从美国9.11事件谈北京CBD超高层建筑群等防灾安全问题
震惊世界的9.11恐怖事件,使闻名于世的美国纽约曼哈顿地区高达110层的世界贸易中心等 7栋建筑轰然倒塌,在那工作的数千名各国人员和参加救灾的纽约300多名消防队员和警察一起遇难。
当前,美国有关部门正在调查——曾经是世界最高的标志性建筑为什么不堪一击?
目前,美国和一些国际军政要员都在研究与实施反恐怖这一21世纪的新课题;而工程技术界正在研究分析或讨论世贸中心轰然坍塌这个对超高层建筑安全具有重大影响的新问题。本文围绕这一惊天大案,从消防防火角度等谈谈本市中央商务区(cbd)超高层建筑群及其他重要标志性建筑等的防灾问题。
一、钢结构不耐火是纽约世界贸易中心坍塌的重要原因
纽约世界贸易中心筹建于20世纪60年代,建成于20世纪70年代。世贸中心建设时由六栋建筑组成,共93万平方米。其中:两栋姐妹楼为主楼,各有110层、高411.5 m,面积各为 44.6万平方米,每栋主楼有99部电梯;该中心落成后,有世界800多个贸易公司约5万人进入办公,有100多个商店及供2万人同时用餐的许多餐厅,还有一个火车站、二个地铁站。纽约世界贸易中心的建成,代表厂那个时代世界科技与建筑材料、建筑结构和建筑设备发展的新水平,是著名的日裔美国建筑师雅马萨奇等的得意之作。据介绍,世贸中心设计时考虑了“飓风”和波音707等当时最大飞机的撞击,但没有想到会被波音767、757飞机撞击及大量航空燃料的烧击,致使世贸中心南北两主楼在恐怖分子飞机撞击后一个多小时相继坍塌。据报道,整个救灾清理工作要延续到2002年,灾后修复重建需要花费几百亿美元。
国内外一系列城市灾害表明,对房屋建筑而言,最严重的灾害就是火灾、地震、飓风、台风以及战争等自然与人为的灾害。现代科技对抵御飓风、台风、地震的能力日益增强.世贸中心的建筑结构为筒中筒钢结构,较好地解决了抗风、抗震等问题。但从9.11事件看,火灾问题尚未真正解决。在平时或非常时期,火灾仍是城市诸灾害中危害频度最大、死伤人员最多的灾害之一。许多火灾案例说明,建筑火灾人员伤亡以烟害为主;而9.11恐怖事件表明,钢结构不耐火,是世贸中心坍塌、人员大量伤亡的重要原因。美国防火规范对建筑物的抗火能力(耐火等级)的分级为3小时、2小时两级,对承重墙和支承多层的柱、主梁等承重构件规定其耐火极限为4小时;日本的防火规范要求低些,其相应构件的耐火极限为2~3小时;我国的《高层民用建筑设计防火规范》规定高层民用建筑结构的耐火极限,大致与美、日相似,但略低于美国的规定,如一级耐火等级建筑的防火墙、柱和承重墙、楼梯间墙及梁的耐火极限为3小时和2小时,没有1小时的规定。从9.11事件看,虽然美国有4小时的规定,但世贸中心被飞机撞击引发火灾后,仅一个多小时大楼就坍塌了。为什么世贸中心化火能力如此之差!我们分析,以下若干因素可能起了重要作用:一是飞机巨大的撞击力,使钢结构表面的防火保护层发生松动、开裂以致脱落,使钢结构有直接被火烧的可能;二是世贸中心建成已近三十年,原有钢结构的防火保护材料的防火性能可能己经大大减弱;三是大量航空燃料进人大楼.流到那里烧到那里;四是在飞机巨大的撞击下,楼内的供配电、消防设备等等可能失灵,难以自动灭火、控制火势蔓延,无法降温和阻止钢结构变形。在上述种种因素的综合作用下,火灾的高温使钢结构强度迅速下降、变形扩大,无法支持一百多层建筑自身的重量而迅速下塌。总之,火灾直接烧烤钢结构和防火保护层被破坏或失效,高温使钢结构软化,强度丧失,难以支持建筑物的巨大重量,应是世贸中心轰然坍塌的根本原因。这也是我们在进行现代化城市建设中.特别是在高层、超高层钢结构建筑中应该认真对待的问题;同时,也是我国《建筑设计防人规范》领域有关钢结构防火处理方面值得借鉴的突出的典型案例,应该深入研究。
二、加强北京cbd超高层建筑区域等的防灾规划设计
前些时候,报刊等有关媒体报道了北京中央商务区的规划,其规模约4平方公平方公里。居国内之首,世界少有(近日,又报道北京还将在亚运村附近建设北京的世贸中心;上海要建世界最高的高层建筑)。但有关北京cbd区域或中关村科技园区、奥运村等防灾方而的规范设计、安全对策等,尚未见报道。结合美国9.11事件,提出几点建议:
