杰伊·D·迈克尔
消防人员不断被鼓励学习和理解建筑结构。最初的消防培训建筑课程从几个小时到一天多一点不等，有时还需要实地考察。复习从I型到V型的类型或分类，然后进行测验或考试。在初始培训结束时，考试中的几个问题与建筑施工有关。这些年来，你复习了基本的材料，参加了更多的课程，并提升了排名。很快，你告诉年轻的消防队员“了解建筑结构”。你只是重复你听到的，还是你了解建筑是如何建造的？
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| (1)该木柱处于压缩状态;水平梁或大梁将施加在梁或大梁上的荷载传递到柱上。(摄影:Paul Dansbach) |
已故的弗朗西斯•布兰尼根(Francis Brannigan)曾恳求我们:“了解你的敌人;建筑是你的敌人。”1他多次提醒我们，这个结构只是一个重力抵抗系统。188金博网网址多少一旦火灾从燃烧的物质转移到燃烧的建筑物，就需要改变灭火策略。
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| (2)这个重木木桁架的底弦是受拉的。当荷载施加在桁架的上弦杆上时，上弦杆将处于受压状态，下弦杆将处于张拉状态。 |
我们必须了解各种建筑构件和结构构件上的荷载和力。如果我们能对建筑构件和结构构件上的正常荷载和力有一个基本的了解，我们就能更好地评估我们的操作的安全性，无论是火灾、倒塌，还是风害，或任何其他时候，我们的反应将我们带进或围绕结构。
力、载荷和应力/应变
内力和外力作用在结构构件上。外力通常称为荷载；内力就是应力。另一种看待它的方式是行动和反应。负载就是作用；压力就是反应。对于每个动作，都有一个相等和相反的反作用力。施加在柱子上的荷载会使柱子受压；相反，悬挂在杆上的载荷会使杆处于张紧状态。应变是由于构件内的应力引起的结构构件变形。应力通常以磅每平方英寸或磅每平方英尺为单位进行测量。应变是用材料张紧时发生的伸长率来测量的。
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| (3)此外木框墙为承重墙。墙壁支持地板，证明地板托梁布置在一个90°的角度到墙壁。较低楼层的墙壁也将支撑上面的楼层，并可能支撑结构的屋顶。 |
压缩是一种压碎力。在压缩试验中，材料被压缩到粉碎或碎。张力是一种试图使建筑材料变长的拉力。在拉力试验中，施加足够的力把材料拉开。剪切试图使建筑材料或结构部件彼此滑动。在剪切试验中，施加力使材料分离。混凝土锚杆的使用就是抗剪的一个例子。当将地脚放入混凝土孔中时，要插入螺栓或螺钉并拧紧。收紧会使锚膨胀。抗剪力使锚固定在混凝土中。 The common nail is another type of building fastener that resists the forces of shear. A gang-nail plate used on a lightweight wooden truss somewhat resists shear.
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| (4)木地板搁栅(梁)由钢梁支撑，支座位于钢梁的上翼缘上。 |
承受荷载的结构构件必须改变形状。如果构件不改变形状，则不存在荷载。施加的力会导致形状发生这种变化。在大多数结构中，当结构构件承受正常荷载时，眼睛无法检测到形状的变化。
结构件
基本结构构件包括柱、梁、梁、楼板和屋顶板。墙是结构构件的一部分。它们有时是承重的，尽管大多数时候柱规则适用于墙，就像梁/梁规则适用于楼板和屋顶一样。
列
