混凝土结构抗火设计综述
欧洲规范中混凝土结构抗火设计主要内容 火灾下荷载效应 抗力效应 材料性能与基于的抗火设计方法
结构形式是影响钢结构抗火性能的重要因素之一。因此，在性能化设计中， 应该对结构形式进行优化。例如，可以增加结构的高度和跨度等参数，以降低结 构的受热面积；可以增加结构材料的厚度和截面积等参数，以提高结构的承载能 力和耐火极限；可以增加结构内部的通风设施等参数，以降低结构内部的温度和 湿度等参数。这些优化措施的综合应用可以大大提高钢结构的抗火性能。
3、多重防护的原则
为了提高钢结构的抗火性能，多重防护的原则也非常重要。例如，在钢结构 的表面喷涂防火涂料可以增加其耐火极限；在钢结构的梁柱之间设置防火分隔可 以防止火灾蔓延等。这些多重防护措施的综合应用可以大大提高钢结构的抗火能 力。
三、性能化钢结构抗火设计的要 点
1、钢材的选用
钢材是钢结构的基础材料，其抗火性能对整个结构的抗火性能有着重要影响。 因此，在钢材选用时，应该考虑到其高温性能和稳定性。一般来说，高温下钢材 的强度和刚度会降低，因此应该选用具有较好高温性能的钢材。此外，钢材的稳 定性也是非常重要的一个因素，如果钢材在高温下变形过大或者发生破坏，就会 对整个结构的安全性造成影响。
火灾下荷载效应
火灾对混凝土结构的荷载效应有着显著的影响。在高温作用下，混凝土材料 的力学性能发生变化，导致结构的承载能力下降。其中，极限承载力是衡量结构 承载能力的重要指标。在火灾作用下，混凝土结构的极限承载力会降低，甚至导 致结构的破坏。此外，裂纹扩展也是火灾下荷载效应的一个重要方面。在高温作 用下，混凝土材料产生热胀冷缩，导致裂纹的产生和扩展。这些裂纹可能进一步 导致结构的破坏和倒塌。
随着社会经济的发展和建筑技术的进步，混凝土结构在各类建筑中的应用日 益广泛。然而，火灾对混凝土结构的危害不容忽视。因此，欧洲规范中对混凝土 结构的抗火设计有着严格的要求。本次演示将围绕欧洲规范中混凝土结构抗火设 计的主要内容展开，以火灾下荷载效应、抗力效应、材料性能与基于的抗火设计 方法为关键词，提炼文章的主题和思路。
混凝土抗火设计原理与实践
混凝土抗火设计原理与实践一、概述混凝土结构在工业、民用及公共建筑中被广泛应用，其抗火性能对建筑物的安全性至关重要。
本文将对混凝土抗火设计的原理和实践进行详细探讨。
二、混凝土抗火设计原理1.混凝土受火时的变形与破坏形式混凝土在高温下的变形和破坏主要表现为以下几种形式：（1）热胀冷缩：在高温下，混凝土内部的水分蒸发产生蒸汽，使混凝土体积膨胀，当温度降低时，混凝土又会收缩。
（2）裂缝：混凝土在高温下会出现裂缝，主要是由于混凝土内部的水分蒸发、钢筋的热膨胀等原因。
（3）剥落：混凝土在高温下容易出现剥落现象，主要是由于混凝土内部的水分蒸发、钢筋锈蚀等原因。
2.混凝土抗火设计参数混凝土抗火设计参数主要包括以下几个方面：（1）混凝土配合比：混凝土配合比应该根据使用环境来进行设计，一般来说，混凝土中应控制水灰比，控制好水灰比可以有效地提高混凝土的抗火性能。
（2）混凝土强度等级：混凝土的强度等级对其抗火性能有很大的影响，一般来说，混凝土的强度等级越高，其抗火性能也就越好。
（3）混凝土密度：混凝土密度也是影响抗火性能的重要参数，一般来说，混凝土密度越大，其抗火性能也就越好。
（4）混凝土厚度：混凝土的厚度对其抗火性能也有影响，一般来说，混凝土的厚度越大，其抗火性能也就越好。
3.混凝土抗火设计方法混凝土抗火设计方法主要包括以下几个方面：（1）混凝土覆盖层厚度的确定：混凝土覆盖层的厚度应根据建筑物的使用环境来确定，一般来说，混凝土覆盖层的厚度应大于钢筋的直径。
