建筑工程防灾与减灾 论文

中国农业大学课程论文（2009-2010学年春季学期）论文题目：央视大火引起的结构破坏及经验教训课程名称：建筑工程防灾与减灾任课教师：蒋秀根班级：土木072学号：0709070204姓名：孙凯成绩央视大火引起的结构破坏及经验教训孙凯中国农业大学水利与土木工程学院摘要：2009年中国中央电视台新台址北配楼发生火灾，时值元宵节，不仅造成了极其严重的经济损失，并致使一名消防员殉职，更造成了极其恶劣的社会影响。身为国家电视台，政府的喉舌，舆论的向导，竟然不顾北京的烟花燃放规定，擅自燃放违规的烟花爆竹，并引发火灾。后续又发现央视购进烟花爆竹的过程中，个别责任人涉嫌“吃回扣”，更是引发了对这场火灾背后责任的问查。火灾后的新台址北配楼主体结构虽没有垮塌，但是因为过火，结构仍然受到严重损坏，经专家论证，被搁置一年有余才开始进行修复。央视也引发大家对高层建筑防火的关注，新的针对于高层建筑的防火灭火规范开始试用。Abstract:ChinaCentralTelevision,2009NorthSideBuildinganewfirestationsite,atimewhentheLanternFestival,notonlycausedaveryseriouseconomiclosses,andresultedinthedeathofafireman,butalsohadextremelybadsocialimpact.Asstatetelevision,themouthpieceofthegovernment,themediaguide,evendespiteBeijing'sfireworksregulations,unauthorizeddischargeofillegalfireworksandfires.Follow-upalsofoundthattheCCTVintheprocessofbuyingfireworks,individualresponsibleallegedkickbacksistriggeredontheresponsibilityofaskingthefirebehindtheinvestigation.Thenewfirestationsite,althoughnottoNorthSideBuildingofthemainstructurecollapsed,butbecauseofexcesses,thestructureisstillbeingseriouslydamagedbytheexpertsargued,wasshelveduntilmorethanayeartorepair.CCTVhasalsoledustothehigh-risebuildingfiresafetyconcerns,thenewhigh-risebuildingforthenormsoffirefightingontrial.关键词：央视大火，受火结构，过火结构，新规范正文：一、央视大火事件2009年2月9日（农历农历己丑牛年正月十五）晚21时许，在建的央视新台址园区文化中心发生特大火灾事故。火灾在当晚九点左右发生，六个小时后，大火才被扑灭。火灾起因是央视擅自燃放A类烟花，致使坠落的烟花火星落入顶楼通风口中，点燃通风口中的表面防水材料。大火在通风管道内迅速蔓延，致使5层至顶层均有过火迹象，而15层以上的建筑结构受大火影响明显而且愈发严重。当夜千余名当地群众被疏散。因当晚北京只有不到0.9m/s2的微风，大火并没有随风蔓延造成更加严重的损失。经统计，本次大火致使建筑物过火、过烟面积21333平方米（约占总建筑面积的三分之一），其中过火面积8490平方米，造成直接经济损失16383万元。救火过程中有六名消防员及两名施工工人受伤，其中消防队员张建勇牺牲。此次事件因涉及中央电视台新台址而引起社会各界的广泛关注。在舆论的强大压力下，大火案背后的隐情也逐渐被披露在世人面前：1．