消防工程学第07章.ppt

第第7 7章章 建筑构件的耐火试验建筑构件的耐火试验n7.1 7.1 建筑构件的耐火性能建筑构件的耐火性能n7.2 7.2 建筑构件的耐火试验条件建筑构件的耐火试验条件n7.3 7.3 建筑构件的耐火试验装置建筑构件的耐火试验装置n7.4 7.4 建筑构件的耐火试验过程建筑构件的耐火试验过程n7.5 7.5 影影响响建建筑筑构构件件的的耐耐火火极极限限的的因因素素及及 提高耐火极限的措施提高耐火极限的措施7.1 7.1 建筑构件的耐火性能建筑构件的耐火性能n组成构件材料的燃烧性能组成构件材料的燃烧性能n构件的耐火极限构件的耐火极限建筑构件的耐火性能建筑构件的耐火性能包括以下两个方面：包括以下两个方面：构件的燃烧性能构件的燃烧性能n不不燃燃性性材材料料：是是指指在在空空气气中中受受到到火火烧烧或或高高温温作作用用时时不不起起火火、不不微微燃燃、不不炭炭化化的的材材料料。如如钢钢材材、混混凝凝土土、砖砖、砂砂浆浆、石石材材、陶陶瓷瓷锦锦砖砖、石石膏膏板板、石石棉瓦等。棉瓦等。n难难燃燃性性材材料料：是是指指在在空空气气中中受受到到火火烧烧或或高高温温作作用用时时难难起起火火，当当火火源源移移走走后后，燃燃烧烧立立即即停停止止的的材材料料。如如经经过过阻阻燃燃处处理理后后的的木木材材、塑塑料料、板板条条抹抹灰灰隔隔墙墙等。等。构件的燃烧性能构件的燃烧性能n可可燃燃性性材材料料：是是指指在在明明火火和和高高温温作作用用下下起起火火，在在火火源源移移走走后后继继续续燃燃烧烧的的材材料料。如如天天然然木木材材、竹竹子子、塑料制品等。塑料制品等。n易易燃燃性性材材料料：凡凡达达不不到到可可燃燃性性等等级级的的材材料料均均为为易易燃材料。如油毡、装饰用的锦缎等。燃材料。如油毡、装饰用的锦缎等。构件的耐火极限构件的耐火极限n建建筑筑构构件件的的耐耐火火极极限限是是指指构构件件在在标标准准耐耐火火试试验验中中，从从受受到到火火的的作作用用时时起起到到失失去去稳稳定定性性或或完完整整性性或或绝绝热热性性（隔隔火火作作用用）止止，这这段段抵抵抗抗火火作作用用的的时时间间称称为构件的耐火极限，一般以为构件的耐火极限，一般以h h计。计。构件构件失去承载能力失去承载能力或或抗变形能力抗变形能力n墙墙试验中发生塌垮，则表示试件失去承载能力。试验中发生塌垮，则表示试件失去承载能力。n梁梁或或板板试试验验中中发发生生塌塌垮垮，则则表表示示试试件件失失去去承承载载能能力力。试件试件最大挠度超过最大挠度超过L L/20/20，则表示试件失去抗变形能力。则表示试件失去抗变形能力。n柱柱试试验验中中发发生生塌塌垮垮，则则表表示示试试件件失失去去承承载载能能力力。试试件件轴轴向向压压缩缩变变形形速速度度超超过过3 3H H（mm/minmm/min），则则表表示示试试件件失失去去抗抗变变形形能能力力。其其中中H H为为试试件件在在载载炉炉内内的的受受火火高高度度，单单位位以以米米计计。如如某某钢钢筋筋混混凝凝土土柱柱，炉炉内内的的受受火火高高度度为为3m3m，如其变形速度超过如其变形速度超过9mm/min9mm/min，则该柱失去抗变形能力。则该柱失去抗变形能力。构件失去完整性构件失去完整性n失失去去完完整整性性是是指指分分隔隔构构件件（如如楼楼板板、屋屋面面板板、门门、窗窗、墙墙体体、吊吊顶顶等等）当当其其一一面面受受火火作作用用时时，在在试试验验过过程程中中，构构件件出出现现穿穿透透性性裂裂缝缝，火火穿穿过过空空隙隙，火火焰焰穿穿过过构构件件，使使其其背背面面可可燃燃物物起起火火。这这时时，构构件件将将失失去去阻阻止止火火焰焰和和高高温温烟烟气气穿穿透透或或阻阻止止背背面面出出现火焰的性能。