（2）混凝土的防火涂料：防火涂料可以提高混凝土的抗火性能，一般来说，防火涂料的厚度应根据使用环境来确定。
（3）混凝土的保温措施：保温措施可以保护混凝土不受高温侵害，一般来说，保温措施应根据使用环境来确定。
三、混凝土抗火设计实践1.混凝土结构的防火设计混凝土结构的防火设计主要包括以下几个方面：（1）混凝土梁、板的防火保护：混凝土梁、板的防火保护一般采用防火涂料、保温材料等。
混凝土的抗火性能研究
混凝土的抗火性能研究混凝土是一种常用的建筑材料，其抗火性能对建筑结构的安全至关重要。
本文将对混凝土的抗火性能进行研究，探讨其在火灾中的表现及相关改进措施。
一、引言混凝土作为一种广泛应用于建筑领域的材料，具有一定的抗火特性。
然而，在长时间高温作用下，混凝土结构仍然可能遭受破坏。
因此，进一步研究混凝土的抗火性能对于提高建筑结构的防火能力和延长疏散时间至关重要。
二、混凝土在火灾中的表现在火灾中，混凝土的抗火性能直接影响着建筑结构的安全性。
当温度升高时，混凝土内部的水分会逐渐蒸发，从而形成一层保护层，防止火焰侵蚀内部结构。
此外，混凝土中的石料和骨料具有较高的熔点和导热性，能够吸收和分散火焰的热量，有效延缓火势蔓延。
然而，长时间高温的作用下，混凝土内部的水分会被蒸发殆尽，保护层的效果将逐渐减弱。
同时，高温会导致混凝土产生膨胀和裂缝，使其力学性能下降，极端情况下可能导致建筑结构崩塌。
三、混凝土的抗火性能改进措施为了提高混凝土的抗火性能，可以采取以下措施：1. 添加防火掺合料：适量添加防火掺合料，如铝粉、硅酸铝盐等，可在混凝土中形成具有良好隔热性能的保护层，进一步提高其抗火能力。
2. 改变混凝土配合比：通过调整混凝土中水泥、骨料和砂的配合比，可以改变其力学性能和热传导性能，从而提高其抗火性能。
3. 使用纤维增强材料：添加纤维增强材料，如钢纤维、玻璃纤维等，可以有效提高混凝土的韧性和抗裂性能，从而增强其在火灾中的抗击能力。
4. 进行防火涂层处理：在混凝土表面施加防火涂层，如防火涂料或防火石膏板，可以形成一层隔热保护层，起到阻燃的作用，保护混凝土结构不受火势侵蚀。
四、混凝土抗火性能的测试方法为了评估混凝土的抗火性能，通常采用以下测试方法：1. 火焰冲击试验：将预制的混凝土试样置于直接火焰冲击区域，观察并记录试样的表面破坏情况和裂缝程度，以评估其抗火能力。
2. 热重分析：通过对混凝土试样进行热重分析，可以确定其在高温下的热分解过程和质量损失，从而评估其热稳定性和抗火性能。
钢筋混凝土房屋结构的抗火性能研究与防火设计
钢筋混凝土房屋结构的抗火性能研究与防火设计钢筋混凝土房屋结构在现代建筑中得到了广泛应用，它们具有良好的抗震性能、强度高、耐久性强等优点。
然而，在火灾发生时，钢筋混凝土结构的抗火性能显得尤为重要。
因此，对钢筋混凝土房屋结构的抗火性能进行研究并进行相应的防火设计，不仅可以保护人们的生命和财产安全，也是建设更安全可靠的建筑的关键。
首先，钢筋混凝土材料的耐火性能是影响整体结构抗火性能的重要因素。
正常混凝土在高温环境下会发生脱水反应，失去保护层后会直接影响结构的稳定性。
因此，在进行防火设计时，需要选择具有较高耐火性能的混凝土材料，并在结构中设置保护层来延缓混凝土的脱水和破坏。
其次，钢筋混凝土结构的抗火性能还与构件的尺寸、形状以及连接方式等因素有关。
大致来说，较大的构件尺寸和较复杂的形状会导致面积较大的耐火保护层，从而提高整体结构的抗火性能。
此外，在连接处增加防火封闭材料，如防火涂料或防火胶带等，可以有效减少火焰和热量的传导。
