建筑火災(zāi)坍塌原因分析和處置探究

摘要：建筑坍塌主要由高溫高壓環(huán)境、建筑載荷過大、外力作用與冷熱驟變以及施工質(zhì)量問題引起。坍塌事故具有突發(fā)性、不可控性和風(fēng)險隱患疊加的特點，給救援工作帶來極大挑戰(zhàn)?；诮ㄖ?gòu)件破壞順序、燒損程度、荷載狀況和簡易技術(shù)設(shè)備的預(yù)判方法，提出并制定了相應(yīng)的處置對策，以期達(dá)到預(yù)防事故、保障安全、降低損失及提升建筑全生命周期安全管理水平的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：火災(zāi)坍塌；結(jié)構(gòu)分析；預(yù)判；處置對策

中圖分類號：TU998.1" " " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A" " " "文章編號：2096-1227（2025）03-0058-03

建筑火災(zāi)坍塌事故往往會造成重大人員傷亡和巨大財產(chǎn)損失。準(zhǔn)確有效地對建筑火災(zāi)坍塌的危險性進(jìn)行評估[1]，分析影響坍塌的因素，進(jìn)而探索防范應(yīng)對建筑坍塌的有效措施，以避免更大的財產(chǎn)損失和人員傷亡，顯得尤為重要。

1 火場建筑坍塌的原因

建筑結(jié)構(gòu)根據(jù)建筑材料分類，可以分為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)、磚木結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)以及土木結(jié)構(gòu)等。按照受力類型分類，可以分為框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、排架結(jié)構(gòu)以及門式剛架結(jié)構(gòu)等。建筑坍塌是指建筑在外力或重力作用下，超過自身的強度極限或因結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性破壞而造成的事故。在火災(zāi)情況下，起火建筑由于高溫、沖擊和過載等多方面因素可能發(fā)生坍塌或局部坍塌。

1.1" 高溫高壓的環(huán)境

在建筑火災(zāi)場景中，對于木質(zhì)結(jié)構(gòu)，一旦遭受火源，其表面會迅速燃燒，火勢快速蔓延，導(dǎo)致木材內(nèi)部結(jié)構(gòu)嚴(yán)重碳化，承載力急劇衰減。當(dāng)承重表面損傷過半，木質(zhì)結(jié)構(gòu)的承載效能幾近喪失，進(jìn)而失穩(wěn)倒塌。鋼結(jié)構(gòu)在溫度升至500℃時，強度瞬間減半，穩(wěn)定性顯著降低，可能在15～20min內(nèi)發(fā)生塑性變形，鋼梁、鋼柱產(chǎn)生扭曲。加之鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限有限，長時間高溫作用下，構(gòu)件變細(xì)，承載力顯著削弱，對建筑的穩(wěn)定性和堅固性構(gòu)成重大威脅。對于混凝土結(jié)構(gòu)，火災(zāi)中的高溫造成強度遞減，不均勻的受熱導(dǎo)致墻體和柱體表面變形，應(yīng)力分布失衡，承載力逐步降低，直至無法承受自重而垮塌。至于磚石結(jié)構(gòu)，雖然材料本身有一定的耐熱性，但在整體建筑中，高溫導(dǎo)致的膨脹變形會破壞結(jié)構(gòu)平衡，影響各構(gòu)件間的連接協(xié)作，隨著裂縫擴(kuò)展，墻體完整性受損，最終導(dǎo)致崩潰[2]。

1.2" 建筑荷載過大

建筑火災(zāi)中，荷載的疊加效應(yīng)是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效的重要誘因。火災(zāi)荷載的強度與建筑內(nèi)部可燃物分布密切相關(guān)，大量堆積的易燃物質(zhì)不僅助長火勢蔓延，更促使局部溫度急劇攀升，間接削弱建筑材料的力學(xué)性能。而重力荷載的持續(xù)作用則使承重構(gòu)件長期處于高應(yīng)力狀態(tài)，加速結(jié)構(gòu)疲勞。尤其值得注意的是，滅火過程中產(chǎn)生的積水若無法及時排出，其附加荷載將進(jìn)一步打破建筑構(gòu)件的受力平衡會導(dǎo)致局部坍塌甚至連鎖性破壞。

1.3" 外力作用與冷熱驟變

火災(zāi)環(huán)境中的力學(xué)破壞具有復(fù)合性特征。高壓水槍的噴射動能對受損結(jié)構(gòu)形成直接沖擊，這種動態(tài)荷載易引發(fā)構(gòu)件連接節(jié)點的應(yīng)力突變。同時，高溫構(gòu)件遭遇水流急速冷卻時產(chǎn)生的熱應(yīng)力不容忽視，鋼材在經(jīng)歷反復(fù)熱脹冷縮后易出現(xiàn)脆性斷裂現(xiàn)象。更危險的是，密閉空間內(nèi)燃?xì)庑孤┮l(fā)的爆燃事故，其沖擊波可在毫秒級時間內(nèi)對承重體系造成毀滅性打擊。此類多重外力的耦合作用往往突破傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計的冗余度，導(dǎo)致建筑在未達(dá)到理論耐火時限前即發(fā)生崩潰[3]。