此时可认为构件失去完整性。现火焰的性能。此时可认为构件失去完整性。构件失去绝热性构件失去绝热性n失失去去绝绝热热性性是是指指分分隔隔构构件件失失去去隔隔绝绝过过量量热热传传导导性性能能。在在试试验验中中，试试件件背背火火面面测测点点的的平平均均温温度度超超过过初初始始温温度度140140，或或背背火火面面任任一一测测点点温温度度超超过过初初始温度始温度180180时时，均认为构件失去绝热性。，均认为构件失去绝热性。耐火极限的判定条件耐火极限的判定条件n国国家家标标准准建建筑筑构构件件耐耐火火试试验验方方法法（GB9978GB99788888）规规定定，耐耐火火极极限限的的判判定定，分分为为分分隔隔构构件件、承承重重构构件件以以及及具具有有承承重重、分分隔隔双双重重作作用用的的承承重重分分隔隔构件构件。分隔构件分隔构件耐火极限的判定条件耐火极限的判定条件n分分隔隔构构件件，如如隔隔墙墙、吊吊顶顶、门门、窗窗等等，当当构构件件失失去去完完整整性性或或绝绝热热性性时时，构构件件达达到到耐耐火火极极限限。也也就就是是说说，此此类类构构件件的的耐耐火火性性由由完完整整性性、绝绝热热性性两两个个条件共同控制。条件共同控制。承重构件承重构件耐火极限的判定条件耐火极限的判定条件n承承重重构构件件，如如梁梁、柱柱、屋屋架架等等，此此类类构构件件本本身身没没有有隔隔断断火火焰焰的的作作用用，所所以以用用失失去去稳稳定定性性单单一一条条件件来判断承重构件是否达到耐火极限。来判断承重构件是否达到耐火极限。承重分隔构件承重分隔构件耐火极限的判定条件耐火极限的判定条件n承承重重分分隔隔构构件件，如如承承重重墙墙、楼楼板板、屋屋面面板板等等，此此类类构构件件具具有有承承重重、分分隔隔双双重重功功能能，所所以以构构件件在在试试验验中中失失去去稳稳定定性性或或完完整整性性或或隔隔热热性性任任何何一一条条时时，构构件件即即达达到到耐耐火火极极限限。它它们们的的耐耐火火极极限限由由三三个个条条件共同控制。件共同控制。耐火极限的意义耐火极限的意义n对对建建筑筑构构件件进进行行耐耐火火试试验验，研研究究构构件件的的耐耐火火极极限限，可可以以为为正正确确制制定定和和贯贯彻彻建建筑筑防防火火法法规规提提供供依依据据，为为提提高高建建筑筑结结构构耐耐火火性性能能和和建建筑筑物物的的耐耐火火等等级级，降降低低防防火火投投资资，减减小小火火灾灾损损失失提提供供技技术术措措施施，也也和火灾烧损后建筑结构加固补强工作直接相关。和火灾烧损后建筑结构加固补强工作直接相关。n我我国国防防火火设设计计中中，构构件件的的耐耐火火极极限限是是衡衡量量建建筑筑物物耐耐火火等等级级的的主主要要指指标标，而而承承重重构构件件的的耐耐火火极极限限是是结构能否于火灾中保持稳定而不倒塌的唯一保证。结构能否于火灾中保持稳定而不倒塌的唯一保证。7.2 7.2 建筑构件的耐火试验条件建筑构件的耐火试验条件n建建筑筑构构件件耐耐火火试试验验的的目目的的是是测测试试构构件件的的耐耐火火极极限限，而而试试验验本本身身有有很很严严格格的的条条件件限限制制。只只有有按按这这些些条条件进行试验所测得的耐火极限才是可靠的。件进行试验所测得的耐火极限才是可靠的。n建建筑筑构构件件耐耐火火试试验验方方法法规规定定了了标标准准耐耐火火试试验验必必须须遵遵循循的的升升温温条条件件、压压力力条条件件、约约束束条条件件、受受火条件和试件要求火条件和试件要求等。等。建筑构件的耐火试验建筑构件的耐火试验升温条件升温条件炉内气体的温度：炉内气体的温度：1=ISO834曲线曲线 2=碳氢化合物曲线碳氢化合物曲线3=德国德国RABT曲线曲线 4=荷兰荷兰RWS曲线曲线建筑构件的耐火试验建筑构件的耐火试验升温条件升温条件A A实际平均炉温曲线下的面积，实际平均炉温曲线下的面积，B B标准升温曲线下的面积。