.2 著火建筑物內(nèi)樓層存在載荷集中且超量現(xiàn)象

火災(zāi)撲救過程中，了解和發(fā)現(xiàn)燃燒區(qū)域的樓層重量載荷既集中又超量，或堆有大量易吸水物品，或該樓層的房間易存積水等，這些現(xiàn)象都可能引發(fā)樓板向下層塌落的前期征兆。

4.3 火災(zāi)猛烈燃燒時間超過20分鐘[3]

建筑內(nèi)部火災(zāi)已開始燒穿外殼，并向四周和上層迅速蔓延，這是火災(zāi)發(fā)展到猛烈階段的特征，如果現(xiàn)場消防力量在此后20分鐘內(nèi)不能完全控制火勢，并進而撲滅之，則現(xiàn)場燃燒區(qū)域就存在嚴(yán)重的建筑倒塌危險。

4.4 滅火用水量大，建筑物內(nèi)積水嚴(yán)重

火災(zāi)現(xiàn)場上部署的水槍水炮數(shù)量多，滅火射流水量大，而從著火建筑內(nèi)部流出的水量有限，則必然有大量的水沉積在建筑物內(nèi)部。發(fā)現(xiàn)這種情況后，現(xiàn)場指揮員必須意識到有些樓層可能因積水過多而提前坍塌。

4.5 著火建筑的墻體出現(xiàn)裂縫或鼓脹

開始裂縫或開裂是墻體坍塌前的明顯征兆，它意味著該墻體可能隨即塌落。另一方面，有些墻體的裂縫在火災(zāi)前就存在多年，為此，要特別注意這些裂縫在火災(zāi)過程中擴大或變長。當(dāng)發(fā)現(xiàn)這些裂縫在不斷擴大的情況后，危險區(qū)域內(nèi)的人員應(yīng)及時撤離。

4.6 整體的墻面上逸出濃煙或滲出水流

這種現(xiàn)象表明墻的內(nèi)部已形成壓力，以及墻體存在薄弱處，可能導(dǎo)致墻體的坍塌。

4.7 房蓋頂、樓板和墻體出現(xiàn)明顯的位移或下垂

房蓋頂和樓板出現(xiàn)明顯的下垂是其坍塌前的最后的警告，處于同層和下一層的人員必須立即撤離，而當(dāng)墻體開始出現(xiàn)非正常的位移時，可能處于危險區(qū)域的人員再撤離到安全區(qū)域就已為時過晚。

4.8 建筑結(jié)構(gòu)因燒損出現(xiàn)斷裂的嘎吱聲

木結(jié)構(gòu)建筑火災(zāi)中?？陕牭竭@種斷裂的嘎吱聲，隨后可能就會發(fā)生倒塌。

4.9 墻體的泥灰脫落或泥灰塵土撒落

建筑結(jié)構(gòu)若發(fā)生輕微的移動或變形，會引起墻體上的泥灰脫落，這也是建筑倒塌前的征兆之一。

5.潛在倒塌危險的建筑火災(zāi)撲救安全措施

5.1 對現(xiàn)場倒塌危險實施安全監(jiān)管

現(xiàn)場指揮員可以指派一位現(xiàn)場安全員，作為現(xiàn)場指揮部成員之一，其職責(zé)是：監(jiān)視火場情況，報告火場的火勢發(fā)展?fàn)顩r，及時給現(xiàn)場指揮員提供滅火救援安全方面的建議和措施；評估現(xiàn)場潛在的危險性，提醒現(xiàn)場指揮員對潛在危險的注意，設(shè)置現(xiàn)場危險區(qū)域；實施現(xiàn)場的安全管理，檢查和指導(dǎo)現(xiàn)場的安全工作[4]。

5.2 對潛在倒塌危險部位實施現(xiàn)場檢查和監(jiān)視

一旦現(xiàn)場報告開始出現(xiàn)倒塌危險征兆，必須有專人進行檢查和監(jiān)視，根據(jù)倒塌危險的程度，負(fù)責(zé)對現(xiàn)場指揮員提出是否繼續(xù)或暫停該危險區(qū)域的撲救行動。這項措施常在火場清理階段因樓板出現(xiàn)穩(wěn)定性問題時多加以采用。

5.3 有序撤離

一旦著火建筑倒塌征兆出現(xiàn)和發(fā)現(xiàn)后，現(xiàn)場指揮員必須采取有效措施將倒塌危險區(qū)域的人員安全、有序地撤離出來，防止現(xiàn)場出現(xiàn)恐慌和混亂局面。有序撤離要求下達(dá)撤離命令后，能夠保證有一定的時間允許處于危險區(qū)域的每位人員接到和清楚命令，且盡量帶出自己的裝備器材。在倒塌即將發(fā)生的危險情況下，要優(yōu)先保證人員撤出，可直接放下手中的笨重器材跑出危險區(qū)域：

(1)部分撤離。在某些情況下，現(xiàn)場指揮員接到在著火建筑物內(nèi)部撲救人員報告，建筑內(nèi)部部分結(jié)構(gòu)出現(xiàn)倒塌危險征兆后，可以采取部分撤離的措施，命令建筑物內(nèi)部危險區(qū)域的隊員撤到建筑物內(nèi)部的安全區(qū)域，并繼續(xù)內(nèi)部的滅火工作。這種安全措施常在著火建筑的內(nèi)部結(jié)構(gòu)型式清楚，倒塌危險僅涉及局部區(qū)域的情況下采用。

