建筑结构耐火性能分析(新编版)
装配式建筑的耐火性能分析与改进措施

装配式建筑的耐火性能分析与改进措施背景介绍:随着人们对环境保护和可持续发展的要求日益增加,装配式建筑作为一种能够快速搭建、灵活组合、节能环保的建筑模式,受到了广泛关注和应用。
然而,由于装配式建筑材料及结构的特殊性,其耐火性能较传统建筑存在一定差距。
因此,本文将对装配式建筑的耐火性能进行分析,并提出相应的改进措施。
一、装配式建筑耐火性能分析1. 装配式建筑在火灾中面临的挑战- 高温下材料熔融易损坏- 快速燃烧蔓延导致短时间内大面积损失- 结构稳定性下降可能导致倒塌2. 装配式建筑常见材料的耐火性能评估a) 钢结构:- 高温下钢件强度明显降低,容易变形或融化- 可通过涂覆防火涂料或使用钢板进行保护b) 混凝土:- 高温下混凝土会失去强度,可能发生爆裂- 可在混凝土中加入纤维材料提高抗火性能c) 石膏板:- 石膏含水量高,遭遇高温时容易产生蒸汽压力导致破裂- 可考虑使用更耐火的阻燃石膏板替代3. 装配式建筑结构对耐火性能的影响因素a) 连接方式:- 若连接部位不能承受高温很容易失效- 应选择具有较强耐火性能的连接件b) 隔墙与楼板:- 隔墙和楼板作为防火隔离层,需具备一定的保护时间- 应选用耐火等级较高的材料进行搭建二、改进措施1. 材料改进a) 开发更优质材料:如开发新型钢材、特种混凝土等,以提升其耐火性能和稳定性。
b) 使用涂层或包覆技术:给装配式建筑材料涂覆一层防火涂料或使用耐火包覆材料,提高其耐火温度和耐火时间。
2. 结构改进a) 设计合理连接方式:选用具有较强耐火性能的连接件,并考虑连接部位的防火措施,确保在高温下连接的稳定性。
b) 隔墙与楼板结构优化:选用更耐火的隔墙和楼板材料,如阻燃石膏板、防火保温板等,提高建筑整体的阻燃性能。
3. 技术改进a) 引入消防系统:装配式建筑中应配置相应的消防系统,并加强消防设备管理与维护工作。
b) 安全设计与规范要求:制定相关安全设计与规范要求,明确装配式建筑在耐火性能方面的要求,并进行有效监管。
建筑结构的耐火特性及建筑防火与抗火设计

易燃性建筑材料:在空气中受到火或高温作用时,立即起火,且火焰传播速度很快,如有机玻璃、泡沫塑料等。
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可燃性建筑材料:在空气中受到火或高温作用时,立即起火或微燃,并且离开火源后仍能继续燃烧或微燃,如天然木材、木制人造板、竹材、木地板、聚乙烯塑料制品等。
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①高温对混凝土弹性模量的影响。
在火作用下,混凝土的抗压强度在稳定达300℃作用时开始下降,但温度升至600℃时,将降为常温下抗压强度的45%,而到1000℃。则几乎完全丧失。
②高温对混凝土强度的影响。
钢材在高温下的弹性模量和泊松比。
钢结构在高温作用下的特点。
钢材在高温下的力学性能
钢材的弹性模量E和泊松比 是结构性状变化的敏感参数。钢材的弹性模量随温度升高而降低,具体表现为:在0~600℃范围内,弹性模量随温度升高而逐渐降低;当超过600℃后,其随温度升高而显著下降。
木材的燃烧可分为有焰燃烧和无焰燃烧两个阶段。有焰燃烧是木材所产生的可燃性气体着火燃烧,形成可见的火焰,因而是火势蔓延的主要原因。无焰燃烧是木材热分解完后形成的木炭的燃烧,它助长火焰燃烧的持久性,会导致火势持久。
