问题

巴西 26 层高楼火灾坍塌致至少 1 人遇难 3 人失踪,大楼为什么会坍塌?

回答
巴西圣保罗近日发生一起令人痛心的26层高楼火灾,导致大楼最终坍塌,造成至少1人遇难,3人失踪。这起事件不仅给遇难者家属带来了巨大的悲痛,也引发了人们对高层建筑安全,尤其是火灾应对能力的深深担忧。那么,这栋巍峨的高楼究竟为何会在熊熊烈火中走向最终的覆灭呢?让我们来深入剖析一下。

首先,我们必须认识到,高层建筑的结构是经过精心设计的,能够承受一定的外部压力和内部荷载。然而,火灾,特别是持续时间长、规模巨大的火灾,会对建筑结构产生毁灭性的影响。

1. 钢材的失效是关键因素:

绝大多数现代高层建筑的主体结构,包括支撑楼板和承载墙体的梁、柱,都是由钢材建造的。虽然钢材本身强度很高,但在高温环境下,其性能会急剧下降。

强度大幅降低: 钢材的屈服强度和抗拉强度会随着温度的升高而迅速减弱。当温度达到几百摄氏度时,钢材的承载能力可能只剩下正常状态下的百分之几十甚至更少。
延展性增加与变形: 高温还会使钢材变得更加“软”,更容易发生塑性变形。这就意味着,原本承担着巨大重量的钢柱和钢梁,在火灾中会开始弯曲、下垂,失去原有的支撑作用。想象一下,一根坚硬的铁棍在加热后变得像橡皮泥一样柔软,很容易就会弯折。
热膨胀引发的附加应力: 钢材在受热时会膨胀,但由于建筑的整体结构,这种膨胀会受到限制,从而产生巨大的附加应力。这种应力会进一步加剧钢材的变形和失效。

2. 火灾的连锁反应与结构破坏:

一场火灾的发生并非孤立的事件,它会引发一系列连锁反应,逐步瓦解建筑的整体稳定性。

火势蔓延与高温区域扩大: 火灾最初可能发生在建筑的某个区域,但如果没有得到有效控制,火焰和高温会迅速通过易燃材料(如装修材料、家具、电线等)以及建筑自身的通风系统(如电梯井、管道井)向上蔓延。这意味着,越来越多的钢结构构件暴露在危险的高温之下。
混凝土的热胀冷缩与剥落: 许多高层建筑的钢结构会包裹混凝土保护层,以提高防火性能。然而,在极端高温下,混凝土也会受到影响。混凝土受热后会膨胀,内部的水分会转化为蒸汽,可能导致混凝土出现裂缝甚至剥落。当混凝土保护层剥落后,暴露在外的钢材将直接承受高温,加速其失效。
楼板的破坏: 每一层楼板都是一个承重结构,它们将上方的荷载传递给下方的梁和柱。当楼板下方的钢梁因高温弯曲变形后,楼板的支撑点就会失效,导致楼板开始下垂甚至断裂。一旦某一层楼板因承载不住而坍塌,它会带动其上方所有的楼层一同坠落,产生巨大的冲击力,对下方的结构造成更严重的破坏。

3. 建筑本身的先天或后天缺陷(推测):

虽然具体原因还需要消防部门和结构工程师的详细调查报告来确认,但我们也可以从一般性的建筑结构风险来推测可能存在的因素:

防火设计与材料: 建筑在设计之初是否遵循了严格的防火规范?使用的装修材料是否具有良好的阻燃性能?如果建筑设计存在漏洞,或者使用了不合格的易燃材料,都会大大增加火灾蔓延的速度和破坏力。
消防系统失效: 现代高层建筑通常配备自动喷淋系统、烟雾探测器、消防栓等设备。如果这些消防系统在火灾发生时未能正常启动或发挥作用,将导致火势无法得到及时控制,进而升级到毁灭性的程度。
结构维护与改造: 长期使用过程中,建筑的结构可能因为老化、不当的改造(例如随意拆除承重墙或改变结构布局)而产生潜在的危险。如果火灾发生在结构已经存在隐患的部位,其后果会更加严重。
建筑年代与规范的更新: 如果这栋建筑建造年代较早,可能遵循的是相对宽松的防火和结构规范。随着技术的发展和对火灾风险认识的提高,现行的规范通常更加严格。

4. 火灾扑救过程中的挑战:

