建筑工程防災(zāi)與減災(zāi) 論文

1、成績(jī) 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué) 課程論文 （2009-2010學(xué)年春季學(xué)期）論文題目：央視大火引起的結(jié)構(gòu)破壞及經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn) 課程名稱：建筑工程防災(zāi)與減災(zāi) 任課教師：蔣秀根 班級(jí)：土木072 學(xué)號(hào)：0709070204 姓名：孫凱 央視大火引起的結(jié)構(gòu)破壞及經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)孫凱 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利與土木工程學(xué)院摘要：2009年中國(guó)中央電視臺(tái)新臺(tái)址北配樓發(fā)生火災(zāi)，時(shí)值元宵節(jié)，不僅造成了極其嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，并致使一名消防員殉職，更造成了極其惡劣的社會(huì)影響。身為國(guó)家電視臺(tái)，政府的喉舌，輿論的向?qū)В谷徊活櫛本┑臒熁ㄈ挤乓?guī)定，擅自燃放違規(guī)的煙花爆竹，并引發(fā)火災(zāi)。后續(xù)又發(fā)現(xiàn)央視購(gòu)進(jìn)煙花爆竹的過程中，個(gè)別責(zé)任人涉嫌“吃回扣”，更是引

2、發(fā)了對(duì)這場(chǎng)火災(zāi)背后責(zé)任的問查?；馂?zāi)后的新臺(tái)址北配樓主體結(jié)構(gòu)雖沒有垮塌，但是因?yàn)檫^火，結(jié)構(gòu)仍然受到嚴(yán)重?fù)p壞，經(jīng)專家論證，被擱置一年有余才開始進(jìn)行修復(fù)。央視也引發(fā)大家對(duì)高層建筑防火的關(guān)注，新的針對(duì)于高層建筑的防火滅火規(guī)范開始試用。Abstract: China Central Television, 2009 North Side Building a new fire station site, a time when the Lantern Festival, not only caused a very serious economic losses, and resulted in the

3、 death of a fireman, but also had extremely bad social impact. As state television, the mouthpiece of the government, the media guide, even despite Beijing's fireworks regulations, unauthorized discharge of illegal fireworks and fires. Follow-up also found that the CCTV in the process of buying

4、fireworks, individual responsible alleged "kickbacks" is triggered on the responsibility of asking the fire behind the investigation. The new fire station site, although not to North Side Building of the main structure collapsed, but because of excesses, the structure is still being seriou

5、sly damaged by the experts argued, was shelved until more than a year to repair. CCTV has also led us to the high-rise building fire safety concerns, the new high-rise building for the norms of fire fighting on trial.關(guān)鍵詞：央視大火，受火結(jié)構(gòu)，過火結(jié)構(gòu)，新規(guī)范正文：一、 央視大火事件2009年2月9日（農(nóng)歷農(nóng)歷己丑牛年正月十五）晚21時(shí)許，在建的央視新臺(tái)址園區(qū)文化中心發(fā)生特大火災(zāi)

6、事故?；馂?zāi)在當(dāng)晚九點(diǎn)左右發(fā)生，六個(gè)小時(shí)后，大火才被撲滅?；馂?zāi)起因是央視擅自燃放A類煙花，致使墜落的煙花火星落入頂樓通風(fēng)口中，點(diǎn)燃通風(fēng)口中的表面防水材料。大火在通風(fēng)管道內(nèi)迅速蔓延，致使5層至頂層均有過火跡象，而15層以上的建筑結(jié)構(gòu)受大火影響明顯而且愈發(fā)嚴(yán)重。當(dāng)夜千余名當(dāng)?shù)厝罕姳皇枭ⅰＲ虍?dāng)晚北京只有不到0.9m/s2的微風(fēng)，大火并沒有隨風(fēng)蔓延造成更加嚴(yán)重的損失。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，本次大火致使建筑物過火、過煙面積21333平方米（約占總建筑面積的三分之一），其中過火面積8490平方米，造成直接經(jīng)濟(jì)損失16383萬(wàn)元。救火過程中有六名消防員及兩名施工工人受傷，其中消防隊(duì)員張建勇犧牲。此次事件因涉及中央電視臺(tái)新臺(tái)