建筑构件的高温性能 国内学者研究发现,荷载位置及大小、构件和结构受火部位、构件表面最高温度、火灾持续时间、混凝土类型、构件截面尺寸与配筋率、构件保护层厚度等因素是影响高温下与高温后钢筋混凝土构件和结构力学性能的主要因素。
2.提高耐火极限的措施
建筑的耐火等级
在构件表面涂覆防火涂料。 进行合理的耐火构造设计。
在建筑结构体系中,一般楼板直接承受有效荷载,受火影响比较大,因此建筑耐火等级的评判是以楼板为基准,结合火灾的实际情况作出规定。
现浇钢筋混凝土整体楼板耐火极限达1.5h,为一级耐火等级,普通钢筋混凝土空心板耐火极限达1h为二级耐火等级;三级耐火等级的为0.5h。
建筑结构耐火性能分析

建筑结构耐火性能分析建筑结构的耐火性能指在火灾发生时,能否保持结构的完整性、稳定性和承载能力。
建筑结构的耐火性能不仅关系到房屋本身的安全,还关系到人员的生命安全。
因此,在建筑设计中,耐火性能是重要的考虑因素。
本文将从材料、构造、细节三个方面分析建筑结构的耐火性能。
材料方面,建筑结构的耐火性能与材料的防火性能有关。
在建筑结构中,主要使用的材料有钢筋混凝土、钢结构、木材等。
钢筋混凝土是目前广泛使用的建筑材料之一,在高层建筑中更是主流。
在钢筋混凝土结构中,混凝土具有良好的防火性能,但钢筋的防火性能相对较差,容易在高温环境下变形和失去承载能力。
因此,在设计钢筋混凝土结构时,需要在钢筋的保护层和混凝土厚度等方面进行合理配置,提高其耐火性能。
钢结构是一种重要的建筑结构材料,仅次于钢筋混凝土。
在高温环境下,钢结构容易失去承载能力,因此需要采用特殊的防火处理方式。
目前,常用的防火处理方式包括钢结构表面喷涂防火涂料、在钢结构表面添加防火隔离材料等。
此外,还可以采用更高性能的耐火材料,例如耐火砖、耐火玻璃等,来提升钢结构的耐火性能。
木材在建筑中也有广泛应用,但其防火性能较差。
在设计木结构建筑时,需要采用经过防火处理的木材,例如木材表面喷涂防火涂料、在木材中添加防火剂等。
此外,还需要在建筑中设置防火墙和防火隔板来提升木结构建筑的耐火性能。
构造方面,建筑结构的耐火性能与构造的质量有关。
在建筑结构构造中,需要确保构造的牢固性和紧密性,避免在火灾发生时构造的松动和变形。
此外,需要在设计中合理设置排烟通风系统和消防系统,及时将火灾扑灭并将烟雾排出建筑,减少建筑结构的损伤。
细节方面,在建筑施工过程中,需要注意细节方面的问题。
例如,在钢筋混凝土结构中,需要注意钢筋保护层的施工质量,确保钢筋的耐火性能。
在钢结构中,需要注意钢结构表面防火处理的质量,避免出现防火隔离材料脱落等情况。
此外,在设计细节中,还需要设置合理的防火隔离带和防火墙,避免火势蔓延。
钢结构装配式建筑的耐火性能分析

钢结构装配式建筑的耐火性能分析一、介绍:钢结构装配式建筑是当今建筑行业的新兴趋势之一。
它以钢材为骨架,通过标准化的零部件和组件进行预制和装配,具备快速、高效、可持续等优势。
然而,在设计和建造过程中,考虑到安全因素,特别是耐火性能对于建筑物的重要性不容忽视。
本文将分析钢结构装配式建筑的耐火性能,并提出相应的改进措施。
二、耐火性能分析:1. 耐火材料选择:在保证结构强度前提下,合理选择外保护材料以增加耐火性能。
常用的外保护材料包括水泥砂浆、纤维增强塑料(FRP)或矿物质防火板等。
这些材料具备较高的防火等级并能有效遏制火势蔓延。
2. 建筑防火分区设计:合理设置防火墙和隔墙,将整个建筑划分为若干个独立的防火分区。
这样即使在发生火灾时,只有局部区域受到影响,整个建筑的耐火性能可以得到有效增强。