标准升温曲线下的面积。当当t t10min10min时，要求时，要求d d15%15%；当当1010t t30min30min时，要求时，要求d d10%10%；当；当t t30min30min时，要求时，要求d d5%5%。面积面积A A、B B的计算的计算方法为，试验开始方法为，试验开始10min10min内，时间间隔小于内，时间间隔小于1min1min；在在101030min30min内，时间间隔小于内，时间间隔小于2min2min；在在30min30min以后，时间间隔小以后，时间间隔小于于5 min5 min。在此时间间隔下，把各间隔内温度曲线下的面在此时间间隔下，把各间隔内温度曲线下的面积相加即得积相加即得A A、B B建筑构件的耐火试验建筑构件的耐火试验压力条件压力条件n水水平平构构件件在在试试件件底底面面以以下下100mm100mm处处的的水水平平面面上应保持上应保持105Pa105Pa的正压力。的正压力。n垂垂直直构构件件在在试试件件2/32/3高高度度以以上上范范围围内内应应保保持持正正压压，在在炉炉内内3m3m高高度度、距距试试件件表表面面100mm100mm处处应应保保持持205Pa205Pa的压力。的压力。试验开始试验开始10min10min后，炉内应达到下述正压条件：后，炉内应达到下述正压条件：规定正压的目的是为了在炉内与试件背火面形成压规定正压的目的是为了在炉内与试件背火面形成压差，便于测试试件的差，便于测试试件的完整性完整性是否破坏。是否破坏。建筑构件的耐火试验建筑构件的耐火试验加载条件加载条件n工工作作荷荷载载设设计计荷荷载载试试验验荷荷载载，并并且且差差别别很很大大。所所以以实实际际加加载载量量值值应应在在试试验验报报告告中中注注明明。由由于于工工作作载载荷荷尚尚无无明明确确的的取取值值原原则则，使使某某些些耐耐火火极极限限的的数数值值不不够够可可靠靠，有有关关研研究究人人员员建建议议，工工作作载载荷荷不不应小于构件设计载荷的应小于构件设计载荷的70%70%。n承承重重构构件件的的试试验验荷荷载载，应应在在试试验验前前一一次次加加足足，并并在试验过程中保持其大小和方向不变。在试验过程中保持其大小和方向不变。荷载的量值荷载的量值：二、加载形式二、加载形式 对于不同构件，应按下述形式加载。对于不同构件，应按下述形式加载。墙墙垂直加载。荷载沿试件的整个宽度通过加垂直加载。荷载沿试件的整个宽度通过加载设备均匀加载。载设备均匀加载。楼板和屋面板楼板和屋面板均布加载。均布加载。梁梁垂直加载。从梁端起，在总长度垂直加载。从梁端起，在总长度1/81/8、3/83/8、5/85/8、7/87/8处四点加载。处四点加载。柱柱垂直加载。中心受压柱应从柱轴线方向施垂直加载。中心受压柱应从柱轴线方向施压，偏心受压柱，应偏心加载或中心加载和偏心压，偏心受压柱，应偏心加载或中心加载和偏心加载相结合。加载相结合。建筑构件的耐火试验建筑构件的耐火试验构件约束构件约束及边界条件及边界条件n对对非非承承重重构构件件，当当构构件件实实际际使使用用中中不不受受边边缘缘约约束束时时，则则在在试试验验中中试试件件边边缘缘用用无无约约束束作作用用的的材材料料密密封封；当当构构件件实实际际作作用用中中受受边边缘缘约约束束时时，则则在在试试验验中试件边缘应能反映实际使用情况。中试件边缘应能反映实际使用情况。n对对于于承承重重构构件件，应应能能反反映映实实际际情情况况。如如梁梁两两端端可可做成铰支、固结或弹性连接。做成铰支、固结或弹性连接。