建筑物坍塌灾害事故的抢险救援.ppt
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1、建筑物坍塌灾害事故的抢险救援,建筑物坍塌灾害事故是指由于人为或自然因素,造成各种建筑工程结构整体或局部倒塌,导致重大人员伤亡和巨大经济损失的灾害。近年来,国内外建筑物、构筑物坍塌的比率不断增加,坍塌事故时有发生,甚至部分坍塌事故造成包括消防人员在内的重大人员伤亡和巨大财产损失。,2006年5月以色列耶路撒冷南郊的塔皮奥特24日深夜发生一起房屋倒塌事故,造成近200人受伤、3人死亡。,同年10月8日,救援人员在巴基斯坦首都伊斯兰堡一座在地震中倒塌的10层楼房废墟上搜寻幸存者。巴基斯坦当天上午发生7.6级地震,导致至少数百人死亡。,2006年3月28日深夜,印度尼西亚苏门答腊岛附近海域发生里氏8.
2、5级强烈地震。这是最近一个世纪以来发生的最强的5次地震之一。,在建筑物坍塌灾害事故中,比较著名和典型的事故就是“2001年美国9.11恐怖袭击”和2003年我国“湖南衡阳11.3特大火灾坍塌事故”,以及2005年10月8日发生的南亚地震(上世纪以来死者最多的灾难之一)。,四救援难度大,作战时间长,突发性强,人员伤亡大,二容易引发次生灾害,三破坏性强,经济损失大,五善后工作重,社会影响大,建筑物坍塌灾害事故的特点,建筑物随着火灾的发展其坍塌具有一定的突发性,并且事故前兆不明显,允许人员逃生的时间极短,当人们察觉险情的时候,倒塌事故往往已造成严重后果。火场指挥员在火灾现场混乱复杂的情况下,对建筑坍
3、塌的时间是很难做出准确地判断。在火灾坍塌情况下,被困人员受火势、疏散通道、建筑物坍塌等因素的影响,逃生十分困难。,美国世贸大厦两座主楼的坍塌,分别发生在火灾后62分钟和115分钟。世贸大厦有110层,分别高415米和417米,内部有239 部电梯和71部自动扶梯,而发生灾难时两座大楼内共有近万人,经消防人员疏散后,大楼坍塌时,楼内还有2000多人,两座大楼的坍塌间隔时间为35分钟,逃生困难造成此次建筑坍塌中2792人死亡。其中有343名消防警察。,在火灾坍塌情况下,被困人员受火势、疏散通道、建筑物坍塌等因素的影响,人员逃生十分困难。,世贸大厦的废墟,湖南衡阳“11.3”建筑的坍塌时在火灾发生3
4、小时后。,2003年11月3日凌晨5时许,湖南省衡阳市珠晖区衡州大厦发生特大火灾。衡阳市消防支队5时39分25秒接到报警后,先后调集4个公安消防中队、4个专职消防队共16台消防车和市环卫局2台洒水车,150余名消防指战员赶赴现场进行灭火救援。上午8时许大火基本控制,大楼内94户412人及周边楼宇居民全部疏散撤离到安全地带。8时33分,大楼西北部分(约占整个建筑的五分之二)在没有任何迹象的情况下,突然坍塌,现场立即由火灾扑救转为灭火与救援同步进行。这次特大火灾坍塌事故,造成36人伤亡,其中20名消防官兵壮烈牺牲,11名消防官兵、4名记者、1名保安不同程度受伤。,北,11,.,3,锈蚀,衡,州,大
5、,厦,牺牲消防官兵位置,江春茂所处位置,石鼓中队班长江春茂,在被埋压了40多个小时之后获救。,建筑物坍塌灾害事故的特点,突发性强,人员伤亡大,二容易引发次生灾害,三破坏性强,经济损失大,五善后工作重,社会影响大,四救援难度大,作战时间长,由原生现象和直接因素所造成的灾害为直接灾害,直接灾害导致的其他灾害均属次生灾害。在一定条件下,次生灾害甚至比直接灾害更严重。,突发性的建筑物倒塌事故,可能造成建筑物内部燃气、供电等设施损坏,导致火灾的发生;尤其是化工装置等构筑物的倒塌事故,极易形成连锁反应,引发毒气(或毒液)泄露、爆炸等事故,导致灾害的进一步扩大。,建筑物坍塌灾害事故的特点,突发性强,人员伤亡
