火灾对建筑物的破坏及其预防

火灾对建筑物的破坏及其预防

作者：冯川萍

来源：《中国建筑科学》2014年第09期

摘 要：本文阐述了火灾产生的原因、条件，火灾对人类造成的损失，对建筑物的破坏，分析建筑材料抗火的性能。在建筑设计中，建筑物对火灾预防的重要性，使用抗火性强的结构及材料，提倡研发新的且更有效的防火材料。 关键词：火灾；建筑物；结构；预防；研发 1.火灾造成的损失

每一次火灾，每一次爆炸，都令人触目惊心。火灾在我国每年造成过亿元的直接经济损失，数千人死亡。如2013年9月10日，在广州白云区鹅掌坦路发生爆炸事故，造成8人死亡，36受伤。

2013年6月3日，位于吉林省长春市德惠市的吉林宝源丰禽业有限公司主厂房发生特别重大火灾爆炸事故，共造成121人死亡、76人受伤，直接经济损失1.82亿元。 1.1火灾产生的原因

火灾发生的原因是很多的。概括起来、可以分为三个方面：人为、社会和自然三大因素。 1.2人为因素

人为因素是主要原因。由于人们的思想麻痹，用火不慎，不遵守操作规程而引起的火灾。 如宝源丰公司主厂房部分电气线路短路，引燃周围可燃物，燃烧产生的高温导致氨设备和氨管道发生物理爆炸。人为因素是该公司安全生产主体责任不落实，地方消防部门安全监督管理不力，建设部门在工程项目建设中监管缺失，安全监管部门综合监管不到位，地方政府安全生产监管职责落实不力。 2.2社会因素

随着生产的发展，各类电器设施的频繁使用，甚至是超负荷使用，这是导致火灾呈上升趋势的重要原因。频发点多属于楼房建筑物，而楼房建筑物未普及电子式消防安全，企业又不愿花费整改早期落后的消防系统。电线老化而不及时更换也是火灾频发重要的原因之一，安全防火设备落后于电器使用功率的不断增大，这都是普遍存在的现象。

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中国的餐饮习惯，多数使用明火。有的餐厅，为了增加地方风味，临时使用明火较多，如点蜡烛增加气氛，菜肴加热使用炉火等，这方面已多次发生事故。 厨房内设有冷冻机、厨房设备、烤箱等，由于雾气、水气较大，油烟积存较多，电器设备容易受潮和导致绝缘层老化，造成漏电或短路起火；厨房用火较多，油锅起火是十分常见的。

生活生产中产生的静电，也是火灾发生的原因之一。许多工艺过程中，由于物料间的摩擦，可以产生高达几十千伏的静电电位。 2.3自然因素

由于自然的、化学的或生物的作用而引起自燃起火。引发着火过程的“源头”多种多样：明火、高温物体的表面摩擦或冲击产生的火花、静电放电或电气设施产生的电火花、聚焦的日光、缓慢氧化积蓄的热量（缓慢氧化引起的燃烧称为自然）、闪电或雷击等等。

火灾的多发期，常见于秋、冬天。冬天烧火取暖的人较多，还有家用取暖设备（如电炉）功率过大，导致线路负荷过大，而发生火灾，劣质电器（如不合格的电热毯）也可能引发火灾。 另外，秋、冬季干燥也是促使火灾多发的原因。因为冬天的空气中水分较少，所以比较干燥，可燃物体易于着火。 2.建筑物内火灾产生的条件

火灾通常经历三个阶段：着火过程，火灾旺盛阶段，火灾衰减、熄灭阶段。建筑物发生火灾时，火焰温度、长度和方向都是火灾损失，火灾蔓延的重要因素，而实际火灾中火势的大小还与可燃物各类、堆放方式、空气流通情况等有关。

火灾的蔓延不单是火焰引起各种可燃物质延烧的结果。燃烧除必需达到燃点，燃烧过程才能发生。因而，通过各种热传播途径（热传导、热辐射、热对流等）积蓄热量，或由于风力助威（火风）、熔融物滴落、可燃物飞溅或飘落，都可能使火灾迅速蔓延。 3.火灾对建筑物的破坏

从着火到形成火灾，通常需5～10分钟左右。着火以后，灾区的可燃物延烧，进入火灾的旺盛阶段。随着可燃物种类、数量、供氧情况不同，火灾以不同方式持续，对建筑物造成不同程度的破坏情况有以下几种。