柱是受压并沿柱的方向沿直线传递其荷载的结构构件。圆柱通常被认为是垂直的，但它们也可能是水平的或对角的。伊利诺伊州芝加哥市的约翰·汉考克大楼在其可见结构中使用了抗风支撑。这种风支撑在施加风荷载时为结构提供刚性。这些支撑必须抵抗结构中由风引起的压缩力和张力。支撑通常设计和放置在柱之间的对角;有时它被水平放置在两列之间。
通常，支撑被称为斜撑或支柱，例如，当墙板垂直升起但在墙板连接到屋顶结构之前，倾斜墙施工中使用的临时支撑。并非所有水平构件都是柱；荷载必须通过受压构件。通常，非垂直柱被称为其他名称，如耙或支柱。有时施工人员会提到“排架”，即一行中的一排柱。隔间是任意两个排架之间的开放式楼层空间。
柱有三种基本类型；它们的区别在于它们通常失败的方式。这些基本名称是桥墩、中间柱和细长柱。（1） 对这些列的名称没有太多考虑，但它们的失败方式不同。细长柱因弯曲或扭曲而失效，称为“屈曲”。桥墩或矮柱因挤压而失效。中间柱可能以任何一种方式失效。
柱的长度决定其承载能力。一根柱子越短，它能承载的东西就越多。柱的承载力随着长度的增加而降低。柱的强度将随着长度变化的平方而降低。一根16英尺高的柱子将承载八英尺高柱子的四分之一荷载。一旦一根柱子开始倒塌，抵抗倒塌的后备力量就很少了。换句话说，一旦一根柱子开始倒塌，你可能无法阻止它。安全放置在柱中点的支撑将有效提高柱的承载能力，使两根柱具有相同的长度和强度。即使使用这种支撑，柱在达到临界屈服荷载时也会迅速失效。
柱是圆柱形和空心的，允许负载放置在尽可能远离圆柱体中心的地方。用圆形圆柱体建造是困难的。将梁连接到圆形的柱子上可能会在最终的装修中导致美学设计问题。流行的柱形有圆形、方框和可能是最流行的h形。这些形状很适合柱形理论。“H”和方框设计将允许绘制一个圆，围绕“H”的每条腿的顶部和底部，或方框的四个角，同时向下看柱子的末端。将梁、梁、墙和其他建筑构件安装到箱形和“H”形上比将建筑构件安装到圆形上更容易。
横梁/
梁/梁在垂直于这些力的方向上向“反作用点”（支撑点，通常为立柱）传递力。大梁是支撑其他梁的梁。交付给主梁的荷载与交付给横梁的荷载相同。当梁承受荷载时，力垂直或以直角传递至梁的支撑构件。加载梁将导致梁向下弯曲。弯曲作用使梁的顶部受压，底部受拉。
梁的类型有很多：简支梁、连续梁、固定梁、悬挑梁和悬臂梁。梁承受荷载，横向扭转力，并对梁的支撑构件施加应力。我上面提到过，有些柱子可能是水平的；梁也是如此：梁可以是水平的，也可以是垂直的。例如，屋顶椽是一种梁，其安装方向可以防止您将其视为梁。
梁的深度决定了它的承载能力。梁的承载能力按其深度的平方增加。看看桁架:顶部和弦和底部和弦之间的距离越大，桁架能承载的东西就越多，或者说它能跨得更远。当观察一根横梁时，注意它的深度和从顶部到底部的距离。然后你就能确定相对于周围梁的承载能力。当看梁时，你可能会注意到一些区域的大梁。它们很可能比位于它们上面的光束要大。
梁也可以悬挂而不是坐在柱子上。规则仍然适用:力是横向转动，然后传递给它的支持成员。在悬挂梁的情况下，梁的负载使一个附加的支撑构件处于张拉状态。支撑构件可以是链条、缆索或由其他东西支撑的钢杆。在悬挂梁的布置中，梁的顶部部分将处于压缩状态，而底部部分将处于张拉状态，这与任何其他梁相同。
在跨中放置荷载的两端支撑的梁将会偏转。这种挠度导致梁的顶部部分被放置在压缩和梁的底部部分被放置在张力。在梁的中心会有一小部分材料没有施加应力;这就是所谓的“中立平面”。这个中性平面只用于保持梁的压缩部分和受拉部分与梁的长度保持相等的距离。在这个中性平面需要的材料较少。这就是为什么许多桁架是开放式设计的原因。梁荷载是指荷载在梁上的分布。我们在消防部门称之为“集中”或“分散”负荷。负载分配得越多越好。 Concentrated loads may lead to local collapse.