建筑构件的耐火试验建筑构件的耐火试验受火条件受火条件n墙壁、隔板和门窗墙壁、隔板和门窗一面受火；一面受火；n楼板、屋面层和吊顶楼板、屋面层和吊顶下面受火；下面受火；n横梁横梁两侧和底面共三面受火；两侧和底面共三面受火；n柱子柱子所有垂直面受火。所有垂直面受火。建筑构件的耐火试验建筑构件的耐火试验试件要求试件要求n结结构构：试试件件所所用用材材料料及及制制作作与与安安装装方方法法，应应足足以以反反映映构构件件在在实实际际中中的的使使用用情情况况。为为了了便便于于试试验验而而作作的的任任何何修修改改，应应对对试试件件无无重重大大影影响响。构构件件在在使使用时如存在接缝，试件中应包括接缝。用时如存在接缝，试件中应包括接缝。n尺尺寸寸：试试件件应应与与实实际际尺尺寸寸相相同同。如如果果构构件件尺尺寸寸大大于于试试验验炉炉所所容容纳纳的的尺尺寸寸，则则试试件件在在炉炉内内暴暴露露部部分分的尺寸不得小于下述规定：的尺寸不得小于下述规定：墙墙3m3m高高3m3m宽；楼板及屋面板宽；楼板及屋面板四面支承；四面支承；4m4m长长3m3m宽；梁宽；梁4m4m跨度；柱跨度；柱3m3m高高。n数数量量：试试件件数数量量1 1个个。如如果果构构件件约约束束、边边界界条条件件不同，则应按下述规定处理。不同，则应按下述规定处理。墙墙两侧都要求耐火的不对称构件，应分别对两侧受火两侧都要求耐火的不对称构件，应分别对两侧受火进行试验。如果事先可确定一侧为受火弱面，也可只对弱进行试验。如果事先可确定一侧为受火弱面，也可只对弱面进行一次试验。面进行一次试验。楼板及屋面板楼板及屋面板在实际使用中如约束条件不同，应增加在实际使用中如约束条件不同，应增加相应试验。相应试验。梁和柱梁和柱在实际使用中若端部约束条件不同，应增加相在实际使用中若端部约束条件不同，应增加相应试验。应试验。建筑构件的耐火试验建筑构件的耐火试验试件要求试件要求n养护与干燥：养护与干燥：试试验验时时，构构件件应应达达到到材材料料设设计计强强度度。由由于于含含水水率率会会影影响响构构件件内内热热传传导导，所所以以试试验验时时构构件件湿湿度度应应与与实实际际使用中的构件状态相近。使用中的构件状态相近。湿湿法法生生产产的的构构件件，应应进进行行干干燥燥。干干燥燥温温度度应应不不影影响响构构件件性性能能。厚厚度度小小于于20mm20mm的的湿湿法法生生产产构构件件，干干燥燥时时间间不不得得少少于于四四周周。厚厚度度每每增增加加10mm10mm，干干燥燥时时间间另另增增加一周。加一周。建筑构件的耐火试验建筑构件的耐火试验试件要求试件要求7.3 7.3 建筑构件的耐火试验装置建筑构件的耐火试验装置n包包括括耐耐火火试试验验炉炉、燃燃烧烧系系统统、加加载载设设备备、测测温温仪仪器、测压仪器、变形测试仪器以及试验框架等。器、测压仪器、变形测试仪器以及试验框架等。建筑构件的耐火试验工艺流程建筑构件的耐火试验工艺流程立式炉立式炉耐耐火火试试验验炉炉墙墙炉炉耐耐火火试试验验炉炉 柱柱炉炉耐耐火火试试验验炉炉 梁梁（板板）炉炉炉口向上，利炉口向上，利用炉墙作为构用炉墙作为构件支座。试件件支座。试件沿炉口纵向安沿炉口纵向安装，可以试验装，可以试验6000mm15006000mm1500mmmm的大型屋面的大型屋面板和跨度为板和跨度为6000mm6000mm的梁。的梁。若将炉内用隔若将炉内用隔墙加以分隔，墙加以分隔，可以试验小于可以试验小于6000mm6000mm长的梁长的梁等。若将试件等。