1.4" 施工質(zhì)量問題

建筑品質(zhì)關(guān)乎其安全性，施工過程中的多種因素常對工程質(zhì)量構(gòu)成挑戰(zhàn)，諸如標(biāo)號不足的混凝土在高溫下易爆裂，摻雜雜質(zhì)的鋼筋則加速高溫蠕變過程。施工過程中的偷工減料行為，如保護(hù)層厚度不達(dá)標(biāo)、節(jié)點焊接不完整等問題，直接削弱了結(jié)構(gòu)的耐火完整性。更為嚴(yán)重的是違規(guī)加建行為，擅自增加的樓層荷載遠(yuǎn)超原設(shè)計承載能力，使建筑長期處于超負(fù)荷狀態(tài)。這些質(zhì)量隱患在火災(zāi)高溫催化下，往往引發(fā)應(yīng)力集中部位的快速失效，形成多點破壞的坍塌模式。

2 火場建筑坍塌事故特點

2.1" 坍塌具有突發(fā)性，救援人員撤離困難

若火勢未能及時控制，火災(zāi)高溫持久作用下的建筑物，其結(jié)構(gòu)坍塌的可能性極高。建筑結(jié)構(gòu)的破壞歷程是一個復(fù)雜的漸變至突變過程，涉及多因素的交互影響。該過程由建筑材料性質(zhì)、構(gòu)造形態(tài)、火勢強度等多元變量的共同塑造，導(dǎo)致其確切的量化分析極具挑戰(zhàn)性。當(dāng)這些因素累積至臨界狀態(tài)，建筑會發(fā)生脆性失效，瞬間引發(fā)坍塌。盡管建筑外圍通常設(shè)有安全監(jiān)護(hù)人員并制定了撤離信號，但鑒于坍塌前的預(yù)警跡象微弱，預(yù)先精準(zhǔn)預(yù)測困難重重。

2.2" 坍塌具有不可控性

建筑作為一個整合體，由多種獨立構(gòu)件經(jīng)特定連接方式構(gòu)筑，其耐火特性深受結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響。通常，即使單個構(gòu)件損壞或喪失承重能力，未必會立即導(dǎo)致整座建筑的崩潰。然而，部分建筑設(shè)計往往受限于理念局限和規(guī)范執(zhí)行的松懈，對構(gòu)件受損后結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的考量不足。因此，火災(zāi)發(fā)生時，一旦出現(xiàn)局部破壞，可能會觸發(fā)連鎖坍塌，乃至整體結(jié)構(gòu)的垮塌。

2.3" 風(fēng)險隱患疊加，現(xiàn)場施救困難

建筑物倒塌現(xiàn)場存在二次坍塌風(fēng)險，也會出現(xiàn)天然氣、液化氣泄漏，車輛被埋壓、汽油泄漏等情況，存在爆炸風(fēng)險。事故現(xiàn)場有限的作業(yè)面內(nèi)密集分布各類大型工程機(jī)械，環(huán)境嘈雜，偵測器材性能發(fā)揮嚴(yán)重受限，給現(xiàn)場搜索和救援帶來極大困難，以上因素都對救援行動提出了更高的安全要求。

3 火場建筑坍塌的預(yù)判方法和處置對策

3.1" 預(yù)判方法

1）依據(jù)建筑構(gòu)件破壞順序預(yù)判。根據(jù)GB55037—2022《建筑防火通用規(guī)范》，各類耐火等級的建筑物內(nèi)，構(gòu)建物的燃燒性能與耐火極限各有特點。以二級耐火等級的民用建筑為例，其吊頂耐火極限設(shè)定為0.25h，屋頂承重構(gòu)件與樓板的耐火極限為1h，疏散樓梯同為1h，梁則提升至1.5h，而柱與承重墻的耐火極限通常超過2.5h。此規(guī)定揭示了火災(zāi)發(fā)生時，建筑構(gòu)件受損的順序與時間關(guān)系，即吊頂率先損毀，繼之而來的是屋頂承重構(gòu)件、樓板和疏散樓梯，然后是梁，最后是柱與承重墻。據(jù)此規(guī)律，內(nèi)攻滅火策略可得以科學(xué)制定。初期階段，消防人員在進(jìn)入火場內(nèi)部時，首要任務(wù)是使用水槍消除進(jìn)攻路徑及頭頂起火的吊頂，防止其墜落造成傷害；隨著火災(zāi)發(fā)展，當(dāng)環(huán)境溫度升高，應(yīng)避免直接用直流水槍冷卻梁和樓板等，而宜采用開花或噴霧水槍進(jìn)行溫和且全面的降溫，以免因急速冷卻加劇結(jié)構(gòu)損壞；如若火勢持久，樓板等橫向承重構(gòu)件顯現(xiàn)局部垮塌跡象（預(yù)應(yīng)力樓板尤為敏感，實際判斷需結(jié)合具體情況），指揮者需謹(jǐn)慎評估內(nèi)攻策略的可行性。

