防灾减灾论文
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摘要：随着济的发展，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。 关键词：高层建筑；火灾；结构破坏 1世贸大厦概况 纽约世界贸易中心筹建于20世纪60年代，建成于20世纪70年代。世贸中心建设时由六栋建筑组成，共93万平方米。其中：两栋姐妹楼为主楼，各有110层、高411．5 m，面积各为 44．6万平方米，每栋主楼有99部电梯；该中心落成后，有世界800多个贸易公司约5万人进入办公，有100多个商店及供2万人同时用餐的许多餐厅，还有一个火车站、二个地铁站。纽约世界贸易中心的建成，代表厂那个时代世界科技与建筑材料、建筑结构和建筑设备发展的新水平，是著名的日裔美国建筑师雅马萨奇等的得意之作。据介绍，世贸中心设计时考虑了“飓风”和波音707等当时最大飞机的撞击，但没有想到会被波音767、757飞机撞击及大量航空燃料的烧击，致使世贸中心南北两主楼在恐怖分子飞机撞击后一个多小时相继坍塌。 2纽约世界贸易中心坍塌的重要原因 就大楼的倒塌原因而言，可谓是复合型的。因为单一的水平撞击或者大楼发生常规性火灾都不可能造成整个结构垮塌。因此大楼倒塌有内外两个因素共同作用： 1）外因 飞机撞击大楼纯属意外，就形成的水平冲击力而言，纯属不可抗力，可谓百年或千年不遇。纽约世贸中心大楼历经几十年风雨依然完好。本次撞击大楼的波音757飞机起飞重量104吨，波音767飞机起飞重量156吨，飞行速度约每小时1000km,。在如此巨大的冲击下，大楼虽然晃动近1m但未立即倾倒，无论内部还是外部并无严重塌落，充分证明大楼原结构的设计和施工没有问题。 2）内因 钢结构作为一种结构体系，尤其在超高层建筑中有无以伦比的优势。但耐火性能差是自身致命的缺陷。试验表明：低碳钢在200度以下钢材性能变化不大；在200度以上，随温度升高弹性模量降低，强度下降，变形增大；500度时弹性模量为常温的50%.；700度时基本失去承载能力。本次撞击北楼的波音767飞机装载51t燃油，撞击南楼的波音757飞机装载35t燃油。尽管世贸中心大楼的钢结构采用了防火涂料等防护物，但在如此罕见的熊熊大火面前也无能为力，在爆炸、断电、消防系统失灵、火势无法及时扑灭的情况下，高温将使其不得不软化，最终导致塌落。 另外，世贸中心大楼采用外筒结构体系，该体系存在剪力滞后效应，且外柱截面仅为450㎜x450㎜，厚度仅为7.5-12.5㎜，因此，抵抗水平撞击的能力较差。若采用截面及厚度较大的巨型钢柱、钢—混凝土组合柱或采用约翰·考克大厦的巨型外交叉支撑，也许飞机在撞击时会在大楼的外部发生爆炸，不会进入楼内引发火灾，本次灾难也许能够幸免。从上述分析可知：火灾是世贸大厦倒塌的根本原因。 3火灾对结构的破坏 1）火灾中温度对钢材的影响 钢材的物理性质：钢材在正温范围内，温度约在200℃以上时，随着温度的升高，钢材的抗拉强度、屈服点和弹性模量都有变化，总的趋势是强度降低、塑性增大；温度在250℃左右，钢材的抗拉强度略有提高，而塑性却降低，因而钢材呈现脆性，在此区域对钢材再加热，钢材可能产生裂逢。此外，当温度达到250-350℃范围内时。钢材将产生徐变现象，钢材的性能受到不同程度的损伤。据一些专家对钢材进行温度试验分析，当钢材在升温1h，恒温加热1小时后进行检测，结果是有屈服台阶的16mn钢筋在900℃以下时的强度和延伸率变化很小，温度达到1000℃时，钢材强度下降10％；无屈服台阶的冷拔低碳钢丝经过2h升温至600℃以下，则强度受到影响不大；而温度在600℃以上时的极限强度下降达40％。