消防员关注的建筑问题:结构倒塌

由格雷戈里·哈维尔

任何类型的建筑的所有结构都是相似的,因为它们可以被自然力量(如地震、洪水和大风)和意外或蓄意行为(如火灾、爆炸和冲击)破坏或摧毁。

建筑物的损坏可以是局部的,也可以是严重的,足以导致其完全破坏或倒塌。破坏的程度受结构构件的强度和耐火性能、其在结构中的位置以及受力或作用的严重程度的影响。结构构件的强度、耐火和损伤问题包括:

  • 在V型(木结构)建筑中,所有的结构构件都是可燃的。那些人造和复合材料,如i型托梁和桁架,比锯材损坏更快。空间会导致火势蔓延。如果有自动喷水灭火系统,它可能只保护被占用的空间。
  • 在IV型(重型木材)建筑中,柱、梁、地板和屋顶是可燃的;虽然它们可能比尺寸木材更难点燃,但它们是一个很大的燃料负载。承重墙是砖石结构,当可燃构件烧毁或倒塌时,由于重新分布的偏心荷载会导致墙体倒塌。一个多世纪以来,自动喷水灭火系统为这类建筑提供了良好的保护。
  • 第III类(一般;砖和托梁结构的建筑物、梁、地板和屋顶都是可燃的。承重墙是砖石结构的,当可燃构件燃烧或倒塌时,它会倒塌。空间会导致火势蔓延。自动喷水灭火系统为这类建筑物提供了良好的保护。
  • 在第二类(不燃)建筑中,结构构件是不燃的。然而,与第IV型或第I型相比,它们的质量很小,并且可以迅速被建筑物内的火灾的热量削弱。消防喷淋系统的启动可以限制火灾的发生,延缓结构倒塌。
  • 在第一类(耐火)建筑中,结构构件本身是耐火的,或者是用耐火材料包裹它们而制成的。如果火灾温度足够高,且不受自动喷水灭火系统的限制,就会破坏结构系统,导致其倒塌。

除了结构成员的失败,力量和行为可能导致的建筑负荷再分配,会导致负载通常是轴向(直穿过墙上的中心或列)成为偏心(墙的一侧或列)或扭(扭墙上或列)。这些位移会使结构构件过载,导致连接失效,并导致局部或整体结构崩溃。

消防员关注的建筑问题:结构倒塌

(1)

图一展示正在兴建的部分校舍。原结构失效构件或它们之间的联系可能导致建筑物或其中的一部分倒塌。主要的结构构件是指那些没有它们结构就无法支撑的构件。它们包括承重墙(图1编号1,1)、柱子(图1编号3)和大梁(图1编号2,包括支撑楼梯的脊板和剪板机/剪板机组件)。

次构件或次构件之间的连接处的破坏会引起结构局部倒塌。次构件由主构件支撑,包括屋顶和楼板搁栅(图1 4)、其他类型的梁和桁架、楼板、隔墙和屋顶。


(2)

我们必须记住,大多数建筑都是“系统”,其中每个结构构件都与其他构件相互作用,并在完成的建筑中服务于不止一种功能。图二为正在兴建的工厂大厦。可见的主要结构构件包括承重墙(预制绝缘混凝土墙板)、钢柱和梁桁架。二级结构构件包括支撑屋顶的钢筋搁栅,将安装在钢筋搁栅底部弦上的钢支撑,以及将焊接或拧到钢筋搁栅顶部的波纹钢屋顶甲板。在这些系统中

  • 承重墙和柱子支撑和支撑着钢结构和屋顶。
  • 梁桁架支撑承重墙,支撑屋顶搁栅和甲板。
  • 屋顶搁栅(钢筋搁栅)支撑承重墙和梁桁架,并支撑屋顶甲板和屋顶。
  • 屋顶甲板支撑屋顶膜,并为结构钢、承重墙和整个建筑提供横向和对角支撑。

在照片2中,可以看到地面和墙板之间的斜撑为墙壁提供临时支撑。他们将被移除只有在所有的结构钢焊接或螺栓到位和大部分的波纹钢屋顶甲板已经连接。

在对发生事故的建筑进行评估时,我们必须进行结构评估:

  1. 事件的影响是否局限在一个房间或隔间内?
  2. 事故的影响是否仅限于一层楼?
  3. 事故是否危及主要结构构件,并有完全倒塌的危险?
  4. 事故是否危及二级结构构件,并有局部倒塌的危险?
  5. 如果数字3或4是正确的,是否轴向载荷移位,成为偏心或扭转?
  6. 是否存在其他不属于建筑设计的荷载?
  7. 如果数字3到6中的任何一个是正确的,这个建筑是否仍然足够稳定,可以进行内部行动,包括搜索和救援?
  8. 如果7是正确的,它能维持多久稳定到足够内部运作?
  9. 如果数字7或8是假的,我们如何稳定结构,以便我们可以执行搜索,救援和其他内部行动?

关于这些想法的更详细的讨论,请回顾

  • 争吵消防部门的建筑工程4thedition, Brannigan和Corbett。美国国家防火协会和Jones & Bartlett, 2008年。
  • 与消防有关的建筑工程3.理查德·道金斯版。IFSTA和防火出版物,2010年。
  • 燃烧的建筑物倒塌,文森特·邓恩。188金宝搏是正规吗消防工程书籍和录像,1988。
  • 火地的安全和生存文森特·邓恩。188金宝搏是正规吗消防工程书籍和录像,1992。
  • “轻钢结构,格雷戈里·哈维尔。188金宝搏是正规吗(印刷杂志)2005年11月。
  • 预制混凝土墙板。格雷戈里·哈维尔。188金宝搏是正规吗(印刷杂志)2006年12月。

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格雷格·哈维尔谈到消防员的建筑施工格雷戈里·哈维尔是伯灵顿市(WI)消防部门的成员;退役副局长、培训官;而且是30岁的消防老兵。他是威斯康辛认证的二级消防教练、二级消防官员和消防检查员;在Gateway技术学院担任消防服务课程的兼职讲师;Scherrer Construction Co., Inc.安全总监。哈维尔拥有圣诺伯特学院学士学位;拥有30多年的设施管理和建筑施工经验;并在FDIC上过课。

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