2）根據(jù)建筑燒損程度與細(xì)部特征預(yù)判。建筑火災(zāi)中承重體系的損傷具有漸進(jìn)性與隱蔽性特征，消防救援人員需通過持續(xù)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測實現(xiàn)坍塌風(fēng)險預(yù)判。當(dāng)梁柱節(jié)點區(qū)域出現(xiàn)混凝土保護(hù)層成片剝落、鋼筋外露并伴隨明顯彎曲變形時，表明高溫已突破結(jié)構(gòu)材料的物理耐受閾值；若墻體傾斜度持續(xù)增大或樓板呈現(xiàn)波浪狀起伏，則預(yù)示著建筑整體剛度的退化已進(jìn)入不可逆階段。此時，內(nèi)攻指揮員需結(jié)合火場溫度梯度分布與構(gòu)件形變速率，采用“損傷程度-時間曲線”模型綜合評估剩余安全時長，及時調(diào)整作戰(zhàn)部署。

3）通過建筑物重量負(fù)荷狀況分析預(yù)判?；馂?zāi)荷載與救援荷載的疊加效應(yīng)顯著改變建筑力學(xué)平衡體系。燃燒過程中，建筑內(nèi)部可燃物分布的不均勻性導(dǎo)致熱應(yīng)力場呈現(xiàn)動態(tài)變化，使原本對稱的荷載傳遞路徑發(fā)生畸變。滅火用水形成的局部積水區(qū)可產(chǎn)生超設(shè)計值的附加荷載，GB50009—2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》為各類樓宇設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)的樓面活荷載，以此作為建筑設(shè)計和施工的法規(guī)參考。在大開間商業(yè)建筑的樓板跨中區(qū)域，積水深度超過5cm即可能觸發(fā)彎矩重分布。指揮員需重點觀察建筑平面內(nèi)荷載分布的異常特征：當(dāng)樓板撓度超過跨度的1/200或出現(xiàn)區(qū)域性凹陷時，應(yīng)立即啟動荷載轉(zhuǎn)移預(yù)案，通過設(shè)置臨時支撐體系或開辟泄水通道等方式重建力學(xué)平衡。

4）基于火場滅火救援力量估算預(yù)判。建筑火災(zāi)救援需構(gòu)建動態(tài)的力量響應(yīng)模型，其核心在于實現(xiàn)戰(zhàn)術(shù)資源配置與結(jié)構(gòu)安全裕度的精準(zhǔn)匹配。指揮體系應(yīng)建立“三維評估框架”：縱向維度關(guān)注建筑層間位移角的變化趨勢，橫向維度監(jiān)測平面剛度中心的漂移狀況，時間維度追蹤材料性能的時效退化規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，將破拆組、冷卻組、搜救組的作業(yè)區(qū)域與建筑損傷分區(qū)進(jìn)行空間耦合，確保關(guān)鍵戰(zhàn)術(shù)動作始終處于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定區(qū)域。對于已出現(xiàn)連續(xù)倒塌跡象的建筑，應(yīng)啟動模塊化作戰(zhàn)單元配置方案，將重型機(jī)械部署在倒塌影響范圍外緣，輕型突擊隊采取“蛙跳式”推進(jìn)策略。

5）借助簡易技術(shù)設(shè)備預(yù)判。在火場坍塌風(fēng)險評估中，可借助便攜式技術(shù)裝備實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)狀態(tài)的動態(tài)監(jiān)測。紅外測溫技術(shù)通過非接觸式探測，能夠?qū)崟r反饋建筑承重構(gòu)件表面溫度分布，幫助指揮員掌握鋼結(jié)構(gòu)受熱軟化進(jìn)程及高溫區(qū)域擴(kuò)散趨勢。對于大跨度或高層建筑，可引入工程檢測領(lǐng)域常用形變監(jiān)測裝備，通過多點位坐標(biāo)測定分析建筑沉降速率及傾斜角度變化，捕捉結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的早期力學(xué)特征。在實際操作中，需建立“裝備監(jiān)測-數(shù)據(jù)分析-風(fēng)險預(yù)警”的閉環(huán)機(jī)制，將監(jiān)測數(shù)據(jù)與建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)模型相結(jié)合，重點識別梁柱節(jié)點位移量、墻體裂縫擴(kuò)展速度等關(guān)鍵參數(shù)。