7、址而引起社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。在輿論的強(qiáng)大壓力下，大火案背后的隱情也逐漸被披露在世人面前：1 央視燃放的煙花是A類煙花在北京市五環(huán)以內(nèi)是禁止燃放此類煙花的，可是當(dāng)晚時(shí)任央視新臺(tái)址辦公室主任的徐威不顧工地施工人員、交警、央視保衛(wèi)處等多方勸阻，執(zhí)意燃放，最終導(dǎo)致央視新臺(tái)址北配樓發(fā)生大火。讓人哭笑不得的是，徐威在燃放煙花同時(shí)，竟然還設(shè)置了多架攝像機(jī)，想作為第二天的新聞聯(lián)播中相關(guān)新聞的鏡頭，結(jié)果這幾家攝像機(jī)記錄了私自燃放煙火的罪證，也確實(shí)為新聞聯(lián)播提供了幾個(gè)角度極佳的鏡頭2 央視這場(chǎng)耗資百萬(wàn)的煙火表演，僅僅由徐威一人策劃，事后央視相關(guān)負(fù)責(zé)人出面道歉時(shí)竟表示徐威的提議未被批準(zhǔn)。價(jià)值百萬(wàn)的煙火表演，動(dòng)用電腦

8、控制以及多臺(tái)攝像機(jī)及相關(guān)設(shè)備竟然是在未被批準(zhǔn)的情況下，這不禁引起人們?nèi)罕姷呢?zé)難。3 35萬(wàn)煙花10萬(wàn)回扣。在審訊過程中，證實(shí)原本預(yù)計(jì)燃放的煙花價(jià)值35萬(wàn)，但中間人宋哲元一人就拿了10萬(wàn)“過手費(fèi)”，很難說這場(chǎng)焰火表演中到底有多少錢就這樣流進(jìn)了個(gè)人的腰包。二、 央視失火樓資料央視大火之所以這樣受關(guān)注除了和央視這塊響亮的招牌有關(guān)，還有一個(gè)重要的原因，就是這場(chǎng)大火燒的并不是央視舊有的辦公大樓，而是從選定新臺(tái)址設(shè)計(jì)方案開始就飽受爭(zhēng)議的新臺(tái)址的北配樓。央視大樓新臺(tái)址最初由荷蘭人雷姆·庫(kù)哈斯和德國(guó)人奧雷·舍人設(shè)計(jì)，其本身的設(shè)計(jì)過于“前衛(wèi)”，在2004年被央視選中開始動(dòng)工建設(shè)，預(yù)計(jì)2008

9、年竣工，并承擔(dān)2008奧運(yùn)會(huì)的轉(zhuǎn)播任務(wù)。任何一個(gè)人第一眼見到央視新臺(tái)址的效果圖的人都會(huì)表示驚奇，這個(gè)像幾塊積木用膠水粘起來(lái)一樣的建筑，上部有絕大部分結(jié)構(gòu)懸空，沒有任何支撐，結(jié)構(gòu)整體中心還有一個(gè)空洞。這個(gè)扭轉(zhuǎn)著閉合的環(huán)，懸挑的超高層建筑，雖然很有視覺沖擊力，但是在北京這樣一個(gè)抗震要求嚴(yán)格的城市，它的設(shè)計(jì)十分不安全，任何一個(gè)中等強(qiáng)度的地震對(duì)他來(lái)說可能都是一場(chǎng)重大的考驗(yàn)。另一方面，央視新臺(tái)址的施工費(fèi)用經(jīng)過了多次追加，由最初的50億追加到100億，而追加的主要原因是“抗震設(shè)防烈度由原先的7度提高到9度”。這真是一個(gè)糟糕的理由，最初難道不是9度設(shè)防么？如果不是的話，是誰(shuí)允許它開工建造的？這個(gè)理由被堂而皇

10、之的拿出來(lái)是讓人嘲笑的么？不僅僅是施工費(fèi)用，這幢建造之初就是預(yù)計(jì)為2008奧運(yùn)會(huì)服務(wù)的建筑，直到2008年底才竣工并于2009年初投入使用話題回到被燒毀的新臺(tái)址北配樓上來(lái)。被燒毀的北配樓鄰近央視新大樓，共30層，高159米，建筑面積103648平方米，地上部分主要由5層高的樓裙和30層的塔樓組成，兩層地下室主要用做車庫(kù)及設(shè)備用房。建筑主體為鋼結(jié)構(gòu)，失火時(shí)建筑主體已經(jīng)完工，正在進(jìn)行內(nèi)部和外部的裝修，裝修現(xiàn)場(chǎng)有大量可燃易燃物。大樓原本使用規(guī)劃為：首層至四層設(shè)立中央電視臺(tái)電視文化中心（TVCC），五層設(shè)置五星級(jí)餐廳及游泳池、商店等娛樂場(chǎng)所，六層至二十五層為酒店客房（失火時(shí)已經(jīng)裝修完畢），二十六層內(nèi)設(shè)

