【一句话】
结构判塌险,评估抓四点
【一句话作战智慧原文】
评估建筑是否存在倒塌风险,要抓住风力条件、火势是否突破建筑外壳、屋顶是否有静荷载(如空气处理装置、太阳能板)、外部承重墙是否可见裂缝或倾斜等四个重点。
【专业解读】
轻型建筑日益增多,也使得着火建筑的倒塌风险大幅上升。预防着火建筑倒塌伤害,涉及结构学、燃烧学及火灾动力学等专业知识,而对该类型消防员伤亡案例的分析,能增强灭火救援理论研究的针对性。
(1)韩国仓库在火灾中倒塌致消防员殉职的案例
2023年12月1日,韩国济州特别自治道西归浦市表善面(市下辖的面相当于乡镇级)的柑橘仓库发生火灾,消防员疏散了仓库附近住宅内一对80多岁老年夫妇后,在随后的灭火过程中,仓库的混凝土屋檐突然塌落(图7.2-1),砸中一名头戴消防头盔的消防员。这名消防员因伤势过重,不幸殉职。根据韩国有线电视台及韩国文化广播公司[7.2-1]报道,起火仓库存放各类农具,部分区域还摆放了冰箱和家具。事发当时,回收的废塑料瓶等物品接连爆炸,火场不时有爆炸声传出,火苗从树林间窜起,如炭火般的浓密烟雾四处扩散。由于风势过大,火势难以控制。在消防队到场十几分钟后,仓库混凝土屋檐突然塌落,砸中了正在前方灭火的一名消防员。
图7.2-1 砸中消防员的混凝土屋檐(照片来自韩联社)
(2)烟火特性及结构特点反映出的规律
结合韩国民居住宅常见结构特点,并通过视频和照片分析,推断着火建筑为砖混结构,掉落的构件大概率是现浇钢筋混凝土悬挑构造屋檐,屋檐与主体的连接部位因高温、热应力开裂塌落。抛开建筑高度1.5倍的倒塌区不说,这个案例的烟火特性及悬挑构造需要引起足够重视,与以往类似火场倒塌具有一定的相似性。
●烟火特性
事发当天,当地风速9~13米/秒,超过风力驱动火灾4.4米/秒的最低值,风力对火灾发展的影响大,符合“火苗从树木间窜起,如炭火般的浓密烟雾四处扩散”的描述。消防队到场时,仓库火势已突破屋顶,火灾进入全面发展阶段,建筑结构受到火灾的强烈冲击,处于极不稳定的状态。火灾发生在凌晨4点50分左右,消防队到场后先营救仓库旁住宅内的一对老年夫妇,火灾对建筑结构的影响时长远不止“十几分钟”。
●结构特点
悬挑构造的建筑构件一端固定,另一端悬空,受力以固定端的弯矩和剪力为核心,荷载全部由固定端承担,无冗余支撑体系,在火灾中易塌落。悬挑阳台或露台的挑梁与挑板、雨篷(尤其是大跨度悬挑雨篷)、悬挑楼梯、悬挑走廊或通道、悬挑看台(如体育馆、剧院)、悬挑遮阳板或装饰构件等,是在火灾中易塌落的悬挑构件,消防员在开展火场评估特别是划定倒塌区时应充分考虑这些要素。
●防御策略
柑橘园里的仓库一般没有存放贵重物品,毗邻住宅中的人员已全部疏散,消防队到场时,砖混结构仓库的火势已突破屋顶,火灾进入全面发展阶段,这是几个须采取防御策略的重要指标。除了悬挑构件以外,该类型着火建筑屋顶塌落及外墙倒塌的风险也很高(图7.2-2)。面对这种火灾,在着火建筑外围灭火,以保护暴露建筑为主要战术目标,第一时间按建筑高度1.5倍划定倒塌区,禁止人员进入该区域,是这起火灾留给后人的主要教训。
图7.2-2 火场全貌(照片来自韩国有线电视台)
(3)屋顶静荷载的垮塌风险
●桁架结构
将一根粗钢筋和一根同等长度的铁线同时放在火上烧,铁线的吸热能力更弱,所以握铁丝的手很快就感受到热量。吸热能力弱,“用料更少的”的桁架在火灾中就更容易发生形变。为了增加跨度、节省用料,轻型桁架结构屋顶被越来越多地应用于现代建筑。如果内攻消防员发现桁架结构屋顶已过火,应及时撤出着火建筑,这也是防御策略应用的一种情况。
●屋顶荷载
空气处理装置、太阳能板、高位水箱等屋顶上的静荷载,不上人屋面上堆放建筑材料或积水、积雪等情况,都可增大屋顶承重结构的荷载,使结构在火灾中更容易发生整体或局部倒塌。曾有一个住宅火场,在了解到阁楼安装水箱的正下方为室内走道的情况后,指挥员下令内攻消防员撤离,随后水箱正好掉落在消防员刚离开的位置,这种侥幸逃脱案例告诉我们,消防员应将这些荷载纳入火场评估的范围。
(4)外墙倒塌视觉指标可能被隐藏
外部承重墙出现裂缝或发生倾斜,是结构倒塌前的重要征兆。需要注意的是,一些老旧建筑在翻新时可能采用多层壁板装饰外墙,多次扩建或改建的外墙还可能采用多种不同的建筑材料,遮掩了墙体出现裂缝这个重要的视觉指标。另外,消防员提前推倒可能倒塌的局部墙体后,雨篷倒塌的风险仍然可能存在[7.2-2],屋顶有可能发生二次倒塌[7.2-3]。
在避免着火建筑结构倒塌造成消防员伤亡方面,要熟悉倒塌区、角落安全区、倒塌弧等概念,紧盯女儿墙、入口顶篷、雨篷和檐口这四个最致命的重点部位[7.2-4],进一步明确废弃建筑、老旧建筑、轻型结构建筑等火灾扑救中防御策略的应用,更加科学安全地开展灭火救援。
(灭火救援一句话作战智慧专业解读– 结构防塌篇第7.2条,校对:Andy,应急许)
【参考文献】
[7.2-1]韩国文化广播公司(MBC).(2023.12.01).길속에서80대노부부구하고‥20대소방관순직[在烈火中营救八旬老夫妇……20多岁消防员殉职][视频新闻].뉴스데스크(新闻desk).https://www.youtube.com/watch?v=bNE9EJqmmwM.
[7.2-2]Kovacevic L.Career Fire Fighter Dies When Trapped by Collapsed Canopy during a Two Alarm Attached Garage Fire – Pennsylvania[EB/OL].(2008-01-30).https://www.cdc.gov/niosh/fire/reports/face200708.html.
[7.2-3]Merinar T.Career Fire Fighter Dies and Chief is Injured When Struck by 130-Foot Awning that Collapses during a Commercial Building Fire - Texas[EB/OL].(2007-07-06).https://www.cdc.gov/niosh/fire/reports/face200701.html.
[7.2-4]Dunn V. Collapse of burning buildings: a guide to fireground safety[M]. 2nd ed. Tulsa, OK: PennWell Corporation, 2010:13.
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