3. 防火涂料应用:在钢结构表面涂刷防火涂料,可以提高其耐火性能。
防火涂料能够形成一层隔热层来减缓钢材的温升速率,延缓可能造成的结构损坏。
4. 消防设备布置:合理设置消防水系统、自动喷雾系统和烟雾探测器等设备,并确保其正常工作。
这些设备可以及时发现和扑灭火灾,最大限度地减少钢结构装配式建筑在火灾中的损失。
三、改进措施:1. 优化设计方案:通过合理选择构件尺寸和连接方式,提高整体结构的抗压能力和抗震性能。
增加横向支撑和加固节点将有助于提高耐火性能。
2. 引入新材料技术:使用具备良好耐火性能的新型材料替代传统材料,如高性能混凝土、微晶玻璃等。
利用这些新材料可以显著提高钢结构装配式建筑的耐火性能。
3. 定期维护及检查:建筑物在使用过程中应定期进行维护和检查,确保建筑结构的完好性。
特别对于耐火材料的保护层、防火墙和消防设备等,应定期检测并进行必要的修复或更换。
四、案例分析:以某钢结构装配式建筑为例,该建筑采用了外保护材料水泥砂浆,并设置了防火墙和隔墙进行分区设计。
同时,在钢结构表面涂刷了防火涂料,并配置了完备的消防设备。
经过多次耐火测试,该建筑成功通过了相关设计标准对其耐火性能的要求。
建筑结构的耐火性能研究与应用

建筑结构的耐火性能研究与应用在现代建筑领域,建筑结构的耐火性能是一个至关重要的考量因素。
它不仅关系到建筑物在火灾发生时的安全性,还对人员的生命财产保护以及火灾后的修复和重建工作有着深远的影响。
建筑结构在火灾中的表现取决于多种因素。
首先,材料的选择起着基础性的作用。
常见的建筑材料如钢材、混凝土、木材等,其耐火性能各不相同。
钢材在高温下强度会迅速下降,容易导致结构的变形和垮塌;混凝土由于其良好的热惰性,在一定时间内能够保持较好的结构稳定性;而木材一旦着火,燃烧速度较快,但经过特殊处理的木材可以在一定程度上提高耐火性能。
建筑结构的设计也对耐火性能产生重要影响。
合理的结构布局能够有效地分散火灾产生的热量和压力,减少局部结构的受损程度。
例如,设置防火分区可以将建筑物划分成若干个相对独立的区域,一旦发生火灾,能够限制火势的蔓延。
同时,加强关键部位如梁柱节点、楼板与墙体的连接等,能够提高整个结构的整体性和稳定性,增强其在火灾中的抗倒塌能力。
在实际应用中,对建筑结构进行耐火试验是评估其性能的重要手段。
通过模拟真实的火灾场景,对建筑构件或整体结构进行加热和加载,观察其在高温下的变形、破坏模式以及承载能力的变化。
这些试验数据为建筑结构的设计和规范制定提供了可靠的依据。
近年来,随着科技的不断进步,新型的防火材料和技术不断涌现。
防火涂料是一种常见的应用,它可以涂覆在钢结构表面,在火灾发生时形成一层隔热保护层,延缓钢材温度的升高。
此外,还有一些具有优异耐火性能的复合材料被研发出来,如纤维增强复合材料,其在高温下仍能保持较好的力学性能。
然而,要确保建筑结构具有良好的耐火性能,不能仅仅依靠材料和技术的应用,还需要加强施工过程中的质量控制。
施工过程中的不规范操作,如防火材料的涂抹不均匀、防火封堵不严密等,都可能削弱建筑结构的耐火能力。
因此,建立严格的施工质量监督机制,确保施工符合设计要求和相关规范标准,是十分必要的。
在建筑使用过程中,定期的维护和检查也是保障耐火性能的重要环节。
建筑结构耐火特性和建筑防火和抗火设计

主题介绍目的和意义报告结构概述耐火等级分类耐火等级和分类采用耐火材料制成的建筑结构构件,如耐火墙、耐火楼板等,能在火灾中保持一定时间的稳定性和承载能力。