11、CCTV演播大廳，二十七層為空中餐廳，二十八至三十層為設(shè)備層。大火過后，酒店客房裝修已經(jīng)被毀于一旦，十五層以上隔板等構(gòu)件亦有毀壞的跡象；二十六層演播大廳已經(jīng)部分坍塌，中庭已經(jīng)與上層貫通；二十七層及其以上樓層只有主體鋼結(jié)構(gòu)還保存完好，但也已有變形。三、 受火及過火過程中的結(jié)構(gòu)1 火情出現(xiàn)及其蔓延大火最初出現(xiàn)在建筑物頂層，并順著通風(fēng)通道迅速蔓延；建筑主體為鋼結(jié)構(gòu)，導(dǎo)熱性能良好，加之建筑物本身內(nèi)部有大量可燃易燃物；時(shí)值春節(jié)放假，大樓內(nèi)沒有任何工作人員；大樓內(nèi)部的消防設(shè)施雖已布置完畢，但仍無(wú)法投入使用。以上這些原因，致使大火前期根本無(wú)法控制。大火蔓延后，消防隊(duì)及時(shí)趕到，但是只能將水壓送到四五十米高的滅

12、火水槍對(duì)于從將近10米高的建筑頂部開始蔓延的火情而言，仍是鞭長(zhǎng)莫及。消防隊(duì)也一度束手無(wú)策。最終用高壓水槍才勉強(qiáng)將火勢(shì)控制住?？傊?，央視大火由于是近年來(lái)不多見高層建筑大火，內(nèi)部消防設(shè)施沒有投入使用，外來(lái)消防設(shè)施又沒有針對(duì)高層建筑的有效的消防措施，使得大火肆虐，受火大樓雖未垮塌，但仍遭到嚴(yán)重毀壞。這也對(duì)高層建筑防火敲響了警鐘，促進(jìn)新型消防車的發(fā)展。2 大火持續(xù)時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)影響大火從發(fā)現(xiàn)到完全撲滅持續(xù)約六個(gè)小時(shí)，大火溫度約為400至600。鋼結(jié)構(gòu)本身在火中本身材料性質(zhì)將發(fā)生很大改變，這加強(qiáng)了火災(zāi)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的影響。1） 鋼梁受到的影響央視大火主要為從建筑上部向建筑下部蔓延的主要趨勢(shì)，鋼梁在受火面和背火面溫度

13、差異大，變形嚴(yán)重。在梁端約束作用下，火災(zāi)中的約束鋼梁能夠產(chǎn)生很大的變形而且不會(huì)在瞬間坍塌。在梁中產(chǎn)生的軸力對(duì)梁在火災(zāi)中的行為有很大影響，而且在后期還會(huì)產(chǎn)生懸鏈線效應(yīng)。影響約束鋼梁行為的因素包括：荷載類型、軸向約束剛度、轉(zhuǎn)動(dòng)約束剛度、梁截面溫度分布等。【1】梁受熱膨脹產(chǎn)生很大的軸壓力，H型鋼梁上部溫度高膨脹明顯，下部溫度低，膨脹相對(duì)較小，相成一個(gè)拱式結(jié)構(gòu)，加上結(jié)構(gòu)自重，梁此時(shí)所受彎矩較小，主要的結(jié)構(gòu)荷載變成了軸力。此時(shí)鋼梁對(duì)柱的作用有三個(gè)，鋼梁自重，鋼梁與設(shè)計(jì)假設(shè)相反的彎矩，以及對(duì)柱向兩側(cè)的推力。由于與假設(shè)的彎矩方向相反，鋼梁與鋼柱的鉸接點(diǎn)可能發(fā)生失穩(wěn)屈曲。在火勢(shì)傳遞下來(lái)之后，鋼梁變軟，上下兩側(cè)