墙壁、地板和屋顶
墙，如柱，通过压缩力传递到下面的地板，另一墙，或通过基础墙的地面。墙单元将像细长柱一样对力产生反应。墙也可能需要起到梁的作用，以抵抗弯曲力，如风荷载。
墙壁有两大类:承重和非承重。非承重墙只能承受自身的重量和墙内的重量。条形商场一般都有砖石和钢承重墙。分隔各仓库的内墙是不承重的。可拆除而不支撑上述结构的内墙为非承重墙。办公室的隔墙和住宅结构外部的砖饰面是非承重墙的另一个例子。承重墙将支撑在墙之上的部分结构，这部分结构可能是另一面墙、地板或屋顶。承重墙将比非承重墙更稳定，因为它可以附着在顶部和底部。这个重量将为墙创造一个更稳定的环境。承重会引起挠度，并决定了负载的存在; this load will help to stabilize the wall.2
许多新的结构，其中一些是多层的，是用倾斜板混凝土墙建造的。斜板混凝土墙可为承重墙或非承重墙。非承重倾斜板墙板有周长钢柱和边梁来支撑垂直的楼板和屋顶荷载。3.注意你的地盘上的新建筑。承重倾斜板结构和非承重倾斜板结构的屋顶组件(以及这种结构的多层建筑的楼层)系在墙壁上。如果屋顶在火灾条件下失去，消防人员一定非常担心墙壁倒塌。
倾斜板混凝土墙将以90º的角度倒塌。这种崩塌可能是向外的，也可能是向内的；无论哪种方式，都会对坍塌区的消防员造成危险。在建的倾斜板建筑非常危险。墙壁用一种称为“折磨者”的假支撑物临时固定在适当的位置。这些折磨者可能是用木桩固定在地面上的轻质铝杆或木板；它们围绕着墙，与楼板成一定角度。突然的负荷，如在暴风雨中，可能使折磨者超负荷。施工现场不稳定的地面也可能导致折磨者松动，增加对剩余折磨者的需求。(1)
屋顶系统对消防工作至关重要。屋顶组件是我们找到“主导垂直通道”的地方4通风。这是火自然蔓延的地方，我们必须在这里通风，以减少火势蔓延，并使室内条件更加稳定。屋顶组件从防止天气进入结构到为外墙提供稳定性各不相同。
大多数新的轻量化建造方法要求屋顶是一个非常重要的结构部件。旧建筑并不一定要求屋顶是结构的一个整体部分;例如，停车场甚至没有屋顶。屋顶组件以最轻的施工方法将墙壁固定在一起;支持雨雪荷载;抗风应力;并支持集中负荷，如暖通空调机组，标志，和许多其他非设计负荷改造后的建筑。
对于支撑大跨度屋顶的更复杂桁架系统，屋顶装配可能非常简单，如木椽。屋顶结构的设计荷载不如地板荷载大。不燃结构可能具有可燃屋顶覆盖物或屋顶结构。
随着当前“绿色”或环保建筑和装修的趋势，使用自然光变得越来越普遍。新的结构有更多的开口来让光线通过。它们可能是传统的天窗或更薄的面板。翻新的建筑使用了同样的建筑技术和建筑特征，可能是在屋顶上，而不是为节能技术和我们今天拥有的自然采光而设计的。将现代建筑技术与旧建筑相结合可能会导致结构不能按照设计或我们可能认为的方式运行。在火灾条件下的初步评估中，建筑物的翻修可能不会被注意到。你的快速观察可能会让你相信这栋建筑从未翻修过。旧建筑的翻新将继续进行，这是应该的。记住，它可能不会以你所期望的原始构造方法的方式产生反应。最初的尺寸很少，如果有的话，允许观察屋顶组件。 Older building materials replaced with newer lightweight construction methods will not react the same way.