3.1闪燃。可燃液体液面上的蒸气与空气混各物发生的一闪即灭的短暂燃烧。由于新的蒸气来不及补充，这种燃烧不会持久，只要不引发其他燃烧，对建筑物基本无害。但是，闪燃是燃爆危险的警告，切不可掉以轻心。

3.2爆燃。由火炸药或燃爆性气体混和物引起的快速燃烧，有时在一瞬间完成。爆燃对建筑物造成损伤的主要因素是冲击波。轻度破坏时仅玻璃破碎、门窗损坏、砖墙出现小于5mm

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的微细裂缝和稍有倾斜。严重破坏时可至房屋倒塌。破坏烈度与冲击波强弱和建筑物结构有关。

3.3持续燃烧。可燃物在供氧的情况下充分燃烧，其旺盛程度与持续时间且与可燃物的种类、数量、堆放方式、位置、供氧情况等有关。火场温度常可达10000C以上，持续时间也可能较长。对建筑物的损害主要来自高温灼伤、烟气损害等，轻则使材料剥裂、脱落，重则发生坍塌。持续燃烧常常是火灾中的旺盛阶段，也是对建筑物损坏最重的阶段。

3.4阴燃。在供氧不足、燃烧物间堆叠紧密，或一些自熄性可燃物中发生的火灾，常呈阴燃或闷烧状态。阴燃也可发生在一般火灾的局部区域或部分阶段。由于浓烈的烟气、大量炭黒使火场浓烟滚滚、毒气重重，因而扑救困难。阴燃持续时间有时可达数日。阴燃对建筑的破坏，主要来自高温和保温过程中建筑材料的解体。

3.5间歇式热冲击。某些生产过程中（高温炉炉门加料等）发生的间歇式热冲击，虽然通常不看成是“火灾”，但是建筑物造成的破坏与火灾一样，唯过程较长。这种现象与短时间火灾对建筑物的损伤常常被人忽略。直到濒危，才被发觉，因而应引起大家的警觉。

3.6火灾后的次生危害。火灾过程中，充分或不充分的燃烧，建筑装饰物里聚胺酯保温材料燃烧产生大量的NO，NO2，CO，HCN等有毒烟气及大量有害的炭黒、焦油，消防冲水后，可产生硝酸HNO3、氢氰酸HCN等。烟气和污水危害的面积比火灾损伤的范围大得多。因内建筑物部孔洞被污水、炭黒等阻塞，对建筑物的净化程度也十分有害。 4.建筑物材料对火灾抗火能力的分析

纵观多年来的火灾，按建筑材料及造成建筑物结构破坏程度分主要有：钢结构、钢筋混凝土结构和砖木结构等。

防火能力好差次序的结构分别是：钢筋混凝土结构、钢结构和砖木结构。其中钢筋混凝土结构的抗火能力最强，其次是钢结构，砖木结构稍逊色。

钢材在一般人看来，是不容易燃烧的，是不用防火的。但是在高温的条件下钢材虽然不会燃烧，但是钢材的刚度和强度会迅速降低。一般的碳素用钢的使用温度在300～350摄氏度以下。这个温度能够保证钢的强度，这个范围以上，就容易引起蠕变，降低钢材料的强度和刚度。钢的熔点约为15380C，随含碳量提高熔点会降低。

其中最著名的要数美国世贸中心在“9.11”事件后更引起人们的关注。原美国世贸中心的南北楼高度、结构均一样，以钢结构为主。

世贸南楼在北楼之后被撞，却先于北楼倒下，是什么原因使得北楼坚持了102分5秒，南楼却在被撞56分10秒后就倒下呢？明显的原因是飞机撞击两幢楼的速度不一样，撞击 南楼的速度至少比北楼的速度高100英里。

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其他火灾中，混凝土自身的抗火能力比钢结构要强，在短时间中不会立即破坏、倒塌。又如2010年11月15日，上海余姚路一栋28层高层公寓起火，该公寓高85米，为钢筋混凝土结构。火灾后，大楼几乎被烧成面目全非，剩下孤零零的混凝土框架，楼内景象面目全非，许多混凝土柱虽烧得灰白、爆裂甚至钢筋局部裸露，但仍然直立而并不倒塌。