1.研究与提高我国高层、超高层建筑钢结构的耐火能力
大家都知道,钢结构具有强度大、重量轻、力学性能尤其是抗风、抗震好等优点,因而高层、超高层建筑和一些有特殊要求的工业与民川建筑采用钢结构的不少(目前,我国又是世界钢产量第一的国家,有关部门正在研究进一步在房屋建筑中扩大钢结构的使用范围);但从防火角度看,钢结构虽然是不燃烧体,但很不耐火、这就是钢结构的最大弱点,这一结论已被无数火灾案例和科学试验所证明,无防火保护的钢结构(即露明的钢结构)在火灾的作用下.约一刻钟(15分钟)左右就会烧损或破坏。因此,国内外都要求对高层、超高层建筑以及受高温作用(或受高温威胁)的钢结构的建(构)筑物都要求进行防火处理。目前,国内外通常是采取对钢结构表面喷或涂刷防火材料或包裹耐火材料等办法保护钢结构不被火焰直接烧烤而提高其抗火能力(在一些工业设施中,还有采取向钢结构或金属贮罐等喷水降温等办法保护的)。但现今的防火喷、涂材料,大多用化学粘结剂使喷、涂材料粘结于钢材表面,随着时间的延伸其防火性能会逐渐下降以致失效(即粘结剂老化、材料松动、分离、脱落等),加上振动、冲击等影响,加速涂料与结构分离或出现裂缝等,这样钢结构就有被火直接烧烤的可能或因涂料自身耐火件性能的降低而影响钢结构建筑的耐火极限以致倒塌。仅京津地区就有多起钢结构火灾的典型案例,如:1975年,天津体育馆(与建于50年代的北京体育馆相似)因维修通风管道,电气焊引燃风道保温材料而发生大火,致使体育馆上(钢屋架)在失火约一刻钟时就全部倒塌;三年前,北京玉泉营环岛家具城(钢结构)因电气设备发生火灾,由于建设时施工单位听从业主的错误意见,擅自将钢结构防火喷涂的耐火极限从规定的1小时降为0.5小时,且喷涂质量又不好,致使家具城在失火后不到半小时就全部烧塌,造成特大火灾损失,80年代末,北京国贸中心(超高层建筑,钢结构)在施可工时中,因电气焊引发火灾,火灾持续了二个多小时,幸亏国贸中心的钢结构已进行了防火处理,且喷涂质量较好,钢结构未受大的影响(火灾后将炭化发泡的防火保护层铲除,重喷新的防火保护层),得以继续施工。
国内外钢结构建筑火灾正反两方面的经验表明,钢结构防火喷涂的质量、时效、涂层粘结力、使用中是否有松动、开裂或是否受到大的冲击、震动等等关系甚大;同时,建筑物内(或构筑物附近)可燃、易燃液体流淌、可燃气体扩散燃烧等等,也都会直接影响到钢构件的防火安全,应该引起有关部门的重视。为此,有关部门应加强研究,进一步采取可靠的安全措施,保障钢结构建(构)筑物的消防安全。从目前的情况看。特别要研究耐火性能好、时效长、粘结力高的新的钢结构防火材料;研制耐高温价廉物美的金属、非金属钢结构复合防火材料及轻质、高强、耐火的混凝土等新材料,进一步提高地结构的耐火能力,应是我国建筑界、工程界和消防界的新课题。
从《建筑设计防火规范》角度,结合美国9.11事件是否应对高层、超高层钢结构建筑物(包括工业建筑和重要设备和重要交通桥梁等构筑物)的防火构造、耐火极限等等提出进一步要求(如输油、输气管道不应敷设在大型钢结构桥梁上过江过河,或应采取可靠的防火安全措施方可设在大桥上过江过河;再如大型钢结构桥梁应该考虑大型运输易燃易爆物品车辆大火成船舶人灾对大桥的影响等防灾安全措施),改善与提高钢结构的耐火能力,适当提高重要钢结构建筑的耐火等级或重要钢结构构件(如柱、梁、屋架、楼板)的耐火极限。
2 钢结构建(构)筑物应定期进行耐火检测
目前,北京采用防火保护的钢结构建筑物约有数百栋、近千万平方米。在设计与施工中.一般只按照防火规范有关耐火等级的要求喷(涂)规定厚度的防火
从美国9.11事件谈北京CBD超高层建筑群等防灾安全问题
本文2005-08-11 09:46:00发表“工矿企业”栏目。
本文链接:https://www.wenmi123.com/article/23206.html
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