楼板将荷载传递给托梁（梁）。传递的荷载量取决于荷载点距离托梁的距离。有些楼层设计用于支撑重荷载，有些楼层设计用于仅支撑住宅结构中的荷载。想想设计楼面荷载为每平方英尺40磅的住宅结构，它已被转换为律师办公室，这相当于一个有书库的图书馆，设计荷载为每平方英尺150磅。（1） 检查以确定是否安装了适当的钢筋以支撑附加荷载。
与当地建筑规范官员保持良好的工作关系非常重要。这些官员拥有确定结构部件承载能力的经验和知识库。对于消防人员来说，进入指定区域并查看建筑方法同样重要。通过良好的工作关系，法规执行部门和消防人员可以共同努力，确保社区安全。
负荷施加
荷载如何集中在建筑构件上也很重要。扭转载荷就是扭转载荷。有些车辆采用扭杆悬挂;车辆附在弹簧钢杆(扭力杆)的一端，而车轮附在另一端。道路上的颠簸被扭力杆的扭转作用所吸收。虽然建筑物的扭转载荷不是设计成弹簧的，但载荷和应力是相同的。结构构件失效的建筑物经常将非设计的扭转荷载施加在剩余的结构构件上。这些非设计应力可能导致进一步的坍塌。
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| (5)钢制防火梯对木框墙施加偏心荷载，因防火梯荷载不通过木框墙中心。 |
设计了一个包含开口腹板平行帘线轻钢桁架的屋顶系统，用于将屋顶荷载水平转移到支撑柱上。所有的屋架相互配合工作。如果其中一个或多个桁架发生故障，则故障桁架旁边的其余构件将承受扭转荷载。这个扭转载荷是未设计的。桁架能够通过张力和压缩将荷载转移到支撑柱上，从而处理设计荷载。施加在其上的扭转荷载可能会导致破坏，因为桁架无法处理所有附加力。
轴向荷载是指穿过结构构件中心线的荷载；结构构件的所有部分均承受相同的应力。
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| （6） 这张照片详细介绍了在轻型木桁架上使用金属节点板连接件的情况。请注意，连接件的厚度有限，且缺乏质量控制，这使得角撑板25%的连接表面无法连接。 |
偏心荷载是指集中在承重墙或柱子一侧的荷载。荷载是直的，但只对柱的一侧施加应力。偏心荷载的一个例子是多层气球框架建筑的侧壁。地板附件是一个丝带板，是附加到侧壁的一面。这个缎带板可能是榫入的螺柱或只是钉到螺柱。楼板荷载将把墙螺柱在受压的一面和在相反的一面。外部防火梯是施加偏心荷载的另一个例子。
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| （7） 当金属角撑板暴露在火灾条件下时，角撑板的齿将热量传导到木纤维中，木纤维开始分解。角撑板也可能扭曲并开始剥离轻质木桁架。 |
荷载如何传递到地面是至关重要的。Brannigan经常要求我们“脱掉建筑物的衣服”，意思是我们看看支撑结构。他使用术语“重力抵抗系统”来形容支撑的柱子、梁、地板和屋顶。测试建筑材料的抗压、抗拉和抗剪性能。当观察这个重力阻力系统时，观察组件，并追踪到地面的负载。这将帮助您确定结构是如何构建的。了解火灾行为和热传递也将有助于确定结构将如何反应。
结构部件对热的反应
热以各种方式影响建筑部件。有些部件燃烧起来，火上浇油;另一些则在一段时间内吸收热量，并将热量通过结构部件传导到另一个位置。了解结构部件的压缩、拉伸和剪切应力将帮助你确定当结构部件暴露在火的热量下时可能发生的反应。
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（8） 这座建筑是混合建筑的一个例子。结构的下层由钢和砌体材料构成；上层为轻型木框架结构。随着施工的进行，我们将能够确定钢柱和钢梁是否将使用防火材料进行保护，以使钢具有耐火等级。 |
有张力的物体抵抗着使它们变长的力。热使金属物体伸长;因此，对加热的反应表现为被拉伸的物体所抵抗的完全相同的力。这是热膨胀;当被加热时，构成这种材料的原子增加了运动。我们在基础训练中了解到，一根100英尺长的钢梁在1000华氏度(1)下可能会伸长近10英寸，有时会导致墙壁倒塌。现在，我们在轻钢结构中也看到了同样的热反应——不是墙向外推，而是轻钢材料变得弯曲或“S”形，垂直于荷载，或显示出其他变形。强度不在于推墙的材料，而在于伸长率。有些东西必须放弃;因此,畸形。