3.2" 建筑火災(zāi)坍塌風(fēng)險的處置對策

1）途中詢情。基層指揮員在接到建筑火災(zāi)撲救任務(wù)后，在出警途中要主動詢問報警人起火建筑的結(jié)構(gòu)類型、用途、存儲物品、有無人員被困等信息，預(yù)判該建筑火災(zāi)有哪些潛在風(fēng)險，思考撲救處置過程中需要注意的問題，初步制定作戰(zhàn)方案，部署力量任務(wù)分工。

2）全面?zhèn)刹?。到場后，現(xiàn)場指揮員要迅速帶隊開展全面?zhèn)刹?，重點搞清建筑結(jié)構(gòu)類型、狀態(tài)和建造年代，火勢對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響，內(nèi)部火災(zāi)荷載的大小，建筑是否出現(xiàn)坍塌征兆，存在坍塌風(fēng)險區(qū)域及影響范圍等。偵察過程要始終把握兩個要點，一是堅持多角度偵察，不能只看外部不看內(nèi)部，不能只看正面不看背面，不能只看局部不看整體。二是堅持多途徑偵察，不能單打獨斗而要分工協(xié)作，不能盲目聽信而要綜合判斷。

3）現(xiàn)場警戒。對可能發(fā)生坍塌的區(qū)域，其地面水平警戒距離一般不小于目測建筑高度的1.5倍，在警戒區(qū)域邊界外，要安排專人負(fù)責(zé)看護(hù)提示，禁止無關(guān)人員隨意進(jìn)入。確因作戰(zhàn)需要進(jìn)入時，要尋找有掩體的安全線路，由少量人員快進(jìn)快出降低風(fēng)險。

4）加強排煙。在火場中，煙霧是由可燃物質(zhì)受熱分解所生成的產(chǎn)物，它攜帶著大量熱能擴(kuò)散至各處。在建筑火災(zāi)的撲救過程中，關(guān)鍵策略之一是將熾熱的煙霧引導(dǎo)至預(yù)設(shè)的安全區(qū)域，以降低室內(nèi)溫度，防止建筑構(gòu)件因高溫而受損，進(jìn)而可能延緩或有效阻止建筑結(jié)構(gòu)的垮塌。

5）科學(xué)內(nèi)攻。內(nèi)攻滅火是建筑火災(zāi)最行之有效的戰(zhàn)術(shù)措施，一是“要不要內(nèi)攻”，對于無人員被困，失去保護(hù)價值的現(xiàn)場，不能冒險內(nèi)攻。只有確認(rèn)具有生命體征的人員被困時，才能承擔(dān)一定風(fēng)險實施內(nèi)攻救人。二是“能不能內(nèi)攻”，在燃燒猛烈、坍塌跡象明顯等人身安全很難得到保障的情況下，堅決避免盲目深入危險區(qū)域。三是“如何進(jìn)行內(nèi)攻”，要制定具體內(nèi)攻方案，明確內(nèi)攻的位置和任務(wù)，挑選有經(jīng)驗的指戰(zhàn)員編組作業(yè)，避開危險區(qū)域，保持不間斷聯(lián)系。

6）安全觀察?；馂?zāi)現(xiàn)場應(yīng)科學(xué)設(shè)置安全員，安全員要全過程觀察建筑坍塌征兆，建筑坍塌的征兆一般有：墻體、樓板出現(xiàn)裂縫并隨著時間推移明顯擴(kuò)大；梁柱嚴(yán)重受損歪斜，尤其梁柱結(jié)合部發(fā)生明顯的混凝土燒蝕脫落、變形歪斜和鋼筋裸露；混凝土地坪燒蝕后粉末狀大范圍飄落；墻體傾斜變形；玻璃幕墻大面積破碎；門窗無法開啟等。

4 結(jié)束語

建筑火場環(huán)境的動態(tài)性和不確定性，要求消防指揮員需全方位了解現(xiàn)場態(tài)勢，尤其是對建筑結(jié)構(gòu)的實時信息保持緊密關(guān)注。在此基礎(chǔ)上，需依據(jù)實際狀況，精確評估建筑物坍塌的風(fēng)險，進(jìn)而采取科學(xué)而恰當(dāng)?shù)膽?zhàn)術(shù)策略，以有效抵御坍塌威脅，保障消防救援隊伍的生命安全，從而高效精確地執(zhí)行滅火與救援行動。

參考文獻(xiàn)

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