央视燃放的烟花是A类烟花在北京市五环以内是禁止燃放此类烟花的，可是当晚时任央视新台址办公室主任的徐威不顾工地施工人员、交警、央视保卫处等多方劝阻，执意燃放，最终导致央视新台址北配楼发生大火。让人哭笑不得的是，徐威在燃放烟花同时，竟然还设置了多架摄像机，想作为第二天的《新闻联播》中相关新闻的镜头，结果这几家摄像机记录了私自燃放烟火的罪证，也确实为《新闻联播》提供了几个角度极佳的镜头……2．央视这场耗资百万的烟火表演，仅仅由徐威一人策划，事后央视相关负责人出面道歉时竟表示徐威的提议未被批准。价值百万的烟火表演，动用电脑控制以及多台摄像机及相关设备竟然是在未被批准的情况下，这不禁引起人们群众的责难。3．35万烟花10万回扣。在审讯过程中，证实原本预计燃放的烟花价值35万，但中间人宋哲元一人就拿了10万“过手费”，很难说这场焰火表演中到底有多少钱就这样流进了个人的腰包。二、央视失火楼资料央视大火之所以这样受关注除了和央视这块响亮的招牌有关，还有一个重要的原因，就是这场大火烧的并不是央视旧有的办公大楼，而是从选定新台址设计方案开始就饱受争议的新台址的北配楼。央视大楼新台址最初由荷兰人雷姆·库哈斯和德国人奥雷·舍人设计，其本身的设计过于“前卫”，在2004年被央视选中开始动工建设，预计2008年竣工，并承担2008奥运会的转播任务。任何一个人第一眼见到央视新台址的效果图的人都会表示惊奇，这个像几块积木用胶水粘起来一样的建筑，上部有绝大部分结构悬空，没有任何支撑，结构整体中心还有一个空洞。这个扭转着闭合的环，悬挑的超高层建筑，虽然很有视觉冲击力，但是在北京这样一个抗震要求严格的城市，它的设计十分不安全，任何一个中等强度的地震对他来说可能都是一场重大的考验。另一方面，央视新台址的施工费用经过了多次追加，由最初的50亿追加到100亿，而追加的主要原因是“抗震设防烈度由原先的7度提高到9度”。这真是一个糟糕的理由，最初难道不是9度设防么？如果不是的话，是谁允许它开工建造的？这个理由被堂而皇之的拿出来是让人嘲笑的么？不仅仅是施工费用，这幢建造之初就是预计为2008奥运会服务的建筑，直到2008年底才竣工并于2009年初投入使用……话题回到被烧毁的新台址北配楼上来。被烧毁的北配楼邻近央视新大楼，共30层，高159米，建筑面积103648平方米，地上部分主要由5层高的楼裙和30层的塔楼组成，两层地下室主要用做车库及设备用房。建筑主体为钢结构，失火时建筑主体已经完工，正在进行内部和外部的装修，装修现场有大量可燃易燃物。大楼原本使用规划为：首层至四层设立中央电视台电视文化中心（TVCC），五层设置五星级餐厅及游泳池、商店等娱乐场所，六层至二十五层为酒店客房（失火时已经装修完毕），二十六层内设CCTV演播大厅，二十七层为空中餐厅，二十八至三十层为设备层。大火过后，酒店客房装修已经被毁于一旦，十五层以上隔板等构件亦有毁坏的迹象；二十六层演播大厅已经部分坍塌，中庭已经与上层贯通；二十七层及其以上楼层只有主体钢结构还保存完好，但也已有变形。三、受火及过火过程中的结构1．火情出现及其蔓延大火最初出现在建筑物顶层，并顺着通风通道迅速蔓延；建筑主体为钢结构，导热性能良好，加之建筑物本身内部有大量可燃易燃物；时值春节放假，大楼内没有任何工作人员；大楼内部的消防设施虽已布置完毕，但仍无法投入使用。以上这些原因，致使大火前期根本无法控制。大火蔓延后，消防队及时赶到，但是只能将水压送到四五十米高的灭火水枪对于从将近10米高的建筑顶部开始蔓延的火情而言，仍是鞭长莫及。消防队也一度束手无策。最终用高压水枪才勉强将火势控制住。总之，央视大火由于是近年来不多见高层建筑大火，内部消防设施没有投入使用，外来消防设施又没有针对高层建筑的有效的消防措施，使得大火肆虐，受火大楼虽未垮塌，但仍遭到严重毁坏。这也对高层建筑防火敲响了警钟，促进新型消防车的发展。2．大火持续时对结构影响大火从发现到完全扑灭持续约六个小时，大火温度约为400℃至600℃。