火灾引起建筑倒塌危险性及其安全防范措施研究

◎ 张光俊

火灾引起建筑倒塌危险性及其安全防范措施研究

◎ 张光俊

近期，火灾引起建筑坍塌造成重大人员伤亡和财产损失时有发生，而在救援行动中消防官兵牺牲的案给社会带来了极其不良的影响。本文重点分析了着火建筑物坍塌危险性，并对坍塌的原因和征兆进行了探讨，并对对如何安全防范进行了研究，旨在提示在火灾救援行动中，尽可能减少不必要的人员伤亡。

建筑火灾 坍塌 原因分析 征兆 防范措施

1.引言

消防人员在火灾扑救过程中遭遇建筑物倒塌是一种非常危险的现象，由于倒塌发生得过于突然、短暂，倒塌征兆又不易掌握和判断，现场扑救人员不易及时撤离，往往会造成在现场扑救的消防人员的重大伤亡。2015年1月2日哈尔滨北方南勋陶瓷大市场厂库火灾坍塌事故，造成5名消防员牺牲14人受伤；2015年1月20日台湾桃园市保龄球馆火灾坍塌事故，造成6名消防员牺牲。类似的由于火灾引起建筑坍塌造成消防员伤亡的案例国内外还有很多。因此，要减少和避免因着火建筑物倒塌的伤亡事故，应加强对火灾中建筑物倒塌原因、倒塌前征兆、存在倒塌危险的建筑火灾扑救安全防范措施的研究。

2.着火建筑物倒塌的危险性

建筑物因采用的建筑材料、结构设计和构造方式不同，在火灾作用下其倒塌危险性有很大的差异。

2.1 钢筋混凝土框架式结构建筑

此类建筑材料耐火性能强，整体抗坍塌设计，在标准耐火实验中其耐火时间可长达4小时，在一般火灾中发生整体坍塌的可能性最小。这类建筑即使受到大火作用发生塌落，一般也局限在一些部位，例如吊顶水泥碎裂脱落或I型钢梁部分下垂，建筑的主体承重结构可保持完好。

2.2 大木结构建筑

此类建筑因采用厚实的砖墙、大木桁架和柱建造，从抗坍塌性方面看，是第二位不易倒塌伤人的建筑类型。这类建筑具有厚实的承重构件，如粗大的木柱和砖墙，在火灾发展阶段可保持相当好的稳定性。

2.3 普通建筑

又称为“砖墙和木托梁”的建筑,它具有承重的砖石外墙、木质楼板和屋顶，其抗坍塌性能处于第三位。这类建筑在火灾中楼板和屋顶多易被烧穿，倒塌为其次，因为下层楼板烧损坍塌前，上层楼板或房屋顶盖早已被烧穿。在这种情况下，消防人员不可能在烧穿塌落楼面上进行扑救，而可能在下层，且由于楼板、浓烟或火焰的遮挡或遮蔽，一时难以意识到头顶上的情况。这类建筑倒塌的主要危险在于楼板承重负荷严重超出规范要求。

2.4 木建筑即标准的木质房屋

木板和木柱是其主要建筑材料，其结构的特点是用较小的结构构件来支撑较大的结构构件，木质承重墙的支撑连接面较小，在抗坍塌性能上为第四位。木建筑的倒塌危险在于由木栓连接的可燃性承重墙。木建筑一般两侧的墙是承重的，前后墙为非承重的。因此，在火灾中，从侧墙窗口烧出火焰的情况，要比从前后墙窗口烧出火焰的情况更需得到重视。

2.5 钢结构建筑

钢建筑不燃建筑在火灾作用下最易倒塌。从受火坍塌的危险性看，钢材有三个严重的弱点：第一是受热膨胀性较大。一根I型钢梁被均匀加热到537℃时，伸长率达0.8%。第二是在高温下强度丧失快。钢材在300～400℃下的强度迅速下降，800℃时的强度仅剩10%。因此，钢材在高温下易出现软蹋、扭曲或下垂，造成承重的钢梁坍塌。第三是冷却后收缩。从火灾实例看，这类建筑的倒塌危险主要在于：火灾能使钢架屋顶迅速坍塌。实验表明：无保护的轻型网式钢托梁在火焰的直接作用下5～10分钟便会丧失支撑强度而坍塌[1]。