即使有消防员的努力,高层建筑火灾扑救本身也极其困难,有时甚至会加速结构失效。

水源和灭火剂的输送: 将大量的水或者灭火剂输送到几十层的高空,需要强大的水压和稳定的供水系统。如果消防水源不足,或者高压水泵出现故障,都会严重影响灭火效果。
高温环境的侵蚀: 消防员在进入高层建筑内部进行扑救时,同样面临着高温的威胁。长时间暴露在高温和浓烟中,不仅会危及消防员的生命安全,也会影响他们工作的效率和判断。
外部冷却的局限性: 从外部对高层建筑进行灭火,尤其是对建筑内部的钢结构进行有效的冷却,存在很大的技术难度。水龙喷射的射程和强度有限,很难穿透建筑外壳,深入到火势最猛烈、结构最危险的区域。

坍塌的最终过程:

综合以上因素,可以想象,当火灾持续数小时,建筑内部的钢结构温度不断升高,承载能力迅速下降。原本笔直的钢梁钢柱开始扭曲变形,支撑点失效。某一层的楼板首先因无法承受上方的荷载而局部或整体坍塌,这就像多米诺骨牌效应一样,引发了连锁反应。坍塌的楼板及其上面的所有楼层以巨大的动能向下坠落,撞击下方的楼层,进一步破坏了原本已经受损的结构,最终导致整栋大楼在巨大的轰鸣声中分崩离析,化为一堆废墟。

这起悲剧是对所有高层建筑使用者和管理者敲响的警钟,它提醒我们,在追求城市高度和经济发展的同时,绝不能忽视建筑安全,尤其是火灾预防和应对措施的建设。详尽的调查和深刻的反思,将是避免未来重蹈覆辙的关键。

网友意见

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这场火灾很值得分析。它烧掉的不是一栋正常使用的大楼,也不是被完全废弃的大楼,而是被贫民占据的前警察局办公楼,是一座不多见的垂直贫民窟。所以火灾不仅仅是一场残酷的技术考验,也是典型的社会学案例。科幻电影经常以文明衰落后的都市为背景,通过观察这场火灾和南半球的其他垂直贫民窟,我们大概可以想象末世文明如何在垂直空间中繁衍。

首先我们回顾一下火灾过程:

5月1日凌晨1:30,火灾爆发,约90分钟后,这幢曾是联邦警局办公楼的24层大厦在一片惊呼声中骤然坍塌,变成一堆烧着余烬的瓦砾。至此,搜救工作彻底陷入困境,具体死伤人数难以估计出确切结果。按圣保罗有关部门介绍,该废弃公寓楼内有92户共248人非法居住,民政部登记是150个家庭——而去年6月美联社报道该建筑物时,声称有350户人家,那意味着非法居住规模历史峰值接近千人。到现在,登记的失踪人口依然有数十——活不见人死不见尸。

高楼烧倒的技术原因,我之前已经从物理方面详细解释了:

但这次巴西的事件,根源在于社会问题——24层高楼,建筑面积仅仅一万平米,挤进去一千贫民,扣除交通、必要生活设施面积,人均只有不到8平米生活空间,这是当代都市中的蚁穴。本次大火,助燃物主要是燃点较低的隔间木板墙与纸张,同时废弃电梯井产生了烟囱效应,使火灾快速蔓延到各楼层,飞溅的燃烧碎片甚至将对面建筑物引燃。贫民窟化的高楼天然就是打火机。

巴西社会居住斗争运动组织(MLSM)对大楼的管理也对火灾推波助澜。MLSM在该建筑派驻了一对夫妇作为协调管理员,向每户收取400美元年租,拒不缴纳租金住户会被清出大厦,同时落实管理非常严格,包括早晨定时供水与晚7点以后锁门封闭式管理。这次火灾如果不是被闻讯赶回的夜不归宿者砸坏门锁,死亡数量将非常可观。按当地媒体采访报道,这次火灾起因可能就是一对夫妇违规使用液体酒精煮饭,酗酒吵架失手掀翻酒精罐导致。另有报道称疑似煤气管道着火——说明贫民还是能用煤气的。

不过,火灾不能全怨后来挤进去的平民,拉美国家的工业化水平低也是重要因素。

与发达国家漫长的消防安全发展历程不同,巴西直到1975年,对建筑物防火都只做最基本的消火栓、灭火器安置要求,完全不在乎结构构件耐燃性,而同期里约热内卢、圣保罗、巴西利亚、萨尔瓦多等城市已经密集建设了高层建筑,于是恶性火灾事故频发。1972年圣保罗Andraus大厦火灾导致16死330伤,1974年圣保罗Joelma大厦火灾导致189死320多人伤,之后巴西才第一次出台现代建筑消防基本法规,如要求设置自动喷淋、防火门、疏散楼梯等。这栋楼1966年落成,就算完好无损,火灾来了也得脱层皮。

