建筑結(jié)構(gòu)抗火研究

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1、建筑結(jié)構(gòu)抗火研究摘要：隨著鋼筋混凝土在現(xiàn)代建筑屮越來越廣泛的使用和近年來建筑物火災(zāi)發(fā)生的增長，人們有必要對混凝土結(jié)構(gòu)的火損傷行為有更系統(tǒng)和量化的理解。關(guān)鍵詞：鋼筋；混凝土；咼溫；抗火性能屮圖分類號：TU375文獻標(biāo)識碼：A文章編號：一、引言眾所周知，就建筑而言，一口遭遇火災(zāi)，往往會遭受巨大的損失。IA-I此，對于建筑物來講，考慮抗火設(shè)計是非常重要。本文簡單的講述火災(zāi)的危害，進一步得出抗火設(shè)計的必要性，其中涉及現(xiàn)在抗火的研究進展與現(xiàn)狀，并在最后對未來的發(fā)展展望一下。二、火災(zāi)的概念、抗火的重耍性火災(zāi)——是指在時間和空間上

2、失去控制的燃燒造成的災(zāi)害?；馂?zāi)發(fā)生的頻度居各種災(zāi)害之首，在各類火災(zāi)中又以建筑火災(zāi)損失最為嚴(yán)重。近期火災(zāi)發(fā)生的案例很多，造成的損害很大，既有人身安全，也有財產(chǎn)安全。不論是哪一方面，都是我們必須要避免的。以下是近期的幾個主要案例：央視大樓火災(zāi)：2010年2月9日晚20時27分，中央電視臺新臺址工程的重要組成部分一電視文化中心發(fā)生火災(zāi)，起火時大樓尚在建設(shè)中，火災(zāi)起因是違規(guī)燃放煙花爆竹，在此次火災(zāi)事故中共造成了一死七傷。上海教師大樓火災(zāi)：2010年11月15H14時15分許，上海市靜安區(qū)膠州路728號一幢28層的教師公寓發(fā)生

3、重大火災(zāi)，已有58人因火災(zāi)死亡。70多人受重傷。工人焊接時引燃某種易燃物所致。最近幾I-年來，我國的高層建筑發(fā)展十分迅速，這導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)火災(zāi)的問題也日益突出，這就迫切需要我們進行結(jié)構(gòu)抗火性能的研究。現(xiàn)代建筑中大多數(shù)建筑釆用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)作為承重結(jié)構(gòu)，根據(jù)現(xiàn)己有的研究成果，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在火災(zāi)(高溫)下鋼材和混凝土的強度f、彈性模量E等均隨溫度升高而下降，一般混凝土材料在4000C以上、鋼材在3000C以上，其力學(xué)性能也會隨之嚴(yán)重惡化，高溫下材料性能的變化是結(jié)構(gòu)的承載力和耐火極限嚴(yán)重下降的一個主要原因。另外，結(jié)

4、構(gòu)受火時受火1何溫度隨周圍環(huán)境溫度迅速升高，但由于混凝土內(nèi)部溫度增長緩慢，在其截面上會形成不均勻溫度場，而且溫度變化梯度也不均勻，這導(dǎo)致溫度變形的不均勻性和截面應(yīng)力重分布，這些變化都足以危及結(jié)構(gòu)的安全性，尤其是在某些情況下會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)徹底失效。因此，應(yīng)對建筑結(jié)構(gòu)火災(zāi)防范工作引起充分重視，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中進一步增強抗火意識。三、建筑結(jié)構(gòu)抗火研究現(xiàn)狀與進展關(guān)于抗火的研究，國外比起國內(nèi)，對結(jié)構(gòu)抗火性能的研究開展較早，開始于20個世紀(jì)初，并先后成立了許多抗火研究組織，比較有名的有美國建筑火災(zāi)研究實驗室、美國消防協(xié)會、美國的波特

5、蘭水泥協(xié)會、美國預(yù)應(yīng)力混凝土協(xié)會、英國的BRE(BuildingResearchEstablishment)o這些組織編訂了相應(yīng)的建筑規(guī)范及行業(yè)規(guī)則。我國關(guān)于抗火的研究從20世紀(jì)80年代中期開始，清華大學(xué)、同濟大學(xué)、西南交通大學(xué)等高校，使用自行研制的高溫試驗設(shè)備，對高溫下、高溫后鋼筋和混凝土的本構(gòu)模型、構(gòu)件和結(jié)構(gòu)在高溫下的反應(yīng)以及災(zāi)后評估修復(fù)等問題進行了大量的試驗研究，取得了較為豐實的研究成果.根據(jù)現(xiàn)已冇的工稈實踐經(jīng)驗，并結(jié)合相關(guān)試驗研究成果，抗高溫的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有下述受力特點：不均勻溫度——混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)極低

6、。材料性能的惡化一一高溫下，鋼筋和混凝土的強度f和彈性模量E降低很多，并會伴隨開裂、邊角崩裂等現(xiàn)象，這是構(gòu)件的耐火極限和承載力嚴(yán)重下降的主要原因。(3)應(yīng)力一應(yīng)變，溫度一時間的耦合本構(gòu)關(guān)系分析一般的常溫結(jié)構(gòu)時，僅考慮材料的應(yīng)力一應(yīng)變本構(gòu)關(guān)系。高溫下，溫度和時間對于材料的變形及強度值影響很大。(4)截面應(yīng)力和結(jié)構(gòu)內(nèi)力的重分布一一截面的不均勻溫度場產(chǎn)生不等的溫度變形和截面應(yīng)力重分布。超靜怎結(jié)構(gòu)因溫度變形受約束而發(fā)牛內(nèi)力重分布，改變了結(jié)構(gòu)的破壞機構(gòu)和破壞形態(tài)，影響了極限承載力。不同等級的混凝土在同一高溫下的抗壓強度值()相

7、差一般不超過3%；強度等級相同的混凝土，花崗石骨料比石灰石骨料混凝土的高溫抗壓強度稍低。圖2.2-1、2.2-2給出了高溫下棱柱體抗壓強度變化以及應(yīng)力一應(yīng)變規(guī)律。圖2.2-1棱柱體抗壓強度圖2.2-2應(yīng)力一應(yīng)變曲線四、建筑結(jié)構(gòu)抗火研究展望目前，盡管在結(jié)構(gòu)火災(zāi)試驗和分析方面,我國已經(jīng)開展了一些研究，但對了解和掌握結(jié)構(gòu)火災(zāi)反應(yīng)特性、提高結(jié)構(gòu)抗火性能、建立結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計方法方面仍有許多工作有待完善和進一步開展。主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（-）材料性能山于混凝土和鋼材本身化學(xué)成分的差異，在溫度影響下，材料力學(xué)性能有一定的離散性，

8、必須通過一定數(shù)量的不同材料的試驗以確定其基本性能及變化特征。（―）熱傳導(dǎo)及溫度場分布對鋼筋保護層厚度、表面防火材料使用的效果進行研究，以確定提高結(jié)構(gòu)抗火性能的有效途徑。（三）結(jié)構(gòu)火災(zāi)下的可靠度分析采用概率的概念來評估工程結(jié)構(gòu)的安全度（即可靠度）匕被工程界廣泛接受，但對結(jié)構(gòu)在火災(zāi)下如何確定其安全度仍冇待研究提高。（四）火災(zāi)后鑒定和修復(fù)山于經(jīng)濟條件