3.着火建筑倒塌的原因

火场上建筑倒塌的常见原因可归纳如下：

3.1 由于设计缺陷、施工中偷工减料、以次充好，以及违法违规改建等造成建筑结构稳定性不足。

其中，随意变更建筑内部的承重墙，甚至拆除是降低建筑物结构稳定性的重要原因。

3.2 建筑物的木质结构构件被火烧损

木质结构构件在敞开燃烧状态下能够每45分钟烧损25.4毫米，如果木质托梁双侧同时受火作用，一根标准托梁(38毫米厚)在45分钟之内即可被烧断，在烧断前该托梁早就会失去其承重能力。

3.3 无保护的钢质构件受火作用失去强度

例如，轻质的条钢托梁受火5～10分钟就可失去其应有的强度，其实在钢梁整体塌落前就会变软下垂，这是钢梁坍塌的重要征象[2]。

3.4 高温状态下的铸铁支撑柱受急冷碎裂

在老式建筑物中铸铁材料常用作支撑柱，不适合用作梁，因为铸铁是脆性材料，抗压能力强，但抗剪切力弱。当铸铁被火加热到高温后，突然受水枪射流作用造成急冷，便会出现破碎失去强度，导致支撑柱或铸铁承重墙的垮塌。

3.5 建筑物内燃气或爆炸物品等爆炸

爆炸引起密闭空间内的气体压力迅速增加，压力突增60千帕就能将砖墙推倒。在火灾扑救中，一旦发现建筑物内存在可燃气体或爆炸物品，即须调整灭火战术，采取有效措施先排除险情。

3.6 楼板或屋顶超载荷

着火建筑内部楼板存放大量易吸水物质，如成捆纸张、成堆布料或棉花等，当灭火对其大量射水后，可能造成建筑物坍塌，原因有二：一是这些物品易吸收水，使原本重量荷载已接近最高极限的楼板上再增加重量。二是这些成捆成堆的吸水物质，一般吸水后自身体积会膨胀，可能将紧靠的墙和柱挤斜而失稳。

3.7 在清理火场时随意拆除建筑内部支撑构件

有时为了进行大面积的清理火场，将有些看似不重要的支撑构件随意进行拆除，可能导致建筑物的局部塌落。

3.8 现场的震动或撞击荷载

火场上消防人员经常可能在一些已被烧损的非稳定建筑结构区域作业，若作业过程中不注意避免过大过重的动作，或采用的处置方法震动性较大，例如大型切割破拆、起重拉拽等，甚至推倒胸墙，都可能因现场额外的震动或撞击荷载，引起非稳定建筑结构的坍塌。

4.着火建筑倒塌前的征兆

为了避免火场上建筑倒塌的伤害，消防人员必须时刻观察和监视所处的建筑结构环境及其火灾发展的变化情况，密切注视着建筑物承重结构的任何失稳征兆的出现，一旦发现这种征兆，就必须及时果断地采取有效措施保证自身的安全。

4.1 着火建筑的类型和用途表明潜在的倒塌危险性大

从建筑类型上看，无防火保护的钢结构建筑最易在火灾中发生倒塌，木建筑则次之，砖木结构的建筑又次之，砖混结构和钢筋混凝土结构的建筑则一般不易倒塌，除极特殊的情况以外(例如违规建筑、改建，或遭受强烈的外力破坏等)。

从用途上看，有些建筑物内部存放的物质的性质和数量，或是具有爆炸性，或是量大又有吸水性，或是质量重，或是易燃物堆积。

4.2 着火建筑物内楼层存在载荷集中且超量现象

火灾扑救过程中，了解和发现燃烧区域的楼层重量载荷既集中又超量，或堆有大量易吸水物品，或该楼层的房间易存积水等，这些现象都可能引发楼板向下层塌落的前期征兆。

4.3 火灾猛烈燃烧时间超过20分钟[3]