钢结构本身在火中本身材料性质将发生很大改变，这加强了火灾对钢结构的影响。1）钢梁受到的影响央视大火主要为从建筑上部向建筑下部蔓延的主要趋势，钢梁在受火面和背火面温度差异大，变形严重。在梁端约束作用下，火灾中的约束钢梁能够产生很大的变形而且不会在瞬间坍塌。在梁中产生的轴力对梁在火灾中的行为有很大影响，而且在后期还会产生悬链线效应。影响约束钢梁行为的因素包括：荷载类型、轴向约束刚度、转动约束刚度、梁截面温度分布等。【1】梁受热膨胀产生很大的轴压力，H型钢梁上部温度高膨胀明显，下部温度低，膨胀相对较小，相成一个拱式结构，加上结构自重，梁此时所受弯矩较小，主要的结构荷载变成了轴力。此时钢梁对柱的作用有三个，钢梁自重，钢梁与设计假设相反的弯矩，以及对柱向两侧的推力。由于与假设的弯矩方向相反，钢梁与钢柱的铰接点可能发生失稳屈曲。在火势传递下来之后，钢梁变软，上下两侧变形趋于一致，再加上本身可能产生的失稳，最终在重力影响下钢梁重新变成悬链线样式，结构变形如图1。如图，在图示的钢梁的变形效果之下，钢梁的挠度最大变形发生在梁中部，比两侧固结的梁变形要大，但是此方式更利于消耗能量。此时柱的受力仍有梁的压力、弯矩，但是水平力变成像结构内部的力图1钢梁变形2）钢柱受到的影响钢柱的受力在火灾升温阶段主要是柱的变形引起内力。柱在升温阶段，内部温度比外部温度要高，内部变形大于外部变形，整个结构的柱体有向外弯倒的趋势。如图2。加上梁结构对柱体的拉力，柱体的挠曲变形反而不大，此时柱体若破坏主要是水平向的剪切应力达到极限状态。约束钢柱有两种临界状态：屈曲临界状态和破坏临界状态。约束钢柱的屈曲临界状态为约束钢柱轴力达到最大值时的状态，对应的温度为约束钢柱的屈曲温度；约束钢柱的破坏临界状态为其轴力重新恢复至初始轴力的状态，对应的温度为钢柱的破坏温度。当不允许结构构件发生大变形，或者为避免结构屈曲时变形突然增加而产生的动力效应导致结构破坏，应按照屈曲临界状态设计，钢柱温度不能超过其屈曲温度；当允许结构发生大变形时，可按照破坏临界状态设计，钢柱温度不能超过其破坏温度。【2】3．大火扑灭后对结构影响大火扑灭后结构冷却，结构冷却，各部分构件重新变形，内力重新分布，结构进入失火以来另一个结构受到考验的时期。但与大火蔓延时不同，此时的建筑结构构件的强度不断增加，这对于抵抗增加的内力是有利的。1）钢梁的冷却受到的影响在降温段各因素对约束钢梁的影响可归纳为：①降温段梁的变形恢复相对于高温下产生的总的变形来说很小，轴向拉力随着温度降低而增大，在温度降至常温时，有可能产生很大的轴向拉力。②梁开始降温时的温度越高，变形恢复越大，轴力的增长值越大。③梁的轴向约束刚度越大、转动约束刚度越小，梁的变形恢复越大；梁的轴向约束刚度越大、转动约束刚度越大，轴力的增长值越大。但当梁的等效转动约束刚度小于0.1EI/L时，和梁端自由转动的梁的降温端情况近似。【3】火灾现场的情况很明显，结构型钢早已变形，钢梁和钢筋的连接已经剪断，部分结构失去承载能力，完全失去使用的可能。2）钢柱的冷却受到的影响钢柱在火中没有垮塌已经是万幸了，就在本世纪初，震惊世界的恐怖袭击“9.11”，世贸中心双塔在被撞击一个小时后，突然先后倒塌。因为之前波音767的撞击和飞机燃料的高温燃烧，使得双塔没有坚持的更久，钢结构融化，结构失去承载力，最终倒塌。图2杆件受火变形而此次央视大火，同样身为钢结构建筑，受火时间长达六个小时，最终没有垮塌实在是不幸中的万幸。可是钢柱本身绝对受到了影响。首先，钢柱本身绝对存在没有完全回复的变形，这种变形致使结构受力改变，最危险点发生偏移，结构不再保险，设计人员难以确定危险点，难以在设计之初就保证结构的安全可靠。其次，钢柱与钢梁的链接已无法保证，正如上文所言，钢梁与部分混凝土结构的钢筋已然脱节，无法共同工作，整体的建筑，已经成为了一个个积木的组块，可能稍加受力，就有灭顶之灾。综上所述，经过一热一冷的变化，结构主体虽未垮塌，但是处处存在危险，稍有不慎，就有可能