6、大,二容易引发次生灾害,三破坏性强,经济损失大,五善后工作重,社会影响大,四救援难度大,作战时间长,由于恐怖袭击而导致的世贸大厦起火坍塌,共造成周边4座建筑物彻底坍塌和10座建筑物不同程度的破坏,直接经济损失上百亿美元,不仅影响了美国经济,其负面影响使世界经济减少了4个增长点,损失近1650亿英镑。,而衡阳特大火灾坍塌事故造成94户(412人)严重受灾,建筑面积为9000余平方米的建筑整体坍塌4000余平方米,火灾直接经济损失450多万元。,建筑物坍塌灾害事故的特点,突发性强,人员伤亡大,二容易引发次生灾害,三破坏性强,经济损失大,五善后工作重,社会影响大,四救援难度大,作战时间长,一旦发生大
7、型建筑物、构筑物坍塌事故或由于地震等自然因素引起大片建筑物倒塌,往往导致较大的人员伤亡以及并发次生灾害,救援难度极大。根据灾情所需,救援投入的力量较多,不仅涉及到消防部队,还涉及到公安、医疗救护以及水、电、燃气、交通等部门。,由于被埋压待救的被困人员较多,受装备限制,救援行动的有效性势必会减弱,救助往往是长时间连续作战。,湖南衡阳“11.3”特大火灾坍塌事故,按照国际惯例,建筑坍塌后为确保被困人员的生命安全,最初的抢险救援工作不能使用大型的机械设备,湖南衡阳“11.3”特大火灾坍塌事故发生后,最初的抢险力量都是采用手工或小型机械进行施救的,到确认被困人员无生存的希望后才调动大型机械设备,经社会
8、各界抢险救援力量历时73个小时,才将被困人员全部救出,而整个救援工作持续至12月14日才彻底结束。,美国“9.11”事件发生后,其抢险救援力量耗时近两年才将事故现场清理完毕。,建筑物坍塌灾害事故的特点,突发性强,人员伤亡大,二容易引发次生灾害,三破坏性强,经济损失大,五善后工作重,社会影响大,四救援难度大,作战时间长,建筑物毁灭性坍塌事故发生后,人员伤亡重,社会负面影响极大。,衡阳特大火灾坍塌事故,使412人无家可归,灾民安置、死伤者抚恤金等问题成为当地政府的一项重点工作;而备受社会关注的事故原因,也成为全国人民关注的焦点。如果灾民得不到妥善的安置、事故原因不尽快调查清楚,将直接影响到当地社会
9、的安定。,美国世贸大厦坍塌事故遇难人员的遗体辨认工作至今仍在继续,殉职的343名消防警察的遗体,仍有201人需要进一步核实,现场清理工作中发现的20000块人体碎片仍需要进行DNA鉴定。,世贸中心110层的南楼在倒塌的时候,部分建筑砸毁了德意志银行15层楼。现在德意志银行大厦仍然是空着的,外面用黑色的网罩覆盖着,里面含有大量的石棉、世贸中心废墟以及其他有毒化学品。在把这栋遭严重毁损的德意志银行逐层拆除前,工人们需要清理大厦中的这些有毒化学材料。去年秋天,这项工作刚刚开始的时候,工人们就已经在楼顶上发现了10具残骸,最近数周以来,又陆续地发现了80多具尸骨。在瓦砾废墟中发现的尸骨碎片,绝大多数都