据有关专家对大多数火灾事故现场中构件钢筋的测试结果表明，混凝土保护层爆落的预应力板钢丝受热温度超过600℃，梁柱构件钢筋温度低于600℃，因而，在一般情况下，火灾对钢筋的影响较比混凝土小，对于i、ii级钢筋在温度达到900℃以上时才有明显的影响，由于钢筋构件混凝土保护层的作用，通常构件中的钢筋温度低于此值，可以说火灾一般对i、ii级钢筋的影响不很大。但是，在600℃以上的高温却使冷却后的冷拔低碳钢丝强度大幅下降40％左右，从中可以说明火灾对预应力钢筋混凝土板的影响较大，由于建筑荷载大部分承重在板上，从而破坏结构的整体性，造成更大的危害。 2）火灾对钢筋混凝土的损坏机理和破坏作用： 混凝土是以水泥为胶凝材料，加粗骨料(石子)、细骨料(砂)、掺和料、外加剂等用水和，硬化而成的人工石。它在火作用下的机理可归纳为以下三个方面:第一，表面受火处温度升高比内部快，内外温差引起混凝土开裂。火灾时，混凝土中各种水分迅速汽化，体积明显膨胀，冲破障碍迅速逃逸，导致强度下降;第二，水泥石受热分解，使胶体的粘结力破坏，出现裂缝，表面发毛、起砂、呈蜂窝状、出现龟裂、边角溃散脱落等现象;第三，骨料和水泥石间的热不相容，水泥石受拉，骨料受压，导致应力集中和微裂缝的开展。破坏的程度取决于温度升高的速率、最高温度和火作用持续的时间:当温度低于500℃时，浇水冷却的混凝土强度低于自然冷却后的强度，而高于600℃时，浇水冷却后的强度高于自然冷却后的强度火对钢材的主要影响，表现在原子热振动加剧并扩散.产生软化，到一定程度后可抵消硬化的影响。高温时，原子间的结合力也有所降低.从而增加滑移变形，减少了抗滑能力。在1 400℃时，钢筋进人液态，失去了抵抗荷载的能力。火灾时，钢筋与混凝土间的粘结强度随温度升高呈下降趋势，且对光圆钢筋的影响比螺纹钢筋更为突出。火灾对砌体的作用由砖块材质和砂浆性能决定，砂浆的弹性模量比砖的弹性模量小，热膨胀比砖大，因而在高温受压时产生比砖块更大的横向变形。 4针对火灾对混凝土结构危害而采取的改进措施 增强火灾中各种因素对钢筋混凝土构件有不同程度的影响主要采取的措施是提高钢筋混凝土构件的耐火极限，方法有以下几方面：一是增加钢筋混凝土构件的切面尺寸（如：30×30cm的钢筋混泥土柱，耐火极限3.00h；37×37cm的钢筋混泥土柱，耐火极限5.00h；）；二是增加钢筋混泥土构件的钢筋保护层厚度（如：简支钢筋混泥土梁，非预应力钢筋，当保护层厚度分别为2.0、2.5、3.0cm时，耐火极限分别为1.75、2.00、2.30h；简支钢筋混泥土圆孔空心板，非预应力钢筋，当保护层厚度分别为1.0、2、3.0cm时，耐火极限分别为0.9、1.25、1.5h；），可采取增加抹灰层厚度；三是预应力钢筋混泥土圆孔楼板下面喷涂防火涂料，预应力钢筋混泥土圆孔楼板的耐火极限较差，当保护层厚度1cm时，耐火极限0.4h；保护层厚度3cm时，耐火极限0.85h ，若在该预应力钢筋混泥土圆孔楼板下喷涂0.5cm厚的106防火涂料，可提高耐火极限到1.8h。 5高层建筑防火措施 1)合理设置防火分割设施。2)留设足够建筑物间距。3)疏散楼梯设计合理。4)设计合理的防排烟系统。5)设置避难层。6)设置消防电梯。7）应急照明系统的设置。8）配置足够的消防器材。 参考文献：【1】高层民用建筑设计防火规范GB 50045--95 (2001年版) 【2】《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045-95） 【3】《高层建筑火灾危险及预防及对策研究》 本文来源：https://www.wddqw.com/doc/bd2351de7f1922791688e845.html