在大多数情况下，受拉构件比受压构件小;因此，质量不存在吸收传热。结构部件将拉长或变形。简单地在结构部件上放一个软管流，并将其冷却到低于反应温度，将使钢部件恢复到接近其原始强度。请记住，组件不会返回到原来的形状。结构钢现在可能不能支撑结构，但它会很坚固。
关于木制桁架结构中的金属角撑板或钢钉，已经有很多报道。木桁架行业建议金属反射木材的热量，这并不重要，因为木材太薄，不能吸收太多热量。钢钉板也很薄，不能吸收很多热量。下弦杆上的钉板处于张紧状态。加热时，它们会变形并与木材分离。这也是受拉构件对热反应的一个例子。
看看火灾中的木桁架。大多数情况下，受压和弦上的组钉板虽然变形了，但仍然完好无损，而受压和弦上的组钉板却不见了。处于紧张状态的成员可能是第一个在火灾条件下失败的。建筑构件在剪应力作用下可能对热有不同的反应。在前面提到的混凝土锚的情况下，如果螺栓插入铅锚，热量会导致铅变弱，锚拉出。在混凝土中加入钢锚，当混凝土吸收热量并将其传递给金属锚时，钢可能会膨胀并变得更紧。当然，一旦钢铁达到一定的门槛，它本身就会变弱。由于剪切作用，钉子不易被拔出，其剪切强度不同。一根又长又细的钉子，尤其是涂有水泥的钉子，比普通的钉子能传递更少的热量。剪切保持螺丝在地方，提供更大的保持力量和更少的损害比钉子的核心材料。
当确定建筑材料在火灾中会发生什么时，存在许多变量。我们可以笼统地谈论建筑物，也可以具体地谈论建筑物或结构部件。互联网上发布了许多研究结果。在观看材料时，看看实验是在什么时候进行的，如何进行的，并确定实验结果是否可以复制。制造商的测试有时会增加对制造商有利的数据。当复习材料时，看看测试是如何进行的，以什么标准进行的。5当测试有机建筑材料时，水分含量是可变的，新木材不会像旧房子里的木材那样干燥。非常干燥的木材不如含有水分的木材坚固，比如刚出窑时。6例如，标称尺寸为2英寸的南方黄松被窑干燥至含水量的12%至15%。“绿色木材”或新切木材的含水量为23%。窑干木材的含量范围为6%至15%，具体取决于木材类型和所需用途。7窑干木材也被认为比木材堆放和允许自然干燥更坚固。8
在火灾情况下，混合建筑或使用建筑材料(混凝土、钢和木材)的建筑的行为是非常难以预测的。如今，许多建筑都是使用“性能”规范要求建造的，而不是传统的规范要求(在规定构件尺寸的地方)，这意味着结构必须支持给定的负载，使用设计师选择的任何建筑材料/结构设计。现在许多建筑都是用数学公式和较轻的材料建造的。随着时间的推移，这种数学与质量(吸热能力)的对比会越来越受欢迎。节能和降低成本的技术(使用再生材料和新开发的建筑材料)将在未来挑战消防服务。
当我们在建筑中行走时，我们应该考虑的是建筑构件的受力方式，以及在火灾条件下应力将如何反应。让这种“对周围环境的意识”浮现在你的脑海中。试着让它成为一种习惯，了解你周围是什么，结构是如何建立的，以及负荷是如何到达地面的。此外，考虑热将如何影响重力-阻力系统。
工具书类
1.争吵,弗朗西斯·L . .消防局建筑施工，第3版，第五次印刷。国家消防协会，1995年。
2.邓恩，文森特。燃烧建筑物的倒塌：火场安全指南。188金宝搏是正规吗消防工程，1988年。
3.雷米特、沃尔特斯和斯坦比克，“多层倾斜建筑，”结构杂志，2008年7月22日至25日。
4.科尔曼,约翰。精明的街头消防官的事故指挥。（俄克拉荷马州塔尔萨：消防工188金宝搏是正规吗程，1997年）。
5.Dansbach, Paul，“消防员的建筑施工”，FDIC 2002级笔记。
6.http://en.mimi.hu/home/kiln-dried.html/.
7.http://www.treesearch.fs.fed.us/pubs/9166/。
8.消防队员手册德尔玛,2000。
杰伊·D·迈克尔他在紧急服务领域有30年的经验，在埃尔克哈特(Elkhart)消防局工作了24年，是一名中尉。他是印第安纳州的消防官和教官。他是埃尔克哈特消防部门培训学院和圣母大学密歇根消防和紧急服务学院的兼职讲师。他是印第安纳消防指导员协会和国际消防指导员协会的成员。他的专业领域包括事故管理、建筑施工和火灾行为。
