大跨度建筑火灾场景下坍塌模式识别与应对

一、大跨度建筑用火特点及面临的挑战

（一）大跨度建筑构造特点等内容

大跨度建筑由于其特殊的空间布局与结构形式，一般都会采用大跨距梁、悬挂结构或者钢框架来满足功能需要 [1]。但这些结构受火灾影响稳定性差，特别是钢结构受高温影响会出现明显屈服和扩展，造成承载力急剧降低。火灾高温环境中的混凝土构件可能会产生裂缝和剥落，从而影响构件的整体承重能力。同时玻璃幕墙系统在高温作用下易发生断裂或剥落，加大了倒塌的风险。鉴于上述特征，有必要考虑建筑材料及结构形式等因素对于火灾中倒塌规律产生的影响，继而提升火灾预防及应急救援策略实施效果。

（二）火灾给大跨度建筑带来了冲击

大跨度建筑受火灾影响表现为结构性能剧烈劣化、局部倒塌风险增大。火灾发生时，高温使钢结构材料屈服强度下降，混凝土构件产生裂缝与剥离，同时玻璃与幕墙系统有断裂与脱落风险 [2]。不同结构体系受火后所呈现倒塌规律的不同决定着它们承载能力的衰减。在灭火作战时，对火灾发展态势进行实时监测和分析，能够确定可能引发倒塌的关键节点并据此制定科学、合理的作战策略以降低灾难性事故 [3]。研究表明：对关键构件进行早期火灾预警和性能评估有利于有效防范火灾造成重大伤亡事件。

二、大跨度建筑在火灾情况下倒塌的特征

（一）大跨度建筑在火灾情况下的倒塌形式

大跨度建筑在火灾情况下的倒塌形式多样，常见的倒塌模式包括整体倒塌、局部倒塌引发整体破坏等。钢结构建筑在火灾中因高温作用导致强度迅速下降，构件失效可引发连锁反应，导致整个结构瞬间倒塌。钢筋混凝土结构则可能因火灾使保护层剥落，钢筋软化，局部倒塌破坏整体稳定性，进一步引发大范围倒塌。钢结构在高温下易发生“一面倒”或“斜面形”倒塌，伴随较大的冲击力。薄壳结构和网架结构则可能因支撑失效或钢构件软化而发生大面积塌落，形成不同形式的倒塌。

（二）大跨度建筑在火灾情况下的倒塌前兆

大跨度建筑在火灾情况下的倒塌形式可分为多种类型。钢结构建筑在火灾高温作用下，由于钢材强度迅速下降，局部构件失效可能引发整体结构的连锁反应，导致快速的整体倒塌。混凝土结构则可能因保护层剥落和钢筋暴露，导致局部失效，进一步引发全体结构的崩塌。特定倒塌形式如“一面倒”倒塌，表现为钢结构局部先失去承载能力，引发斜面形倒塌。另一种形式为“凹倒塌”，由于内部可燃物的集中和高温加速，承重构件的失效导致建筑整体向内倒塌。此外火灾引起的“断链式”倒塌则呈现出区域性不连续性，特别容易发生在建筑间的连廊或违章搭建处。

（三）倒塌原因分析

大跨度建筑在火灾情况下的倒塌表现出不同的形式和机理。钢结构建筑由于其耐火性能差，受高温作用后，局部部件的失效可能引发连锁反应，导致整体倒塌。混凝土构件在高温下，保护层剥落与钢筋软化易引发局部损毁，进而破坏结构稳定性，诱发更广泛的倒塌。玻璃和幕墙系统在火灾中受热膨胀和温差影响，容易断裂或脱落，增大了倒塌风险。特别是在大跨度建筑中，火灾可能导致整体结构失稳，形成如“一面倒”或“斜面形”倒塌，或局部倒塌扩展为整体破坏。不同倒塌模式体现了不同构件在高温下的失效特性，具有突发性和不可预测性。

三、识别现场识别倒塌风险

（一）钢结构构件的识别

在大跨度建筑火灾场景中，钢结构构件的失效识别至关重要。高温对钢材强度的影响显著，温度达到200℃时，钢构件的强度开始降低，500℃时减半， 600^cC 时降至三分之一。通过红外测温技术可实时监测温度变化，若温度超过安全临界值，需警惕可能的失效风险。此外，火灾中的钢结构可能因热膨胀而发生变形，观察是否有弯曲、扭曲或裂缝出现，如变形量超出设计范围，可能导致构件失效。变形与裂缝的发生是钢结构受损的明显征兆，及时识别这些变化能够有效预测倒塌风险。

（二）混凝土构件识别

在火灾情况下，混凝土构件的失效识别至关重要。高温作用下混凝土强度明显下降，尤其是当温度达到一定阈值时，表面可能出现裂缝和剥落现象，这会严重影响构件的承载能力。通过对构件表面裂缝的监测，可识别其承载能力的变化。若裂缝宽度超过设计标准，或数量显著增多，表明构件可能已失去稳定性。此外混凝土墙体和楼板的倾斜或下沉也是结构失效的信号，应特别关注这些迹象，以评估火灾对建筑结构的影响并采取适当应对措施。

（三）预应力构件识别分析

大跨度建筑火灾中，预应力构件的失效识别对于防止倒塌至关重要。预应力钢索在高温下因热膨胀和蠕变作用可能导致张拉力的下降，表现为钢索松弛或伸长。通过监测钢索的伸长量与张力变化，可以实时评估其受损程度。此外，锚具在火灾高温下可能发生熔化或损坏，导致钢索与构件的连接失效。观察锚具是否出现变形、脱落或漏油等现象，有助于提前识别潜在的失效风险。有效识别预应力构件的受损情况，并采取相应加固措施，能够显著降低火灾引发的结构倒塌风险。

四、结论

在大跨度建筑火灾救援过程中，预防倒塌和防止人员伤亡至关重要。首先，成立专业评估组，利用监测仪器实时评估构件安全性，动态观察建筑结构变化，及时发现倒塌征兆并调整救援方案。其次，采取冷却保护措施，均匀喷雾水降低关键构件温度，避免热应力引发破裂，并对已损坏构件及时拆除。合理进行破拆排烟，减少烟气对构件的热影响，保护结构稳定。对于变形或裂缝的构件，及时加固支撑，防止进一步失效。最后，设立警戒区并确保人员撤离，选择安全路径避免进入危险区域，从而有效减少火灾中的人员伤亡风险。

参考文献

[1] 何 娟 娟 . 大 跨 度 建 筑 火 灾 作 战 安 全 要 点 评 析 [J].中 国 设 备 工程 ,2025,(11):244-246.

[2] 叶 鹏 . 大 空 间 建 筑 火 灾 烟 气 控 制 技 术 研 究 [J]. 消防 界 ( 电 子版 ),2025,11(05):74-76.

[3] 高振涵 . 大跨度建筑火灾坍塌规律及灭火救援对策 [J]. 水上安全 ,2024,(14):118-120.