耐火材料和构件耐火构件耐火材料设计要求:在建筑设计阶段,应根据建筑物的用途、高度和重要性等因素,确定合理的耐火等级和耐火构件的布局。
性能要求:耐火结构在火灾中应具有一定时间的耐火极限,保持结构的稳定性和完整性,防止火势蔓延,确保人员疏散和安全。
以上内容仅为建筑结构耐火特性的部分介绍,实际设计和应用中还需考虑更多因素和详细要求,以确保建筑物的耐火性能和防火安全。
耐火结构的设计和性能要求火灾防控策略预防为主,防控结合01规范化管理02火灾预警与应急疏散03防火分区设计要素防火分区和设计要素灭火系统防火门和防火墙应急照明和疏散指示消防设备防火设施和设备耐火性能优先建筑结构抗火设计的核心理念是在火灾发生时,确保结构的耐火性能,以保障人员安全和财产安全。
预防为主,防消结合抗火设计应注重预防措施,如使用不燃或难燃材料,同时结合消防设施,如灭火系统和疏散通道,实现防消结合。
结构抗火设计理念耐火结构和构件设置火灾自动报警系统、自动喷水灭火系统等主动防火设施,及时发现火灾并进行初期灭火。
主动防火系统被动防火措施抗火结构和系统1 2 3高层建筑抗风与抗火综合设计人员疏散和安全出口设计建筑物内部装修材料的防火性能抗火设计的特殊考虑在高层建筑中,通过设立防火墙、防火门等设施,将建筑划分为多个防火分区,防止火灾蔓延。
防火分区设计疏散通道设计自动灭火系统火灾报警系统确保高层建筑内设有宽敞、明亮的疏散通道,以便火灾时人员快速、安全地撤离。
配备自动喷水灭火系统、气体灭火系统等,及时有效地抑制火灾蔓延。
设置灵敏可靠的火灾探测器和报警装置,及时发现火源并发出警报。
案例一:高层建筑防火设计案例二:地下建筑抗火设计01020304建筑结构耐火设计防火分隔措施灭火设施配置安全疏散设计耐火混凝土耐火砖矿物棉硅酸钙板案例三:耐火材料在建筑结构中的应用总结与回顾建筑结构耐火特性研究的重要性建筑防火和抗火设计的进步未来研究方向和挑战提升耐火材料和构件的性能智能化防火系统的研发火灾安全性能评估方法的创新强化产业协作与创新提高设计人员防火意识完善法规与标准体系对行业的建议和期望。
建筑结构耐火特性和建筑防火和抗火设计

建筑结构耐火特性和建筑防火和抗火设计xx年xx月xx日contents •建筑结构耐火特性•建筑防火设计•建筑抗火设计•特殊场所的防火和抗火设计•防火和抗火的新技术与趋势•工程实例分析目录01建筑结构耐火特性燃烧是可燃物质与氧化剂之间的化学反应,产生热和光。
燃烧过程燃烧产物燃烧速度燃烧产生高温和有毒烟气。
燃烧速度取决于可燃物的性质和燃烧条件。
03建筑结构的燃烧特性0201建筑结构的耐火极限耐火极限定义建筑结构在标准耐火试验条件下,从受到火作用起,到失去稳定性或完整性或失去隔热作用止的这段时间。
耐火极限标准我国现行耐火极限标准为GB/T50222-2017。
耐火极限试验通过试验测定建筑结构的耐火极限。
010203热传导高温下建筑结构材料的热传导性能会发生变化。
热膨胀高温下建筑结构材料的热膨胀系数增大,导致材料变形、开裂。
化学反应高温下建筑结构材料的化学性质发生变化,导致材料变质、失效。
建筑结构的燃烧反应02建筑防火设计保障人员安全建筑防火设计应优先考虑人员安全,设置安全疏散设施和灭火设施,确保人员能够迅速撤离和得到救援。
防止火灾蔓延火灾发生时,应采取有效措施防止火势蔓延,如设置防火墙、防火分隔等。
防止火灾复燃采取措施防止火灾复燃,如设置防火墙、灭火器等。
建筑防火的基本原则防火分区将建筑物划分为若干个防火分区,每个分区之间设置防火墙分隔。