(2)全部撤離。無論何時一旦發(fā)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)嚴(yán)重的倒塌危險征兆，現(xiàn)場指揮員就得采取從著火建筑物的內(nèi)部和其附近外圍全部撤離人員的措施，只能實施外部防御性滅火。

(3)緊急撤出。當(dāng)著火建筑物倒塌即將發(fā)生或已經(jīng)開始出現(xiàn)時，現(xiàn)場的全體人員必須緊急撤出。采取緊急撤出的措施是基于建筑物倒塌危險已經(jīng)降臨的現(xiàn)實，而采取撤離的措施是基于建筑物存在明顯的倒塌可能性，兩者適用的情況有所不同。因此，平時加強緊急撤出方面的訓(xùn)練是必不可少的。消防人員通過訓(xùn)練逐步養(yǎng)成在火場上一旦接到緊急撤出的信號，就可本能地放棄手中的作業(yè)，迅速地撤出危險區(qū)域的意識和能力。

5.4 設(shè)置建筑倒塌危險區(qū)域

消防人員僅從可能倒塌的建筑物內(nèi)撤出還不能完全保證其安全，因為建筑物墻體向外倒塌時可能覆蓋附近較大的面積，甚至一些斷裂的構(gòu)件或水泥磚塊可飛落得更遠(yuǎn)。若撤離出的人員所處的位置距建筑物較近，仍有被倒塌物砸傷砸死，或被埋壓的現(xiàn)象。

5.5 從側(cè)面安全區(qū)實施滅火

當(dāng)高層建筑發(fā)生火災(zāi)并存在墻體倒塌危險時，一旦設(shè)置倒塌危險區(qū)域后，滅火陣地就需遠(yuǎn)離不穩(wěn)的墻體，以致滅火射流打不到燃燒區(qū)。例如，一座10層高的商住樓，為了防止其在火災(zāi)中倒塌的傷害，要求地面滅火射流陣地設(shè)置在距該商住樓正面30米開外。根據(jù)建筑物墻體倒塌的方式，倒塌物主要可能向下坍塌和朝正面前方傾倒，而向側(cè)面或正面兩側(cè)45度角方向的傾倒則很少，當(dāng)然除了建筑物內(nèi)發(fā)生爆炸引起的倒塌以外[5]。因此，為了既減少危險性，又盡可能靠近建筑物滅火，現(xiàn)場指揮員應(yīng)該考慮從具有倒塌危險墻體的兩側(cè)位布置地面滅火射流陣地實施滅火。

5.6 從建筑拐角安全區(qū)實施滅火

當(dāng)著火建筑屋頂坍塌后，可能引起四面支撐墻向外傾倒，這是現(xiàn)場最危險的情況。然而，外墻傾倒的規(guī)律主要還是向下和朝前。因此，在建筑物的拐角處就存在一個相對安全的區(qū)域，只要現(xiàn)場的環(huán)境允許，這個區(qū)域也是?？肯儡囕v和布置滅火射流陣地的部位。

5.7 利用舉高滅火射流進行滅火

利用高噴車、云梯車、舉高平臺車，以及利用鄰近建筑物的較高部位等都可創(chuàng)造舉高滅火水流，在空中較為靠近的部位從著火建筑的窗口或其他開口射入水流進行滅火。甚至對于平房火災(zāi)，也可采用這種方法，只要外部窗戶的玻璃已破碎或被破拆，窗戶內(nèi)部沒有分隔墻阻擋射流，舉高滅火射流就能充分發(fā)揮滅火的作用。

6.結(jié)論

在火場上滅火救援工作的指導(dǎo)思想是首先救人和保證自身的安全，其次是控制消滅火勢和搶救財產(chǎn)?，F(xiàn)場指揮員在接到著火建筑出現(xiàn)倒塌危險征兆后，知道根據(jù)倒塌的危險性，采取相應(yīng)的安全措施。盡管有些報告的征兆不一定立即會導(dǎo)致建筑物的倒塌發(fā)生，這并不意味著報告和采取的安全措施是錯誤的，或是反應(yīng)過度。采取必要的安全措施是貫徹滅火救援工作指導(dǎo)思想所必需的。“救人第一”既包括拯救他人生命，也包括自身安全的保護。如何進一步保護火場上消防人員的生命安全，不僅要加強滅火技術(shù)和方法方面的研究，而且要使滅火救援工作的指導(dǎo)思想落到實處。

作者單位：重慶消防總隊沙坪壩消防支隊

[1] 李建華主編．滅火戰(zhàn)術(shù)[M]．北京：群眾出版社，2004．

[2] 公安部消防局．中國消防手冊第十卷：（火災(zāi)撲救）[M]．上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2006．

[3] 金京濤，劉建國．消防官兵滅火戰(zhàn)斗犧牲情況分析及其對策探討[J]．消防科學(xué)與技術(shù)，2009.04．

[4] 翁茂貴．可能引起建筑物坍塌的幾種情況及應(yīng)對措施[J]．消防科學(xué)與技術(shù)，2005.02．

[5] 韓玉祥，李春孝．德匯國際廣場火災(zāi)撲救對滅火救援工作的啟示[J]．武警學(xué)院學(xué)報，2008.(10)9-11．