10、不到1/16英寸长,现在都被小心地堆在这栋41层大厦顶层。发现的残骸将被送往DNA实验室进行检测,能确定身份的将归还给受害者家属,不能确定身份的将被储存在世贸中心纪念馆,以便以后等待科技的发展,用更先进的技术进行检测。因为有些911受害者家属抱怨工程进展太慢,要求派恢复专家帮助这些建筑工人,本周两位消防部门主管和一些退休的消防人员也加入搜寻受害者遗体的工作。,建筑物坍塌的原因,建筑物在火灾中的破坏坍塌,与建筑的主要承重方式及承重材料的耐火性能有关。现代建筑的承重方式,主要分为墙承重结构,骨架承重结构以及内骨架承重结构等几种形式,这些承重结构(墙,柱,楼板,屋顶等)的材料主要有木材,砖石,钢筋混
11、凝土以及钢架结构等几种。这些建筑承重结构的材料,在火灾高温下均会发生不同的破坏。,主要构筑承重材料的耐火性能,(一)砖的耐火性能,砖的类型很多,如:黏土砖,煤渣砖,硅酸盐砖等。砖的耐火性能与砖的原料性质,砖墙厚度和外表粉刷层防火程度有关。如:烧结后的黏土砖能承受800900高温;而硅酸盐砖在300400就开始分解开裂。,象大理石,花岗石等,虽然属于不燃材料,但是在高温下遇冷水喷射容易爆裂。,硅酸盐砖,黏土砖,(二)混凝土的耐火性能,混凝土是由水泥,黄沙,碎石等骨料和水混合而成的,较厚的混凝土具有较好的耐火性能,但是当高温后受冷水喷射易碎裂。钢筋混凝土具有较好的承载能力和耐火性,在建筑中应用最为
12、广泛的承重结构材料。钢筋混凝土柱一般耐火极限为3小时,梁为2小时,楼板为1.小时,但是预应力钢筋混凝土楼板的耐火极限为0.85小时,一经破损会迅速断裂。,混凝土强度的意义:强度是混凝土最重要的力学性质,混凝土主要用于承受荷载或抵抗各种作用力。混凝土强度与混凝土的其它性能关系密切,一般来说,混凝土的强度愈高,其刚性、不透水性、抵抗风化和某些侵蚀介质的能力也愈高,通常用混凝土强度来评定和控制混凝土的质量。,劣质混凝土,(三)钢结构的耐火性能,作为钢结构建筑,它的优点,一个是强度高,适合于大跨度和高层结构,抗电性能好,在比较高的地区,优先采用钢结构。,钢结构另外一个优点施工速度快。应该体现在连接方式
13、上。用在写字楼住宅这一块,高层结构,基础比较省。从另外一个角度来讲,钢结构强度高,可利用空间比较大。,高层结构像电视塔、桥梁钢结构用的更多了。高层钢结构方面,在公共建筑:办公楼、医院急救中心、商店、建材超市等等适用比较广泛。,钢结构的耐火性能极差,钢材在300400时,强度急剧下降,600时失去承载力,特别是过热的钢结构遇水冷却会立刻变形坍塌。,二、火灾高温作用对钢筋混凝土和钢结构的破坏,(一)高温对混凝土的物理影响,在火灾初期,混凝土构件受热表面层发生的块状爆炸性脱落现象,称为混凝土的爆裂。它在很大程度上决定着混凝土结构的耐火性能,尤其是预应力混凝土结构。,混凝土的爆裂会导致构件截面减小和钢
14、筋直接暴露于火中,造成构件承载力迅速降低,甚至失去支持能力,发生坍塌破坏。,(二)高温对混凝土的化学影响,由于高温的影响,混凝土材料会发生化学变化,强度延性降低,钢筋和混凝土之间的粘结作用削弱,导致整个结构和构件的物理力学性能降低,产生损伤。当温度超过300以后,随着温度的升高,混凝土抗压强度逐渐降低。同时在火灾高温条件下,混凝土的抗拉强度随温度上升明显下降,下降幅度比抗压强度大10%15%。当温度超过600以后,混凝土抗拉强度则基本丧失。火灾对钢筋也会造成很大影响。钢筋的强度随受火温度的升高而不断降低,其变化与钢筋品种有关。,(三)高温对钢筋和混凝土黏结力的影响,高温作用下的钢筋和混凝土之间