防火分区和疏散设计疏散通道设置宽敞的疏散通道和出口,确保人员能够迅速撤离。
疏散指示标志在疏散通道和出口设置明显的疏散指示标志,以便人员找到安全出口。
消防系统与设备在建筑内设置灭火器,以便初期火灾时进行扑救。
灭火器自动喷水灭火系统消防报警系统消防栓在建筑内设置自动喷水灭火系统,能够在火灾时自动喷水灭火。
在建筑内设置消防报警系统,能够及时发现火灾并报警。
在建筑外设置消防栓,以便消防车取水灭火。
03建筑抗火设计通过分隔、防火分区等措施,限制火灾在建筑物内的蔓延。
防止火灾蔓延通过使用耐火材料、构造措施等,减缓火灾对建筑物结构和设备的破坏。
注册消防工程师技术实务讲义:建筑结构耐火性能分析

注册消防工程师技术实务讲义:建筑结构耐火性能分析1. 前言建筑结构耐火性能是指建筑在遭受火灾时能够保持其承重能力和稳定性的能力。
建筑结构耐火性能的好坏,直接影响着火灾事故的扑灭及人员的安全疏散。
因此,在消防工程中,对于建筑结构的耐火性能需要进行科学合理的分析和评估,以便制定出对应的安全防范措施。
本文将从实务角度出发,对建筑结构耐火性能分析方法进行详细介绍,帮助注册消防工程师更好地了解和运用这一知识点。
2. 建筑结构耐火性能分析方法2.1 建筑结构的耐火等级建筑物的耐火等级是指建筑结构在一定热负荷作用下,能够维持相对稳定状态并保证人员安全疏散的水平。
国家标准中规定了建筑结构的耐火等级分为四个等级:一、二、三、四级。
建筑结构耐火等级的确定,通常采用实验、计算或根据经验公式的推导来进行。
实验法是通过制备样板,在一定热负荷作用下,进行试验,以便评估材料和结构的耐火能力。
计算法则是通过计算建筑结构在火灾情况下的热力响应,来评估其承载能力。
经验公式法则基于大量实际火灾事故和试验数据,将建筑结构的热响应和物理参数带入公式中,通过定量化的方式来判断建筑结构的耐火性能。
2.2 控制火灾面积火灾面积是指火焰的形成面积。
在建筑物中,当火焰扩散到某一表面或物品,该表面或物品的表面积成为火灾面积。
在建筑结构耐火性能分析中,要避免火灾面积过大,应采取相应防范措施。
通常,控制火灾面积的方法有以下几种:•防火隔墙隔热层:在建筑物内设置隔离隔热的层,可遏制火势蔓延,保证人员安全。
•烟气排放:在火灾现场,烟气排放能够降低热负荷,减轻失火物体对构件的热辐射,从而保证建筑结构的承载能力。
•消防设备和消防人员:在火灾现场,合理地利用消防设备和消防人员,能够有效地控制火灾面积,维持建筑结构的稳定状态。
2.3 提高建筑结构材料的防火性能提高建筑结构材料的防火性能是提高建筑结构耐火性能的重要手段。
一般来说,根据建筑物的功能、安全要求、建筑材料的特性以及使用环境等因素,可以采用以下防火措施:•使用无机材料:无机材料耐高温,且不易燃,常用于高层建筑的结构材料及内装修材料。
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( 安全管理 )单位:_________________________姓名:_________________________日期:_________________________精品文档 / Word文档 / 文字可改建筑结构耐火性能分析(新编版)Safety management is an important part of production management. Safety and production are inthe implementation process建筑结构耐火性能分析(新编版)本节介绍了主要的建筑结构形式以及各种建筑结构耐火性能的特点、影响建筑结构耐火性能的主要因素、火灾下建筑结构及构件极限状态的定义、建筑结构耐火时间计算模型的选取方法及计算步骤、钢结构和混凝土结构的耐火时间计算方法、整体结构耐火时间计算的方法和步骤等。