另外，火灾发生时，钢筋混凝土结构的抗火性能还与构件的火灾时的荷载情况有关。
在火灾时，结构构件可能会受到较大的温度变化和荷载增加，因此需要对结构构件进行合理的荷载设计和强度计算。
此外，要确保设计时采用足够的预留强度，以防止结构在火灾后发生失效。
针对以上要求，下面将介绍一些常见的钢筋混凝土结构的防火设计方法和措施。
首先，钢筋混凝土结构常采用防火涂料来进行防火处理。
防火涂料可在钢筋混凝土结构表面形成一层耐高温的保护层，能够有效地延缓结构的升温速度，延长结构在火灾情况下的承载时间。
在选择防火涂料时，需要考虑其耐火等级、导热系数和使用寿命等因素。
其次，钢筋混凝土结构还可以采用防火板进行防火处理。
防火板是一种具有较高防火性能的板材，可通过固定在结构表面形成一道防火屏障，起到阻隔火焰和热量的作用。
在选择防火板时，需要考虑其耐火等级、尺寸和固定方式等因素。
此外，钢筋混凝土结构还可以在构件的火灾面设置防火墙。
混凝土结构耐火性设计的原理和方法
混凝土结构耐火性设计的原理和方法一、引言混凝土结构是建筑中最常见的结构形式之一，其性能的可靠性和安全性对于建筑的可持续发展至关重要。
在建筑设计过程中，耐火性也是一个非常重要的考虑因素。
本文将介绍混凝土结构耐火性设计的原理和方法。
二、混凝土结构耐火性的定义和要求混凝土结构的耐火性是指在火灾发生时，混凝土结构可以保持其结构完整性和稳定性，以达到防止火势扩散和减少火灾损失的目的。
在混凝土结构的设计中，耐火性也是一个非常重要的考虑因素。
根据建筑设计规范和法律法规的要求，混凝土结构在耐火性方面需要满足以下要求：1. 在规定的火灾时间内，混凝土结构应该能够保持其结构的完整性和稳定性，不得发生坍塌或垮塌的情况；2. 在火灾期间，混凝土结构应该能够防止火势的蔓延和扩散，以减少火灾损失；3. 在火灾结束后，混凝土结构应该能够进行修复和使用。
三、混凝土结构耐火性设计的原理混凝土结构耐火性设计的原理是根据混凝土的热响应特性来确定混凝土结构在火灾期间的耐火能力。
混凝土在高温和火灾环境下的热响应特性可以分为以下几个方面：1. 热膨胀：混凝土在高温和火灾环境下会发生热膨胀，导致混凝土结构的体积增大，从而产生内部应力。
当温度升高到一定程度时，混凝土结构的内部应力会超过其抗拉强度，从而导致混凝土结构的破坏。
2. 水分排出：混凝土中的水分在高温和火灾环境下会被蒸发或蒸汽化，从而导致混凝土结构的干燥和收缩。
当水分排出过多时，混凝土结构的强度和稳定性会降低，从而导致混凝土结构的破坏。
3. 热传导：混凝土的热传导性能较差，因此在火灾中，混凝土结构的表面温度和内部温度差距很大。
当温度差距过大时，混凝土结构的内部应力会增大，从而导致混凝土结构的破坏。
4. 混凝土的材料性能：混凝土的材料性能对其在高温和火灾环境下的热响应特性有很大影响。
例如，混凝土的抗压强度、抗拉强度、导热系数、热膨胀系数等都会影响混凝土结构的耐火能力。
综上所述，混凝土结构耐火性设计的原理是根据混凝土的热响应特性来确定混凝土结构在火灾期间的耐火能力。
混凝土结构抗火设计综述
匹配的模 型 。 ３ ２ 混凝土 结构 内部的温 度 场 ．
建筑 物起火 时 ， 火灾通 过 热 辐射 、 流 及 热传 对 导 首先传 给结构 构 件 表 面 ， 后 通 过 热传 导在 构 然 件 内部 传递 生
构抗火设计方 法存在 的缺点 的基 础上 ， 出基 于计 算的结构抗 火设 计方 法， 提 并针 对现 阶段 的研 究状 况 ， 对结构 抗 火设计有待进一 步研 克的问题提 出了 自己的见解 。