建筑内部火灾已开始烧穿外壳，并向四周和上层迅速蔓延，这是火灾发展到猛烈阶段的特征，如果现场消防力量在此后20分钟内不能完全控制火势，并进而扑灭之，则现场燃烧区域就存在严重的建筑倒塌危险。

4.4 灭火用水量大，建筑物内积水严重

火灾现场上部署的水枪水炮数量多，灭火射流水量大，而从着火建筑内部流出的水量有限，则必然有大量的水沉积在建筑物内部。发现这种情况后，现场指挥员必须意识到有些楼层可能因积水过多而提前坍塌。

4.5 着火建筑的墙体出现裂缝或鼓胀

开始裂缝或开裂是墙体坍塌前的明显征兆，它意味着该墙体可能随即塌落。另一方面，有些墙体的裂缝在火灾前就存在多年，为此，要特别注意这些裂缝在火灾过程中扩大或变长。当发现这些裂缝在不断扩大的情况后，危险区域内的人员应及时撤离。

4.6 整体的墙面上逸出浓烟或渗出水流

这种现象表明墙的内部已形成压力，以及墙体存在薄弱处，可能导致墙体的坍塌。

4.7 房盖顶、楼板和墙体出现明显的位移或下垂

房盖顶和楼板出现明显的下垂是其坍塌前的最后的警告，处于同层和下一层的人员必须立即撤离，而当墙体开始出现非正常的位移时，可能处于危险区域的人员再撤离到安全区域就已为时过晚。

4.8 建筑结构因烧损出现断裂的嘎吱声

木结构建筑火灾中常可听到这种断裂的嘎吱声，随后可能就会发生倒塌。

4.9 墙体的泥灰脱落或泥灰尘土撒落

建筑结构若发生轻微的移动或变形，会引起墙体上的泥灰脱落，这也是建筑倒塌前的征兆之一。

5.潜在倒塌危险的建筑火灾扑救安全措施

5.1 对现场倒塌危险实施安全监管

现场指挥员可以指派一位现场安全员，作为现场指挥部成员之一，其职责是：监视火场情况，报告火场的火势发展状况，及时给现场指挥员提供灭火救援安全方面的建议和措施；评估现场潜在的危险性，提醒现场指挥员对潜在危险的注意，设置现场危险区域；实施现场的安全管理，检查和指导现场的安全工作[4]。

5.2 对潜在倒塌危险部位实施现场检查和监视

一旦现场报告开始出现倒塌危险征兆，必须有专人进行检查和监视，根据倒塌危险的程度，负责对现场指挥员提出是否继续或暂停该危险区域的扑救行动。这项措施常在火场清理阶段因楼板出现稳定性问题时多加以采用。

5.3 有序撤离

一旦着火建筑倒塌征兆出现和发现后，现场指挥员必须采取有效措施将倒塌危险区域的人员安全、有序地撤离出来，防止现场出现恐慌和混乱局面。有序撤离要求下达撤离命令后，能够保证有一定的时间允许处于危险区域的每位人员接到和清楚命令，且尽量带出自己的装备器材。在倒塌即将发生的危险情况下，要优先保证人员撤出，可直接放下手中的笨重器材跑出危险区域：

(1)部分撤离。在某些情况下，现场指挥员接到在着火建筑物内部扑救人员报告，建筑内部部分结构出现倒塌危险征兆后，可以采取部分撤离的措施，命令建筑物内部危险区域的队员撤到建筑物内部的安全区域，并继续内部的灭火工作。这种安全措施常在着火建筑的内部结构型式清楚，倒塌危险仅涉及局部区域的情况下采用。