一、影响建筑结构耐火性能的因素(一)结构类型1.钢结构钢结构是由钢材制作结构,包括钢框架结构、钢网架结构和钢网壳结构、大跨交叉梁系结构。
钢结构具有施工机械化程度高、抗震性能好等优点,但钢结构的最大缺点是耐火性能较差,需要采取涂覆钢结构防火涂料等防火措施才能耐受一定规模的火灾。
在高大空间等钢结构建筑中,在进行钢结构耐火性能分析的基础上,如果火灾下钢结构周围的温度较低,并能保持结构安全时,钢结构可不必采取防火措施。
2.钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构是在混凝土配置钢筋形成的结构,混凝土主要承受压力,钢筋主要承受拉力,二者共同承担荷载。
当建筑结构耐火重要性较高,火灾荷载较大、人员密度较大或建筑结构受力复杂的场合时,钢筋混凝土结构的耐火能力也可能不满足要求。
这时,需要进行钢筋混凝土结构及构件的耐火性能评估,确定结构的耐火性能是否满足要求。
3.钢-混凝土组合结构(1)型钢混凝土结构。
型钢混凝土结构是将型钢埋入钢筋混凝土结构形成一种组合结构,截面形式如图5-4-15所示。
适合大跨、重载结构。
由于型钢被混凝土包裹,火灾下钢材的温度较低,型钢混凝土结构的耐火性能较好。
图5-4-15型钢混凝土结构(2)钢管混凝土结构。
钢管混凝土结构是由钢和混凝土两种材料组成的,它充分发挥了钢和混凝土两种材料的优点,具有承载能力高、延性好等优点。
钢管混凝土结构中,由于混凝土的存在可降低钢管的温度,钢管的温度比没有混凝土时要低得多。
一般情况下,钢管混凝土结构中的钢管需要进行防火保护。
钢管混凝土柱截面如图5-4-16所示。
图5-4-16钢管混凝土结构(二)荷载比荷载比为结构所承担的荷载与其极限荷载的比值。
火灾下,结构承受的荷载总体不变,而随温度升高,材料强度降低,构件的承载能力降低。
当构件的荷载达到极限荷载,构件就达到了火灾下的承载能力,构件就达到了耐火极限状态,开始倒塌破坏,这时的耐火时间为耐火极限。
荷载比越大,构件的耐火极限越小,荷载比是影响结构及构件耐火性能的主要因素之一。
(三)火灾规模火灾规模包括火灾温度和火灾持续时间。
火灾高温是构件升温的源泉,它通过对流和辐射两种传热方式将热量从建筑内空气向构件传递。
作为构件升温的驱动者,火灾规模对构件温度场有明显的影响。
当火灾高温持续时间较长时,构件的升温也较高。
(四)结构及构件温度场温度越高,材料性能劣化越严重,结构及构件的温度场是影响其耐火性能的主要因素之一。
材料的热工性能直接影响构件的升温快慢,从而决定了火灾下结构及构件的温度场分布。
二、结构耐火性能分析的目的及判定标准结构耐火性能分析的目的就是验算结构和构件的耐火性能是否满足现行规范要求。
结构的耐火性能分析一般有两种方法:第一种验算结构和构件的耐火极限是否满足规范的要求;第二种即在规范规定的耐火极限时的火灾温度场作用下,结构和构件的承载能力是否大于荷载效应组合。
这两种方法是等效的。
(一)耐火极限要求构件的耐火极限要求应符合《建筑设计防火规范》GB50016、《高层民用建筑设计防火规范》GB50045及其他相关国家标准的要求一致。