巴西落后的基建规范和经济繁荣期的资源美元结合,制造了一大批先天不足的高楼.时至今日,圣保罗与里约火灾已经频发到令人发指。注意下图纵坐标轴单位是千起。

在如此频繁的火灾背景下,1966年的老楼能在贫民进驻后第7年才发生火灾,已经是万幸。未来类似的事件也不会少。因为拉美乃至整个南半球还有更多的垂直贫民窟。类似被MLSM组织管控的城中心闲置废弃建筑物,仅圣保罗就有近百处。2014年曾有另外一起相关新闻:

当地时间2014年4月11日,巴西里约,巴西法院驱逐约5000名占领废弃电信公司大楼的贫民,引发这些贫民的大规模示威,他们与警察发生激烈冲突,警方动用催泪弹和手榴弹驱散这些贫民。

更著名的案例是委内瑞拉的大卫塔。

Torre David ,大卫塔,是委内瑞拉加拉加斯的一幢超高层写字楼,起建于90年代初,在1993年工程即将完工之际,开发商David Brillembourg突然去世,紧接着1994年委内瑞拉发生经济危机,工程彻底烂尾直至今日。人们按照前开发商的名字,命名这幢支撑起加拉加斯独特天际线的超高层建筑为大卫塔,是委内瑞拉第三高建筑物。

大卫塔共有45层,原计划建设为嘉法安斯金融中心,是空间组织较复杂的综合体。1999年查韦斯上台后,对贫民入住废弃大楼持宽松态度,因此大卫塔开始不断聚集贫民。2007年,在委内瑞拉政府帮助下,大卫塔内部成立了物业管理工作组,管理组接管大楼后,安装了水电线路,组织了公共区域卫生清洁和24小时安保巡逻,向每户每月征缴32美元“共管费”,最后楼内达到了超过750户,3000多人的聚居规模,据说峰值人口超过5000人。

大卫塔主体塔楼旁的裙房内有可以通至10层的车行坡道,可完成一般货物运输与摩托车进出,更高层的物品运送主要依赖人力,水电则是通到22层。大卫塔内居民最高住在27层,但由于上下交通、物品运送不便,从15层以上住户就逐层递减,这一点通过夜间照明情况也可以侧面推断。

大卫塔内部形成了高秩序性社区组织结构,伴随社区内需求,从仓库到牙医,从托幼到教会等场所设施一应俱全。因为没有电梯,行动不便和老人被安排到底层居住,年轻人在高层。

大卫塔能够引起广泛关注,是源于2012年第十三届威尼斯建筑双年展上,城市智库(UTT)展台复制了一个大卫塔中的餐厅,并以照片形式描述了大卫塔社区生活诸多细节,一举斩获当年金奖。垂直空间高密度社区自组织形态,一时间成为从城市规划到公共人类学的少见案例。

这个案例有可能走向终结。

2014年7月16日,据委内瑞拉当地报纸Últimas Noticias及英国BBC报道,委内瑞拉政府发布一则声明称,委政府与中国几家对“大卫塔”感兴趣的银行正在进行售卖该建筑的磋商谈判。这则声明发布的5天后,委内瑞拉内政部和司法部如火如荼地开启了“大卫塔”的清理和搬迁行动,居民将被迁至30公里外的小镇。

此前,各种媒体宣传及建筑研究,已令大卫塔成为加拉加斯的“特殊地标”。委内瑞拉政府曾声称将对此做出“社会分析”,会进一步行动改善“大卫塔”内的环境,提高居民的居住条件。但当看到大卫塔可能再次变成有利可图的资本,委内瑞拉政府还是果断抛弃了大卫塔居民的需求。

查韦斯死前曾力推“大住房计划”,试图将都市贫民外迁,腾出城市用地吸引投资。石油美元狂欢与中资注入,着实让查韦斯在最后几年浪了一把。大卫塔贫民迁出,目的地也正是这些闲置的福利住房。

然而刨除外表看似光鲜与口惠而实不至的配套设施,迁居贫民不但要重构高密度垂直社区,恐怕经济收入上还远不如此前在加拉加斯的境况。当然,至少这次爬楼不用那么费力:

之所以巴西火灾和委内瑞拉大卫塔引发关注,是因为它们与大众对贫民窟的印象截然不同。纵观世界,贫民区大都以蔓延成片的低矮自建棚户形式为主。不论是《第九区》取景的非洲贫民窟,还是《极乐空间》中取景于墨西哥的贫民窟,都是如此。

就算是条件恶劣到尼日利亚的水平,拉各斯的过剩人口,宁可选择搭建水上棚户,也没有走上垂直社区之路。

贫民窟平面分布的原因显而易见:

(1)垂直社区对市政配套要求更高,对建筑材料、技术要求更高,单点综合成本更高;