无保护层钢结构的耐火极限为0.25h，而断面为37cm×37cm的混凝土柱或砖柱的耐火极限可达5h。37cm厚的混凝土或砖实心墙体耐火极限为10.50h。

砖木结构的房屋，到目前为止，已极为少建了，只有古建筑仍保留下来。木结构部分是不耐火的。

火灾过程中，由于消防射水的骤然冷却及结构应力应变等影响，建筑物随时可能坍塌，可能造成重大损失和伤亡，必须特别小心。这一阶段中大量烟气和消防用水变成污水遍地溢流造成对建筑物的损伤，如远离火灾区域的装饰材料、保温材料的污染失效等也是不可低估的。 不同建筑材料的抗火能力分析比较：

火灾中混土构件表面的灼着温度大多在330～5700C之间，可析出水化铝酸三钙、羟钙石等脱水及大量凝胶脱水造成的结果，如果较长时间的三五百度下的烘烤引起大量的凝胶脱水，使梁上出现大量垂直分布的收缩裂缝。这类灼烧深度在10～30mm之间，对构件破坏明显。 在高温燃烧过程中，混凝土中各种水分（物理结合水、化学结合水、游离水等等）的逸出，可以带走大量的热，使混凝土升温的速度远远滞后于火场升温速度。水化产物的分解、碳化产物的分解也都是吸热反应，因而，常常是混凝土表面的局部破坏引起了弃次保主的作用。而对一些高温火灾，除了混凝土中碳化产物方解石分解产生大量灭火性二氧化碳气体外： 留下的游离石灰还能与混凝土中的硅、铝等元素发生复杂的高温反应，形成玻璃相或一些高温化合物组成的致密硬壳。这一层硬壳与水分逃逸留下的蜂窝状组织形成一隔热层，使内部的混凝土受到保护，可大大减轻火灾对混凝土内部的破坏。

钢结构在火灾中的行为与混凝土完全不同，火场的高温可以迅速传达到钢结构件的内部和远离火场的端部，使其发生弯曲变形甚至熔融。钢结构在无混凝土或防火涂料保护的情况下15分钟就开始渐渐失去支持能力，常常使人们来不及救冶。混凝土结构中裸露的钢梁、支撑、拉索遇火时，就因它们的变形而加速混凝土结构在火中的破坏。 5.建筑物对火灾的预防

5.1防火的预防工作从建筑设计做起

从事建筑行业的从业人员，上岗前必须进行安全和防火教育，熟悉防火规范。

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而从事建筑设计的工作人员，必须从规划设计做起，特别是易燃易爆的化工工厂设计。必须按国家有关规定进行勘察、审查，使易燃、易爆、剧毒、液化石油气储罐等设施，远离与居民和交通道路 ，符合安全距离，而且危险品不能混堆混放。

建筑上的防火安全设计，最广泛采用的是“防火分隔法”，即用防火墙、防火门、防火板、防火楼梯等将建筑物的大空间分隔成许多小空间，遏制火灾的蔓延。 5.2建筑物防火材料的研发必要性

近二十年来， 国际和国内对防火材料的研究都在进行着。美国的国家防火协会（NFPA）自“9.11”事件后对火灾进行了调查，对建筑物的防火性能及修复加固后使用的可能性都进行了研究。美、日及欧洲各国都对建筑材料和建筑结构（梁、板、柱、墙等）的耐火性能进行过大量的试验和研究。我国近年也作了关于高层建筑防火性能、防火阻燃建筑材料、建筑物防排烟、建筑系统的火灾监控等内容的研究。

国内近十年的研究出多种建筑材料且已得到用效的应用，如防火的复合材料——碳纤维。所谓复合材料，使多种材料能按人们的设想来设计、剪裁、制造出性能超过任何单一组分的、更实用的新产品。碳纤维正是高强修补且防火材料中的好料子。

防火墙中常常被电缆、槽渠、管道等穿过，于是，防火PVC管、膨胀阻火圈应运而生。 蛭石，也是防火材料的佼佼者，蛭石是一种层状硅酸盐，在碱性环境中比较稳定，蛭石制品有较好的耐久性，不易腐蚀变质、不被虫蛀。蛭石制品或蛭石砂浆在石油化工企业、冷库、车道、矿井壁、遂道等场合有广泛的应用，且有保温、隔热、防火、消声、抗震减震等多种功能。

装饰材料中，防火材料的研究，更是层出不穷，每年都有新品种出现，对防火性能的要求也愈来愈来高，这也是和我国近年来建筑物高度愈来愈来高相适应的。 参考文献

[1] 网易新闻，2009、2013. [2] 城市建设理论研究，2012.14. [3] 筑龙网，2013.