(二)构件抗火极限状态设计要求《建筑钢结构防火技术规范》(国标报批稿)提出了基于计算的结构及构件抗火验算方法。
火灾发生的概率很小,是一种偶然荷载工况。
因此,火灾下结构的验算标准可放宽。
根据《建筑钢结构防火技术规范》(国标报批稿),火灾下只进行整体结构或构件的承载能力极限状态的验算,不需要正常使用极限状态的验算。
构件的承载能力极限状态包括以下几种情况:①轴心受力构件截面屈服;②受弯构件产生足够的塑性铰而成为可变机构;③构件整体丧失稳定;④构件达到不适于继续承载的变形。
对于一般的建筑结构,可只验算构件的承载能力,对于重要的建筑结构还要进行整体结构的承载能力验算。
三、计算分析模型抗火验算时建筑结构耐火性能计算(一般也可称为抗火验算)一般有三种方法:第一种采取整体结构的计算模型;第二种采取子结构的计算模型;第三种采取单一构件计算模型。
《建筑钢结构防火技术规范》(CECS200:2006)和广东省地方标准《建筑混凝土结构耐火设计技术规程》(DBJ/T15-81-2011)规定,对于高度大于100m的高层建筑结构宜采用整体计算模型进行结构的抗火计算,单层和多层建筑结构可只进行构件的抗火验算。
实际建筑结构中,构件总是和其他构件相互作用,独立构件是不存在的。
因此,研究构件的耐火性能需要考虑构件的边界条件。
欧洲规范规定,进行构件耐火性能分析时,构件的边界条件可取受火前的边界条件,并在受火过程中保持不变。
整体结构耐火性能评估模型是一种高度非线性分析,计算难度较高,需要专门机构和专业人员完成。
四、建筑结构耐火性能分析的内容和步骤建筑结构耐火性能分析包括温度场分析和高温下结构的安全性分析。
建筑火灾模型和建筑材料的热工参数是进行结构温度场分析的基础资料。
同样,高温下建筑材料的力学性能是建筑结构高温下安全性分析的基础资料。
同时,进行建筑结构高温下安全性分析还需要确定火灾时的荷载。
确定上述基本材料之后,就可按照一定的步骤进行高温下结构的抗火验算了。
(一)结构温度场分析确定建筑火灾温度场需要火灾模型。
我国《建筑设计防火规范》GB50016、《高层民用建筑设计防火规范》GB50045均提出可采用ISO834标准升温曲线作为一般建筑室内火灾的火灾模型。
《建筑钢结构防火技术规范》(国标报批稿)提出可采用参数化模型作为一般室内火灾的火灾模型,同时也提出了大空间室内火灾的火灾模型。
由于建筑室内可燃物数量和分布、建筑空间大小及通风形式等因素对建筑火灾有较大影响,为了更加准确的确定火灾温度场,也可采用火灾模拟软件对建筑火灾进行数值模拟。
确定火灾模型之后,即可对建筑结构及构件进行传热分析,确定火灾作用下建筑结构及构件的温度。
进行传热分析,需要已知建筑材料的热工性能。
国内外对钢材、钢筋和混凝土材料的高温热工性能、力学性能进行了大量的研究。
在进行构件温度场分布的分析时涉及到的材料热工性能有3项,即导热系数、质量热容和质量密度,其他的参数可以由这3项推导出。
1.钢材《钢结构防火技术规范》(国标报批稿)提供的高温下钢材的有关热工参数见表5-4-11。
表5-4-11高温下钢材的物理参数参数名称符号数值单位热传导系数45W/(m•℃)比热容600J/(kg•℃)密度7850kg/m32.混凝土《钢结构防火技术规范》(国标报批稿)提供的高温下普通混凝土的有关热工参数可按下述规定取值。
热传导系数可按式(5-4-49)取值;20℃1200℃(式5-4-49)比热容应按式(5-4-50)取值;20℃1200℃(式5-4-50)密度应按式(5-4-51)取值。