15、的黏结强度变化对其承载力影响很大。由于钢筋膨胀系数大于混凝土的膨胀系数,混凝土环向挤压钢筋,从而使钢筋和混凝土之间的黏结力增大,但随着温度的升高,由于钢筋与混凝土之间的变形差异增大,以及混凝土的抗拉强度降低和混凝土产生内部裂缝,从而使钢筋与混凝土的黏结力逐渐降低直至完全破坏。,(四)高温对钢结构承重力的影响,钢结构的承重性能受火灾影响最大。虽然其本身不会燃烧,但在火灾情况下,强度会迅速下降,一般结构温度达到350、500、600时强度分别下降1/3、1/2、2/3。根据理论计算,在全负荷情况下,钢结构失去静态平衡稳定性的临界温度为500左右,而一般火场温度将高达8001000左右,在这样的高温
16、下,裸露的钢构件会很快出现塑性变形,产生局部破坏,造成钢结构整体坍塌,因此,没有保护层的钢结构是不耐火的。,现有对于防火产品、工具、设备和系统耐火性能测试都是在人工模拟火灾的环境中进行的,在测试过程中都是按照制定好的标准进行的,一般应包括测试标本的安装以及已设计的“标准火灾曲线图”。,在点燃后的最初几分钟内温度将急速上升,达到1200 的高温甚至更高,而温度达到最高点后会下降。,2001年9月11日的纽约世贸大厦遭遇的恐怖袭击不仅震惊了整个世界,而且引发了就普通高层建筑以及特殊钢结构的消防安全的大讨论。显然,专家们的种种调查、研究、模拟、理论还未能达成广泛一致或形成在科学上被统一接受的结果。,
17、到目前为止,对世贸大厦倒塌调研结果的各方评论还未停止。我们现在所要讲的最终结论是来自于从2001年9月至今的调查研究所证明的事实。,(1)此次事件的特殊情况。世贸大厦的情况远远超过了标准、建筑法规或已有测试的范围。其的高温是由于飞机燃料燃烧所引起的,所以研究这样的温度“真实火灾”来说并无太大的意义。,(2)钢结构与其他材料。如果使用其它的建筑材料,那上述提到的高温下就需要采取有一定可比性的、附加的火措施。,事件情况,(4)建筑法规与实际消防的差距。1970年的纽约建筑法规定,类似世贸大厦这样高层钢结构建筑的绝热层应至少为38mm以达到2h的耐火时间。事实上,由于港务局特殊的法律环境,绝热层的铺
18、设不必完全与法规一致。所以在20世纪70年代世贸大厦设时,类似世贸大厦仅使用了厚度为19mm的绝热层。,(3)自动喷淋系统的作用。很显然,即使用于自动喷淋的水罐与送水管道未被飞机撞坏,而且自动喷淋会在警铃响喷水,这样强的大火还是不可能用水熄灭。因此调查指出了个事实,就是根据水-碳-曲线图,特大火灾需要用化学泡沫来进行有效的灭火。,(5)两种厚度绝热层应用后的讨论。,1996年港务局总工师Frank建议“按照纽约城市建筑法规规定应用38mm厚度的绝热层。”尽管如此,到2001年9月11日为,只有不三分之一的北楼构架使用了38mm厚度的绝热层。Frank的建议未能很好实施的原因主要在于,对每个单一
19、楼层钢结构进行加厚的困难很多,此外,施工只能于晚上或假日内无人时才能开展。即使不考虑所有讨论与假设,南楼的绝热层一定比北楼的薄。这就是为什么北楼先受到飞机的撞击,是在115min后才开始倒塌,而南大厦稍后被飞机撞击,却在62min后即倒塌的原因。,(6)世贸大厦的特殊设计。世贸大厦是世界上最先采用管状结构的大厦之一,而早期的大厦都使用了框架结构。相比较而言,这种管状结构更适应高处的强风。其优点是除去了内柱,以节省更多的楼层空间。轻型楼层构架被延伸到了18m,这在当时的高层建筑中是独一无二的。,然而另外一项研究却表明,有关绝热层厚度的讨论是没意义的。瑞士苏黎的FONTANA教授证实:即使钢材的热
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