建筑物在火災、爆炸、地震等外力破壞作用下發生坍塌,不僅伴有嚴重財產損失和人員傷亡,而且嚴重威脅著救援人員的生命安全。2003年11月3日,湖南省衡陽市一棟8層商住樓在大火中瞬間坍塌,正在參加滅火戰斗的20名消防官兵壯烈犧牲;2008年5月12日,以四川省汶川縣為震中發生8.0級地震,強大的地震波震撼全川,使四川多處城鎮被毀,數以萬計的群眾被埋壓在廢墟之下,建筑坍塌造成的傷害是極其慘痛的。因此,深入研究分析建筑物在火災、爆炸、地震等外力作用下發生坍塌事故的特點,針對性和科學性的提高和增強處置此類災害事故的能力,有效提高搶險救援效率,減少和避免人員傷亡,在現實的滅火救援斗爭中極具意義。
1.建筑物在外力作用下發生坍塌事故分析
想要戰勝敵人必須先要了解它,建筑物坍塌其原因、形式、部位,都存在各自的特點,坍塌建筑也都存在其相應的特點事故的搶救方式也將受其特點的實際情況而有所不同,這就需要我們了解建筑發生坍塌的原因、形式、規律,然后才能針對其特點有效結合自己手中的各種器材設備制定出適應其快速有效的救援方案,提高救援效率及減少救援當中不必要的人員傷亡和財產損失。
1.1.坍塌發生的原因
1.1.1.高溫
在火災條件下,由于高溫作用,木結構表面炭化,導致力學特性迅速受到破壞,如果不能承受原有的全部荷載,結構就會坍塌;鋼筋混凝土結構受熱溫度超過300°C時,組成鋼筋混凝土結構的水泥石脫水收縮,骨料受熱膨脹,由于脹縮的不一致性,使混凝土中產生很大的內應力,不但破壞水泥石、骨料、配筋間的粘結,而且會把包裹在骨料與配筋周圍的水泥石撐破,使框架結構喪失支撐能力;鋼材在高溫作用下,力學性能會迅速發生變化,強度喪失,失去支撐或承重能力,當溫度達到540°C時,鋼材強度損失達50%,再繼續加熱,便很快軟化,發生扭曲,導致鋼結構產生塑性變形;磚石砌體材料在發生火災后,砌體的向火面和背火面產生很大的溫差,向火面溫度高、膨脹大,背火面溫度低、膨脹小,使砌體發生爆裂破壞,使預應力鋼筋砼構件失去預加應力,不能承受原有荷載,造成建筑結構局部或整體坍塌。
1.1.2.爆炸
火災時,可能引起可燃氣體泄漏發生爆炸,同時建筑物內的爆炸品、可燃氣體儲罐受火勢作用也會發生爆炸,爆炸產生的沖擊波和震動,會破壞建筑結構,導致結構局部或整體坍塌。
1.1.3.附加荷載
由于上部結構塌落,使樓板大量超載,或上部構件塌落時的產生巨大沖量而導致建筑破壞;滅火時用水過量,樓內大量的積水未能及時排出;室內儲存的物品如棉花、紙張等大量吸水;進入建筑物內人員過多等因素導致建筑物荷載加重,超過建筑物承載能力時,建筑物便發生坍塌。
1.1.4.消防射水
處于高溫狀態的結構材料,在消防水流的沖擊和冷卻下,高溫的磚石或混凝土結構表面,由于突然的冷卻造成結構表面收縮開裂,破壞了鋼筋混凝土及其保護層,使火直接燒到鋼筋,導致強度喪失,會造成結構表面收縮開裂成變形、疏松,從而使整體結構遭到破壞而坍塌。
1.1.5.工程質量的缺陷
個別單位在施工過程中偷工減料,使用不合格的原材料,致使建筑物存在質量缺陷,達不到設計的強度要求和耐火等級而坍塌。
1.1.6.擅自改變建筑的平面布局和使用性質
如果擅自改變建筑的平面布局,就可能造成承重結構破壞。如湖南省衡陽市衡州大廈原設計為商住樓,但在使用過程中一層改為加工、商店、倉庫等,對建筑結構的影響遠遠超出原設計能力,加劇了結構破壞。
1.1.7.地震破壞
地震的強烈程度用震級表示,震級是根據震源(地殼斷層錯動處)釋放出的能量來確定的。國際上普遍應用里氏震級。受地震影響地區的地面和各類建筑物受地震影響的程度稱為地震烈度。震中(震源正上方的地面)處的地震烈度量大;離它越遠,影響越小,烈度也越低。中國把地震烈度分為12度來表示。在1~6度時,一般的建筑物不受損失或損失很小;而在10~12度時,對建筑物的破壞性甚大,即使采用重大防震措施,也難確保安全。因此,建筑的防震措施主要應用于 6~10度地區。
地震時當地震波遇到土質松軟的盆地地形時,所發生的擴大效應稱為共振現象。共振現象會使建筑物搖晃的更厲害。這時,若建物的結構不耐震,受不了搖晃,就會發生傾斜或倒塌。
建物倒塌的原因
(1)老舊建筑物防震力不夠。
(2)一,二樓挑高,造成載重不足
(3)結構支柱水平撐持力不夠。
(4)建筑物基礎有特殊狀況。
(5)使用維護不當。
(6)結構不平衡,混凝土對鋼筋的握裹力不足。
(7)采長向無墻設計,耐震度較差。
(8)建物蓋在松軟的土地或地質敏感區。
(9)底部樓層無足夠梁柱支撐的開放空間。
1.2.坍塌發生前的征兆
建筑物在坍塌,除了由爆炸引起發生于瞬間以外,一般都要經過一定的時間,坍塌前都會出現一些征兆。
1.2.1.建筑物的墻體出現裂縫或膨脹
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時坍塌。另一方面,有些墻體的裂縫在火災前就存在多年,為此,要特別注意這些裂縫在火災過程中的變化,當發現這些裂縫在不斷擴大時,危險區內的人員要及時撤離。
1.2.2.整體的墻面上溢出濃煙或滲出水流
這種現象表明墻的內部已經形成壓力,或墻體存在薄弱處可能導致墻體的坍塌。
1.2.3.房屋頂、樓板和墻體出現明顯的位移或者下垂
房蓋頂和樓板出現明顯下垂,是其坍塌前最后的警告,處于同層和下一層的人員必須立即撤離,而當墻體開始出現非正常位移時,可能處于危險區域的人員再撤離到安全區域就已為時過晚。