(式5-4-51)式中:——混凝土的温度(℃);——混凝土的比热容[J/(kg•℃)];——混凝土的密度(kg/m3)。
(二)材料的高温性能1.混凝土高温下普通混凝土的轴心抗压强度、弹性模量应按下式确定:(式5-4-52)(式5-4-53)式中:——温度为时混凝土的轴心抗压强度设计值(N/m㎡);——常温下混凝土的轴心抗压强度设计值(N/m㎡),应按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010取值;——高温下混凝土的轴心抗压强度折减系数,应按表5-4-12取值;其他温度下的值,可采用线性插值方法确定;——高温下混凝土的弹性模量(N/m㎡);——高温下混凝土应力为时的应变,按表5-4-12取值;其他温度下的值,可采用线性插值方法确定。
表5-4-12高温下普通混凝土的轴心抗压强度折减系数及应力为时的应变(℃)201002003004005006007008009001000110012001.001.000.950.850.750.600.450.300.150.080.040.010(×10-3)2.54.05.57.010.015.025.025.025.025.025.025.0-2.钢材在高温下,普通钢材的弹性模量应按下式计算:(式5-4-54)(式5-4-55)式中,—温度(℃);—温度为时钢材的初始弹性模量(N/m㎡);E—常温下钢材的弹性模量(N/m㎡),按现行《钢结构设计规范》(GB50017)确定;—高温下钢材的弹性模量折减系数。
高温下钢材的热膨胀系数可取1.4×10-5m/℃。
在高温下,普通钢材的屈服强度应按下式计算:(式5-4-56)(式5-4-57)(式5-4-58)式中:——钢材的温度(℃);——高温下钢材的屈服强度(N/m㎡);——常温下钢材的屈服强度(N/m㎡);——常温下钢材的强度设计值(N/m㎡),应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017取值;——钢材的分项系数,取;——高温下钢材的屈服强度折减系数。
(三)火灾极限状态下荷载效应组合《建筑钢结构防火技术规范》(国标报批稿)规定,火灾作用工况是一种偶然荷载工况,可按偶然设计状况的作用效应组合,采用下列较不利的设计表达式:(式5-4-59)(式5-4-60)式中:——荷载(作用)效应组合的设计值;——按永久荷载标准值计算的荷载效应值;——按火灾下结构的温度标准值计算的作用效应值;——按楼面或屋面活荷载标准值计算的荷载效应值;——按风荷载标准值计算的荷载效应值;——结构重要性系数;对于耐火等级为一级的建筑,;对于其他建筑,;——永久荷载的分项系数,一般可取=1.0;当永久荷载有利时,取=0.9;——温度作用的分项系数,取=1.0;——楼面或屋面活荷载的分项系数,取=1.0;——风荷载的分项系数,取=0.4;——楼面或屋面活荷载的频遇值系数,应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009的规定取值;——楼面或屋面活荷载的准永久值系数,应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009的规定取值。
(四)结构构件抗火验算基本规定1.耐火极限要求构件的耐火极限要求与《建筑设计防火规范》GB50016、《高层民用建筑设计防火规范》GB50045及其他国家标准的要求一致。