建筑结构的耐火设计

作者:安全管理网 来源:安全管理网 点击:  评论: 更新日期:2010年10月02日

  1.建筑结构耐火的作用与意义
  保证建筑物的结构安全是在建筑物内开展各种活动的基本条件,也是楼内的财产得以依附的基础。一旦建筑物的主体结构受到毁坏,楼内的一切将无所依存。火灾是造成建筑物破坏的严重灾害之一,燃烧产生的高温可以对建筑结构造成严重的影响。
  建筑构件的强度取决于建筑材料的性能,而建筑材料的性能会随着温度的升高而发生很大变化。例如,在200℃时,混凝土的弹性模量可降至常温下弹性模量的一半;到400℃时,更降至常温下弹性模量的15%左右。又如到550℃左右时,钢材便会软化到完全丧失支撑能力。然而在建筑火灾中,起火区域的温度往往可高达1000℃左右,这样的高温势必会大大减低建筑构件的强度。因此所有的建筑构件都必须具有足够的耐火性能。
  为了防止建筑结构受到损坏,必须在温度升高接近危险极限之前将火灾控制住或将火灾扑灭。如果在设定的火灾条件下,在预定时间内无法避免构件到达危险极限,那么就必须对其采取其他的保护措施,甚至更换构件的材料。

  2.建筑构件耐火性能的判定
  根据现有规范,建筑构件的耐火性能是用耐火极限表示的。所谓耐火极限指的是将建筑构件置于标准火灾环境下,从构件开始受热算起,到其失去支撑能力,或发生穿透性裂缝,或背火面的温度升高到设定温度(一般取为220℃)所经历的时间。
  标准火灾环境是一种人为设计的炉内燃烧环境。试验炉内气态物质的温度按照规定的温度上升曲线变化,这种曲线被称为标准火灾温升曲线。国际标准化组织已经规定了标准火灾温升曲线,我国国家标准中的标准火灾曲线与国际标准一致。
  为了真实反映构件性能在高温作用下的变化,通常应当用全尺寸建筑构件的试样进行试验。如果可能,还应在试件上施加相应的荷载,并对构件设置适当的边界条件和约束条件。
  不过,在实际火灾中的温度变化曲线与标准火灾曲线是有很大区别的。因此很多人就对使用标准火灾曲线判定构件耐火性的合理性提出了疑问。但是直到现在还没有提出更好的解决方法,而标准温升曲线则常作为耐火性能比较的依据。

  3.建筑物耐火设计的基本方法
  多年来,建筑物的耐火设计是按照处方式防火设计规范进行的,其基本思想是要首先确定建筑物的耐火等级。这种设计过程大体可分为三个步骤:
  (a)根据建筑物的高度、用途、规模、火灾危险性、火灾扑救难度等,确定建筑构件应具有的耐火极限t1;
  (b)根据按国家标准,测得有关构件在使用载荷作用下的耐火极限t2;
  (c)比较t1和t2的大小。为保证建筑物的结构安全,应使t2大于t1;若无法满足上述条件,则应重新选择构件或对构件采取保护措施,直到满足要求为止。
  同防火设计的其他方面一样,按照处方式设计规范进行耐火设计也存在诸多问题,而依据性能化防火设计的思想进行耐火设计是另一条合理的途径。这种方法的基本原则是:紧密结合特定建筑物的火灾特性,通过分析计算来决定建筑构件的耐火需要。通过合理设定与实际火灾相吻合的火灾场景,计算得到起火房间内的温度随时间变化的曲线;在此基础上根据特定建筑构件的热物性参数,计算出该构件内部的温度分布;然后根据这种温度分布,考虑构件材料的力学性能和载荷状况,求得构件的约束力、热应力及构件的承载能力;最后将构件的承载能力与火灾时设计的载荷相比较,就可判断该构件受到火灾作用时能否满足功能上的需要。

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