(2)全部撤离。无论何时一旦发现建筑结构出现严重的倒塌危险征兆，现场指挥员就得采取从着火建筑物的内部和其附近外围全部撤离人员的措施，只能实施外部防御性灭火。

(3)紧急撤出。当着火建筑物倒塌即将发生或已经开始出现时，现场的全体人员必须紧急撤出。采取紧急撤出的措施是基于建筑物倒塌危险已经降临的现实，而采取撤离的措施是基于建筑物存在明显的倒塌可能性，两者适用的情况有所不同。因此，平时加强紧急撤出方面的训练是必不可少的。消防人员通过训练逐步养成在火场上一旦接到紧急撤出的信号，就可本能地放弃手中的作业，迅速地撤出危险区域的意识和能力。

5.4 设置建筑倒塌危险区域

消防人员仅从可能倒塌的建筑物内撤出还不能完全保证其安全，因为建筑物墙体向外倒塌时可能覆盖附近较大的面积，甚至一些断裂的构件或水泥砖块可飞落得更远。若撤离出的人员所处的位置距建筑物较近，仍有被倒塌物砸伤砸死，或被埋压的现象。

5.5 从侧面安全区实施灭火

当高层建筑发生火灾并存在墙体倒塌危险时，一旦设置倒塌危险区域后，灭火阵地就需远离不稳的墙体，以致灭火射流打不到燃烧区。例如，一座10层高的商住楼，为了防止其在火灾中倒塌的伤害，要求地面灭火射流阵地设置在距该商住楼正面30米开外。根据建筑物墙体倒塌的方式，倒塌物主要可能向下坍塌和朝正面前方倾倒，而向侧面或正面两侧45度角方向的倾倒则很少，当然除了建筑物内发生爆炸引起的倒塌以外[5]。因此，为了既减少危险性，又尽可能靠近建筑物灭火，现场指挥员应该考虑从具有倒塌危险墙体的两侧位布置地面灭火射流阵地实施灭火。

5.6 从建筑拐角安全区实施灭火

当着火建筑屋顶坍塌后，可能引起四面支撑墙向外倾倒，这是现场最危险的情况。然而，外墙倾倒的规律主要还是向下和朝前。因此，在建筑物的拐角处就存在一个相对安全的区域，只要现场的环境允许，这个区域也是停靠消防车辆和布置灭火射流阵地的部位。

5.7 利用举高灭火射流进行灭火

利用高喷车、云梯车、举高平台车，以及利用邻近建筑物的较高部位等都可创造举高灭火水流，在空中较为靠近的部位从着火建筑的窗口或其他开口射入水流进行灭火。甚至对于平房火灾，也可采用这种方法，只要外部窗户的玻璃已破碎或被破拆，窗户内部没有分隔墙阻挡射流，举高灭火射流就能充分发挥灭火的作用。

6.结论

在火场上灭火救援工作的指导思想是首先救人和保证自身的安全，其次是控制消灭火势和抢救财产。现场指挥员在接到着火建筑出现倒塌危险征兆后，知道根据倒塌的危险性，采取相应的安全措施。尽管有些报告的征兆不一定立即会导致建筑物的倒塌发生，这并不意味着报告和采取的安全措施是错误的，或是反应过度。采取必要的安全措施是贯彻灭火救援工作指导思想所必需的。“救人第一”既包括拯救他人生命，也包括自身安全的保护。如何进一步保护火场上消防人员的生命安全，不仅要加强灭火技术和方法方面的研究，而且要使灭火救援工作的指导思想落到实处。

作者单位：重庆消防总队沙坪坝消防支队

[1] 李建华主编．灭火战术[M]．北京：群众出版社，2004．

[2] 公安部消防局．中国消防手册第十卷：（火灾扑救）[M]．上海：上海科学技术出版社，2006．

[3] 金京涛，刘建国．消防官兵灭火战斗牺牲情况分析及其对策探讨[J]．消防科学与技术，2009.04．

[4] 翁茂贵．可能引起建筑物坍塌的几种情况及应对措施[J]．消防科学与技术，2005.02．

[5] 韩玉祥，李春孝．德汇国际广场火灾扑救对灭火救援工作的启示[J]．武警学院学报，2008.(10)9-11．