14、變形趨于一致，再加上本身可能產(chǎn)生的失穩(wěn)，最終在重力影響下鋼梁重新變成懸鏈線樣式，結(jié)構(gòu)變形如圖1。圖1 鋼梁變形如圖，在圖示的鋼梁的變形效果之下，鋼梁的撓度最大變形發(fā)生在梁中部，比兩側(cè)固結(jié)的梁變形要大，但是此方式更利于消耗能量。此時(shí)柱的受力仍有梁的壓力、彎矩，但是水平力變成像結(jié)構(gòu)內(nèi)部的力2） 鋼柱受到的影響鋼柱的受力在火災(zāi)升溫階段主要是柱的變形引起內(nèi)力。柱在升溫階段，內(nèi)部溫度比外部溫度要高，內(nèi)部變形大于外部變形，整個(gè)結(jié)構(gòu)的柱體有向外彎倒的趨勢(shì)。如圖2。圖2 桿件受火變形加上梁結(jié)構(gòu)對(duì)柱體的拉力，柱體的撓曲變形反而不大，此時(shí)柱體若破壞主要是水平向的剪切應(yīng)力達(dá)到極限狀態(tài)。約束鋼柱有兩種臨界狀態(tài)：屈曲臨

15、界狀態(tài)和破壞臨界狀態(tài)。約束鋼柱的屈曲臨界狀態(tài)為約束鋼柱軸力達(dá)到最大值時(shí)的狀態(tài)，對(duì)應(yīng)的溫度為約束鋼柱的屈曲溫度；約束鋼柱的破壞臨界狀態(tài)為其軸力重新恢復(fù)至初始軸力的狀態(tài)，對(duì)應(yīng)的溫度為鋼柱的破壞溫度。當(dāng)不允許結(jié)構(gòu)構(gòu)件發(fā)生大變形，或者為避免結(jié)構(gòu)屈曲時(shí)變形突然增加而產(chǎn)生的動(dòng)力效應(yīng)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞，應(yīng)按照屈曲臨界狀態(tài)設(shè)計(jì)，鋼柱溫度不能超過其屈曲溫度；當(dāng)允許結(jié)構(gòu)發(fā)生大變形時(shí)，可按照破壞臨界狀態(tài)設(shè)計(jì)，鋼柱溫度不能超過其破壞溫度?！?】3 大火撲滅后對(duì)結(jié)構(gòu)影響大火撲滅后結(jié)構(gòu)冷卻，結(jié)構(gòu)冷卻，各部分構(gòu)件重新變形，內(nèi)力重新分布，結(jié)構(gòu)進(jìn)入失火以來(lái)另一個(gè)結(jié)構(gòu)受到考驗(yàn)的時(shí)期。但與大火蔓延時(shí)不同，此時(shí)的建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)度不斷增加

16、，這對(duì)于抵抗增加的內(nèi)力是有利的。1） 鋼梁的冷卻受到的影響在降溫段各因素對(duì)約束鋼梁的影響可歸納為： 降溫段梁的變形恢復(fù)相對(duì)于高溫下產(chǎn)生的總的變形來(lái)說很小，軸向拉力隨著溫度降低而增大，在溫度降至常溫時(shí)，有可能產(chǎn)生很大的軸向拉力。 梁開始降溫時(shí)的溫度越高，變形恢復(fù)越大，軸力的增長(zhǎng)值越大。 梁的軸向約束剛度越大、轉(zhuǎn)動(dòng)約束剛度越小，梁的變形恢復(fù)越大；梁的軸向約束剛度越大、轉(zhuǎn)動(dòng)約束剛度越大，軸力的增長(zhǎng)值越大。但當(dāng)梁的等效轉(zhuǎn)動(dòng)約束剛度小于0.1EI/L時(shí)，和梁端自由轉(zhuǎn)動(dòng)的梁的降溫端情況近似。【3】火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的情況很明顯，結(jié)構(gòu)型鋼早已變形，鋼梁和鋼筋的連接已經(jīng)剪斷，部分結(jié)構(gòu)失去承載能力，完全失去使用的可能。2