(2)要有闲置或废弃的高层建筑作为前提,而这一般意味着至少经历过一次从经济到基层秩序的崩溃。

事实上即便是二维化的低层蔓延式自建棚户群,也高度依赖于市政配套服务。棚户群围绕或穿插于大都市,本身就说明贫民窟首先从经济上需要在大都市中寻求工作机会,其次需要从大都市基层获得生活资料的市政供应。

以巴西为例。巴西贫民聚集于大都市,主要有两方面原因。

一方面因为巴西在60~70年代发展过程中选择了重点发展资本、技术密集型产业。举外债搞基建,引外资搞资本生产,国内企业搞传统产业,这样的产业格局创造就业岗位较少,劳动力优势无法发挥。而土地高度集中反过来只能促使无地贫民不断涌向大都市,谋求服务业就业机会,如保安门卫、物流搬运工、餐馆服务员、家政与清洁工等等。

另一方面,巴西市政福利政策又直接助推了贫民窟的形成:按巴西法律,国有土地上,一般来说个人自建房居住满4年以上,就可以要求政府给他们的住房通水、通电、修建公共卫生设施。贫民本就无力承担市中心高地价,只能选择自建棚户,而一旦政府完成水电卫生市政配套,反而会加剧贫民向该“熟地”涌入,形成蔓延的棚户群。

因此,常常可以见到的场景是,贫民窟毗邻于普通街区,甚至只有一墙、一路之隔。这恰恰说明了贫民需要缩短打工距离,同时只有临近普通街区,才能缩短市政配套建设成本,优先获得市政福利。很难真正形成纯粹的贫民“大区”。反过来说,一旦正常街区有废弃建筑物,也必然会有大批贫民临时占据,形成火灾隐患。

大卫塔所在的委内瑞拉首都加拉加斯也是如此。

高层建筑对市政依赖度很高。首先是高位提水需要水泵设施,其次是生活物资与废弃物的运输,以及人员上下走动增加的体力耗费成本。

一般超高层建筑物,即便有电梯完成垂直运输,综合考虑供水、峰值时段人流积压与疏散安全,也要做分层段按人员密度划分功能,如底层作为流量大的商业区,中间层段作为办公区,中高段作为公寓,高段作为酒店等。更不用说根本支付不起电梯安装、维护成本的贫民社区。

更高的市政需求意味着更高的基本支出,而高层建筑位居城市中心的地理优势,有助于贫民寻求更待遇更好的服务工作,同时降低交通成本,来填补基本支出的增加。

巴西、委内瑞拉都历经了不止一次基建大跃进与经济秩序崩溃,产业结构脆弱加剧了每一轮危机带来的社会秩序动荡,因此有足够多的废弃高层建筑变成自发垂直社区。类似案例还有南非“上海楼”。

放眼整个休布罗街区,有三个地带被称为Kill Zone——杀戮地带。而这些暴力区域的中心,是“上海楼”。

20世纪90年代以前,这栋楼是一座华商贸易楼,住了很多来南非做生意的上海人。随着南非种族隔离制度的废除,周边国家的一些难民和贫民纷纷涌入“上海楼”。这栋楼成为暴力犯罪多发地段,华人和白人已经全部搬走,被黑人和难民占领。

前几天我们在唐人街的一家中餐厅吃饭,老板就是当年“上海楼”的住户。他回忆起“上海楼”依然心有余悸,“那里让人毛骨悚然,我再也不敢去了,连靠近都不敢。”当我提出想去看看“上海楼”的时候,同行的左领事说:“你还要命吗?在约翰内斯堡,有些地方是不能去的。‘上海楼’就是禁区之一。”

和这些先有楼,再有社区的案例相反,香港曾有一个先有社区再自发盖楼的九龙城寨。

九龙城寨在拆除之前,人口达到5万以上,而占地面积仅为0.026平方公里。九龙城寨既经历了历史上建筑群的废弃与贫民、难民涌入,又经历了几轮香港政府暴力进驻失败,最终形成了分工复杂的内部经济体系,完成了城区级社会组织构建。堪称人类史上规模空前的垂直社区案例。

不过,九龙城寨貌似自成一体,实际上高度依赖于外界的市场和市政设施。这样一座城真的扔到旷野,居民在几天内就会搬空:

无论是拉美的垂直贫民窟,还是香港九龙城寨,共同特征都是从外部输入秩序和基本的生活物资。一旦工业社会秩序崩溃,这些垂直社区因为人口密度过大,可能会比那些正常使用的高楼先崩溃。就算有人坚持住在里面,几天一次的小火灾也迟早会蔓延全楼,把贫民窟烧成一根蜡烛。真有科幻电影描述的那种战后末世,恐怕绝大多数高层建筑都将是一片死寂,只有少数成为新商业网络节点的楼房才有可能继续生存。其中的社会到底会怎么样,恐怕会超出所有科幻乃至奇幻小说的想象。

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