［ 关键诃］ 混凝土 结构 火灾 反 应 结构抗火
设计
范 ～ 。
１ 前 言
频繁发生的建 筑火灾 ， 往往造成人 类财富和 物质资源 的巨大损失 ， 甚至人员 的惨重伤亡 。特 别是近年来 ， 随着建筑物高层化、 大规模化及用途
前为止 ， 我国已有 Ｇ ９１ —８ 《 Ｂ ９８ ８ 建筑构件火灾试
验 》 Ｄ Ｊ８ １ — ９ 《 灾 后 混 凝 土 构 件 评 定 和 Ｂ ０ —２ ９ ６ 火
标 准 》 部 与 混 凝 土 结 构 抗 火 有 关 的 技 术 规 两
人员伤亡 以及减少火灾直接经济损失的 目的。而
进 行 结构 抗火 设 计 的意义 为 ［ ： ３ ］
速升高， 但由于混凝 土的热惰性 ， 内部温度增 长缓
慢 ， 面 上形 成不 均匀 温度 场 ， 且 温度 变 化梯 度 截 而 也 不 均匀 ， 致 不 均 匀 的 温度 变形 和 截 面 应 力 重 导
分布 ， 这些变化都 足以危及结构的安全性 ， 甚至导
致 结构 失 效 。
２ ２ 结构 抗 火设 计 的 内容 ．
建筑结构的耐火特性和建筑防火和抗火设计
3.高层建筑物的防火间距
防火分区与防火分隔物设计
当建筑物占地面积或建筑面积过大时，如发生火灾，火场面 积可能蔓延过大。所以，应把整个建筑物用防火分隔物进行分区， 使之成为面积较小的若干个防火单元。如果某一分区失火，防火 分隔物将阻滞火势不会蔓延到相邻分区，控制了火势发展，减小 了成灾面积，即可减少损失，又能便于扑救。 用于划分防火分区的分隔物，在平面上重要依靠防火墙，也 可利用防火水幕带或防火卷帘加水幕，在竖向则依靠耐火楼板(主 要是钢筋混凝土楼板)。
影响构件耐火极限的因素及提高耐火极限的措施
1．影响构件耐火极限的因素
(1) 完整性。根据试验结果，凡易发生爆裂、局部破坏穿洞，构件 接缝等都可能影响构件的完整性。 (2) 绝热性。影响构件绝热性的因素主要有两个：材料的导温系数 和构件厚度。材料导温系数越大，热量越易于传到背火面，所以绝 热性差；反之则好。当构件厚度较大时，背火面达到某一温度的时 间则长，故其绝热性好。 (3) 稳定性。凡影响构件高温承载力的因素都影响构件的稳定性。
1) 混凝土的高温性能 经凝结硬化的混凝土是非均质材料，其结构组成为水泥石、骨 料、水分，并有空隙和微裂缝。在高温作用下，混凝土逐渐脱水， 水泥石和骨料的变形有差异等原因，导致其物理力学性能如弹性模 量、抗拉和抗压强度会发生变化。
①高温对混凝土弹性模量的影响。 室内温度小于50℃时，混凝土的弹性模量基本没有变化，然 后随着温度的上升，混凝土的弹性模量逐渐降低，当达到800℃ 时，混凝土的弹性模量将只有常温时的5％左右。而火灾温度常常 高于800℃，这时由于混凝土结构弹性模量的急剧下降，可能导 致结构丧失整体稳定性并继而引起垮塌。 ②高温对混凝土强度的影响。
3）木材的高温性能 木材的明显缺点是容易燃烧，在火灾高温下的性能主要表现为 燃烧性能和发烟性能。 木材受热温度超过100℃以后，发生热分解，分解的产物有可 燃性气体和不燃性气体。在温度达到260℃左右，热分解进行的很 剧烈，如遇明火，便会被引燃。因此，在防火方面，将260℃作为 木材起火的危险温度。在加热温度达到400～460℃时，即使没有 火源，木材也会自行着火。 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。
单击此处添加小标题
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。