17、） 鋼柱的冷卻受到的影響鋼柱在火中沒有垮塌已經(jīng)是萬(wàn)幸了，就在本世紀(jì)初，震驚世界的恐怖襲擊“9.11”，世貿(mào)中心雙塔在被撞擊一個(gè)小時(shí)后，突然先后倒塌。因?yàn)橹安ㄒ?67的撞擊和飛機(jī)燃料的高溫燃燒，使得雙塔沒有堅(jiān)持的更久，鋼結(jié)構(gòu)融化，結(jié)構(gòu)失去承載力，最終倒塌。而此次央視大火，同樣身為鋼結(jié)構(gòu)建筑，受火時(shí)間長(zhǎng)達(dá)六個(gè)小時(shí)，最終沒有垮塌實(shí)在是不幸中的萬(wàn)幸?？墒卿撝旧斫^對(duì)受到了影響。首先，鋼柱本身絕對(duì)存在沒有完全回復(fù)的變形，這種變形致使結(jié)構(gòu)受力改變，最危險(xiǎn)點(diǎn)發(fā)生偏移，結(jié)構(gòu)不再保險(xiǎn)，設(shè)計(jì)人員難以確定危險(xiǎn)點(diǎn)，難以在設(shè)計(jì)之初就保證結(jié)構(gòu)的安全可靠。其次，鋼柱與鋼梁的鏈接已無(wú)法保證，正如上文所言，鋼梁與部分混凝土結(jié)

18、構(gòu)的鋼筋已然脫節(jié)，無(wú)法共同工作，整體的建筑，已經(jīng)成為了一個(gè)個(gè)積木的組塊，可能稍加受力，就有滅頂之災(zāi)。綜上所述，經(jīng)過一熱一冷的變化，結(jié)構(gòu)主體雖未垮塌，但是處處存在危險(xiǎn)，稍有不慎，就有可能引發(fā)接踵而至后續(xù)災(zāi)害。四、 事件的后續(xù)處理發(fā)生在2009年初的央視大火經(jīng)年未了，直到2010年5月10日，備受關(guān)注的央視大火案才在北京市二中院進(jìn)行一審宣判，首批21名被告均以危險(xiǎn)物品肇事罪判處3至7年不等的有期徒刑。其中，央視新址辦原主任徐威獲刑最重，判處其有期徒刑7年。 檢方認(rèn)定，徐威為火災(zāi)事故主要責(zé)任人，三湘煙花公司的劉發(fā)國(guó)、最后點(diǎn)燃煙花的央視新址辦原副主任王世榮等被告人為火災(zāi)事故直接責(zé)任人。對(duì)于火災(zāi)事故的社

19、會(huì)危害，公訴人指出，除了火災(zāi)造成的直接損失外，大火還導(dǎo)致央視新址延遲交付、巨額的維修費(fèi)用，以及周邊居民的恐慌。中央電視臺(tái)是中國(guó)唯一的國(guó)家級(jí)電視臺(tái)，從某種意義上說代表國(guó)家形象，央視新址大火造成了極其惡劣的社會(huì)影響。央視大火案曾于3月23日經(jīng)過3天庭審，21位被告人中多名被告人當(dāng)庭明確表示認(rèn)罪。當(dāng)日庭審臨近尾聲時(shí)，徐威在最后的陳述中明確表示認(rèn)罪，認(rèn)為其給國(guó)家造成重大損失，還給央視帶來(lái)了不良影響，感到非?；诤蓿⒃俅蝿裾f同案人員認(rèn)罪伏法?！?】整個(gè)央視大火案最重的獲刑7年有期徒刑，相對(duì)于1.6億的經(jīng)濟(jì)損失，以及一名年輕消防官兵的犧牲，這個(gè)刑罰未免有些輕。受損的央視大樓北配樓也黑黝黝的在原地矗立一年，靜靜等待著專家對(duì)他未來(lái)的審判。直到2010年五月才逐步開始動(dòng)工修復(fù)。現(xiàn)在，在建筑主體上還隨時(shí)可以聽見鋼結(jié)構(gòu)由于變形而不斷碰撞發(fā)出的聲音。主體結(jié)構(gòu)部分拆除，重新設(shè)計(jì)安裝。建筑設(shè)計(jì)，內(nèi)外裝修，供水供電等后續(xù)工作也將一并展開，盡快修復(fù)該建筑，并使之投入使用。 但這顯然不是一個(gè)短時(shí)間內(nèi)能完成的工作，仍將投入大量時(shí)間金錢，才能完成這個(gè)工程。五、 事件帶給我們的反思央視大火案終于告一段落，但是，事件給我們的反思確實(shí)多方面的。1 建筑防火不能存有僥幸心理，特別是在施工階段的建筑，因?yàn)橛写罅康难b飾裝修材料堆放，更易發(fā)生火災(zāi)。在建筑沒有完全竣工，投入使用的時(shí)