单击此处添加小标题
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。
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混凝土结构抗火设计综述 向贤华勘察、设计混凝土结构抗火设计综述向贤华(铁道第四勘察设计院城建院 武汉430063)[摘 要] 总结归纳了国内外混凝土结构抗火设计研究的现状、混凝土结构的火灾反应,在指出目前我国结构抗火设计方法存在的缺点的基础上,提出基于计算的结构抗火设计方法,并针对现阶段的研究状况,对结构抗火设计有待进一步研究的问题提出了自己的见解。
[关键词] 混凝土 结构 火灾 反应 结构抗火 设计1 前言频繁发生的建筑火灾,往往造成人类财富和物质资源的巨大损失,甚至人员的惨重伤亡。
特别是近年来,随着建筑物高层化、大规模化及用途的复合化的发展,在火灾防治水平不断提高的同时,火灾的防治难度也在不断加大。
目前,对火灾的防御和研究主要集中在建筑防火和结构抗火两个方面。
50年代,前苏联首先颁布了耐热钢筋混凝土的设计暂行指示( -151-56/M C ),之后,美国消防协会(1962)、FIP/CEB(1979)、瑞典(1983)、法国(1984)相继颁布了钢筋混凝土抗火的设计标准。
70年代,我国冶金工业部建筑研究总院等单位编制了冶金工业厂房钢筋混凝土结构抗热设计规程!,该规程给出了60~200∀范围内的设计计算方法、设计措施、材料指标及有关规定,这是我国第一部有关钢筋混凝土结构抗火设计规程。
80年代中期开始,为了制订科学合理的建筑结构抗火设计规范,清华大学、同济大学、西南交通大学等单位对钢筋混凝土结构的高温材料模型、构件和结构在高温下的反应以及灾后评估修复等问题进行了研究,并取得了较为丰富的成果。
到目前为止,我国已有GB9918-88建筑构件火灾试验!和DBJ08-219-96火灾后混凝土构件评定标准!两部与混凝土结构抗火有关的技术规范[1,2]。
随着国内混凝土结构抗火研究的深入,制定混凝土结构抗火设计标准已成为必然趋势。
2 混凝土结构进行抗火设计的必要性2.1 火灾对混凝土结构的破坏对于混凝土结构,虽然其耐火性能比木结构和钢结构好,但实际发生的火灾实例表明,混凝土结构在火灾作用下承载力降低、结构失效以致于倒塌的危险依然存在。
主要原因是:在火灾引发的高温作用下,钢材和混凝土的强度、弹性模量以及两者之间的粘结力等均随温度升高而降低,甚至有时还会发生混凝土的爆裂。
这些材性的严重劣化,必将导致构件的承载能力下降、变形增大。
另外,结构受火时受火面温度随周围环境温度迅速升高,但由于混凝土的热惰性,内部温度增长缓慢,截面上形成不均匀温度场,而且温度变化梯度也不均匀,导致不均匀的温度变形和截面应力重分布,这些变化都足以危及结构的安全性,甚至导致结构失效。
2.2 结构抗火设计的内容建筑防火主要是利用建筑的防火措施(如防火分区、消防设施的布置等)、建筑的防护设施(如防火门、防火墙)和结构防护设施(如防火涂料、防火板等)达到其减少火灾发生的概率,避免或减少人员伤亡以及减少火灾直接经济损失的目的。
而进行结构抗火设计的意义为[3]:#建筑物发生火灾时,确保其能在一定的时间内不破坏,不传播火灾,延缓火势的蔓延;∃避免结构在火灾中局部或整体倒塌导致救火和人员疏散的困难;%减轻结构在火灾中的破坏,减少结构的修复费用,缩短修复周期,减少间接经济损失。
为达到以上目的,规定当结构达到以下极限状态之一时,即认为结构抗火失效:#承载能力极限&&&结构升温后承载力下降,在使用荷载作用下发生破坏、失稳或过大变形;∃阻火极限&&&结构的整体性受到损坏,产生了较宽的裂缝或孔洞,不再能阻止火焰的蔓延和高温烟气的穿透;%隔热极限&&&当结构背火面的温度过高,可能引起相邻空间点燃起火,致使火灾蔓延。
亦即结构抗火设计应满足承载力、变形和耐火等级的要求。
3 混凝土结构的火灾反应分析结构的火灾反应分析主要是指结构或构件在高温下的承载力分析和变形分析。
由于火灾中作用于结构上的荷载基本保持不变,所以结构火灾中的反应分析便是在荷载固定及温度不断升高情况下进行的。
为判定火灾反应是否满足结构抗火要求,还应进行结构的耐火极限分析。
因此,对于混凝土结构,其火灾反应分析主要包括温度场计算、承载力和变形计算以及耐火极限分析。
3.1 火灾升温温度构件在遭受火灾时,火场温度的发展过程对结构性能的影响至关重要。
因此,必须首先建立火场升温曲线模型。
目前的升温模型主要有三类[4]:国际标准升温曲线(如ISO834)、由标准升温曲线改进的等效曝火时间模型和由完全发展的室内自然火灾时空气温度的时间-温度曲线决定的模型,其中,第一种模型为大多数研究者所采用。
此外,考虑到模型与实际火灾情况的差异,为简化计算,有些研究者还另行建立与自己研究相匹配的模型。
3.2 混凝土结构内部的温度场建筑物起火时,火灾通过热辐射、对流及热传导首先传给结构构件表面,然后通过热传导在构件内部传递。
混凝土结构在火灾高温作用下发生材质和力学性能上的变化,因此要对混凝土结构进行高温下的分析,必先确定构件内部的温度场。
火灾作用下,构件截面的温度场随时间而变化,而且混凝土的导热系数、比热和质量密度也不是常数。
所以截面热传导问题是一个非线性瞬态问题,其控制方程是一个非线性抛物线型偏微分方程。
对于实际同题,解析解几乎不可能得到,一般只能采用数值解法。
实践表明,有限元与差分相结合的方法求解热传导方程比较有效。
影响温度场的因素较多,如微裂缝、大孔洞、尺寸效应、混凝土龄期、恒温时间长短以及火灾中混凝土的爆裂等都对温度场有影响,但目前的研究还不够全面。
另外,分析结构的火灾反应,对降温过程的分析是必要的。
因为降温过程同样使结构处于不均匀的温度场作用下。
降温作用对超静定结构损害很大,可能使火灾下未被破坏的结构破坏。
当前对结构火灾反应研究多停留在升温阶段,由于降温模拟对实验条件要求较高,对结构降温过程的火灾反应研究较少。
3.3 承载力计算对一般构件而言,承载力变化主要取决于钢筋和混凝土在火灾中的损伤程度,而对超静定结构,还取决于不同部位构件在火灾中刚度下降不同而导致的内力重分布。
在试验研究的基础上,国内外对梁、柱、框架等进行了大量的火灾极限承载力试验,而在理论分析上,主要是对构件截面承载力进行计算。
目前一般做法是根据温度场计算结果将截面划分成区,计算内力和变形的关系,在截面承载力计算时,一般仍假定平截面假定成立,且忽略拉区混凝土的作用及剪切效应等,但需事先明确和建立钢筋与混凝土的高温本构关系、热变形及瞬时徐变模型。
3.4 变形计算影响构件和结构变形的因素有构件刚度、热向贤华:混凝土结构抗火设计综述膨胀以及钢筋和混凝土徐变。
计算构件和结构的变形,可采用New to n-Raphson法,也可以分开计算热膨胀、徐变与荷载产生的应变,由应变得到相应的应力和弯矩,建立截面在各种影响因素作用下的弯矩-曲率关系,从而计算每一时刻的单元刚度,合成总刚后,通过有限元完成分析计算。
3.5 耐火极限分析建筑构件的耐火极限是指构件在标准耐火试验中,从受火的作用时间起,到失去稳定性或完整性或绝热性为止的这段时间,一般以小时计。
判定建筑达到耐火极限的条件有三个:失去稳定性,失去完整性,失去绝热性。
对于结构承重构件主要是失去稳定性,失去稳定性是指构件在试验中失去承载能力或抗变形能力;对于结构承重分隔构件,如承重墙、楼板、屋面板等,此类构件具有承重、分隔双重功能,所以当构件在试验中失去稳定性、完整性、绝热性任何一个条件时,构件即达到其耐火极限;对于分隔构件,如隔墙、吊顶、门窗等,此类构件的耐火极限由完整性或绝热性两个条件共同控制。
4 国内采用的结构抗火设计方法4.1 国内采用的结构抗火设计方法的简介我国现行的GBJ16-87和GB50045-95采用下述方法进行结构抗火设计[5]:(1)根据建筑物的重要性、火灾危险性及扑救难度、用途、层数、面积等选用相应的耐火等级;(2)由耐火等级确定承重构件的耐火极限;(3)按标准升温曲线(ISO834)由标准耐火试验校核构件的耐火极限,不满足则重新设计。
当然,并非每次设计都需进行耐火试验,规范给出了一系列承重构件的耐火极限数值以供设计中核查校准。
当所设计的构件与规范所给构件有实质性差别时,才需进行新的耐火试验。
4.2 国内采用的结构抗火设计方法的评述上述设计方法其优点是简单,但存在明显的弊端:(1)耐火等级的选择不易操作。
由于建筑物的体型大量化,功能日趋复杂,同一幢建筑物的各个部分功能不同等都造成耐火等级难于选择。
(2)耐火极限要求不合理。
由于受火房间的实际情况差别较大,而将所有承重构件的耐火极限确定为同一数值当然不科学。
(3)构件实有耐火极限的确定方法不够科学。
不考虑实际情况的统一升温曲线(ISO834),无法真实再现的受荷情况以及有限次的试验,无法涵盖众多的影响构件耐火极限的因素。
5 基于计算的混凝土结构抗火设计随着人们对结构防火认识的不断深化和结构抗火计算与设计理论研究的不断深入,为了克服试验方法的不合理性,目前国际上采用的抗火设计方法是基于计算的结构抗火设计。
该方法以高温下构件的承载能力极限状态为耐火极限的判断依据,其抗火设计的具体计算方法如下[6,16]:(1)设计受火状况。
根据失火分区具体情况,即火灾荷载大小,通风参数,分区分隔物材料热参数预测计算分区火灾温度-时间关系,以此作为构件升温曲线或以标准升温曲线作为受火条件;(2)建立构件导热微分方程,输入构件材料热参数和定解条件,解算构件截面温度;(3)由结构理论建立构件抗力计算模型,按温度场计算结果确定相应的材料力学设计参数,计算构件抗力R;(4)确定火灾时构件可能承受的有效荷载,用力学分析方法计算构件在有效荷载和温度共同作用下的荷载效应S;(5)比较R和S,当R∋S时,结构可保证稳定而不倒塌,设计结束;当R<S时,结构不能保证稳定,需作耐火补充设计,即改变分区状况或构件截面几何参数,重新计算直至满足要求。
文献[6]通过试验分析提出了一些提高构件和结构抗火能力的措施:#适当增大混凝土保护层厚度;∃加大截面尺寸以改善构件的变形、刚度和开裂等;%增大框架结构剪力较大部位的配筋铁道勘测与设计率以提高抗剪强度;(节点区增加配筋率并加大钢筋锚固以提高抗拉能力。
6 混凝土结构的抗火设计建议目前,混凝土结构的抗火研究仍然处于起步和初期发展阶段,无论是在理论分析还是试验研究方面都需要进一步深入和拓宽。
6.1 火灾荷载分布的研究把火灾的高温作用等效为火灾荷载,用涉火空间内可燃物燃烧所产生的总热量值度量。
为了准确反映建筑内热量的分布状况,必须正确确定火灾荷载的分布。
该研究是抗火设计的基础,国外许多国家都进行过研究,并公布了用于设计的火灾荷载的取值方法。
我国非常需要符合我国实际的火灾荷载取值方法。