若将试件横向安装，还横向安装，还可以试验走道可以试验走道板等小型构件板等小型构件耐火构件试验馆墙炉柱炉墙 炉 柱 炉 墙板炉墙 板 炉 防火门试验正在进行防火玻璃测试防火门试验正在进行防火玻璃测试 建筑构件的耐火试验装置建筑构件的耐火试验装置燃烧系统燃烧系统n燃料的选择燃料的选择:天然气、煤气等气体燃料天然气、煤气等气体燃料n喷嘴的设置：应该小而多，且喷口要互相错开喷嘴的设置：应该小而多，且喷口要互相错开n炉炉温温控控制制方方法法主主要要是是通通过过增增减减燃燃烧烧喷喷嘴嘴的的数数量量、调节喷嘴的油压及风压，调整烟道闸板的位置调节喷嘴的油压及风压，调整烟道闸板的位置建筑构件的耐火试验装置建筑构件的耐火试验装置加载设备加载设备n对对试试件件加加载载，应应包包括括能能模模拟拟均均布布加加载载、集集中中加加载载、中中心心加载或偏心加载；加载或偏心加载；n在在试试验验过过程程中中，应应用用手手动动或或自自动动调调节节，以以保保持持试试件件的的试试验验荷荷载载稳稳定定不不变变。对对试试验验结结束束后后仍仍需需加加载载的的试试件件，应应能能保持规定的荷载；保持规定的荷载；n施加荷载的方向和作用点，不应受试件变形的影响；施加荷载的方向和作用点，不应受试件变形的影响；n对对荷荷载载的的大大小小及及其其变变化化，应应通通过过仪仪表表显显示示或或通通过过测测量量某某点上的液压来监控；点上的液压来监控；n设备本身的变形不得对试件变形的测量产生不利影响；设备本身的变形不得对试件变形的测量产生不利影响；n应应不不影影响响试试件件背背火火面面的的空空气气流流通通和和冷冷却却以以及及妨妨碍碍其其它它项项目的测量、观察与操作。目的测量、观察与操作。建筑构件的耐火试验装置建筑构件的耐火试验装置测量仪器测量仪器n温度测量仪器：热电偶温度测量仪器：热电偶n压力、变形测量仪器：压力传感器等压力、变形测量仪器：压力传感器等炉内温度测量炉内温度测量试件被火面温度测量试件被火面温度测量试件内部温度测量试件内部温度测量气体压力测量气体压力测量试件变形测量试件变形测量建筑构件的耐火试验装置建筑构件的耐火试验装置测量精度测量精度n温度：炉内，温度：炉内，1515，其它，其它，55；n压力：压力：5Pa5Pa；n变形：变形：2mm2mm；n荷载：荷载：5%5%；n时间：时间：10s10s。仪器、设备应达到下述精度要求：仪器、设备应达到下述精度要求：7.4 7.4 建筑构件的耐火试验过程建筑构件的耐火试验过程n试件设计、安装及加荷试件设计、安装及加荷n试验的开始和结束试验的开始和结束n测量与观察测量与观察n试验报告试验报告试件设计、安装及加荷试件设计、安装及加荷n试件设计、施工应按国家现行设计、施工及验收规试件设计、施工应按国家现行设计、施工及验收规范进行，并应满足最小尺寸条件。范进行，并应满足最小尺寸条件。n试件安装应满足约束及边界条件和受火条件。试件安装应满足约束及边界条件和受火条件。n承重构件应至少在试验开始前承重构件应至少在试验开始前15min15min，加荷到试验，加荷到试验值，并保持恒定不变。如用自动调节方法保持荷载值，并保持恒定不变。如用自动调节方法保持荷载恒定，该系统应进入工作状态。随试件变形，加载恒定，该系统应进入工作状态。随试件变形，加载设备应有快速响应能力。如试件坍垮或试验结束，设备应有快速响应能力。如试件坍垮或试验结束，应立即卸载。应立即卸载。试验的开始和结束试验的开始和结束n当试验炉内接近试件中心的热电偶记录到当试验炉内接近试件中心的热电偶记录到5050时，时，该时刻作为试验的开始时间；同时所有手动及自动该时刻作为试验的开始时间；同时所有手动及自动测量观测系统都应开始工作。测量观测系统都应开始工作。n根据判定条件，试件达到耐火极限时，试验应终根据判定条件，试件达到耐火极限时，试验应终止。止。测量与观察测量与观察一、测量的次数一、测量的次数 温度、压力的测量应连续进行或每隔温度、压力的测量应连续进行或每隔2min2min测量一次。测量一次。二、热电偶布置二、热电偶布置 炉内热电偶布置应按下述规定：炉内热电偶布置应按下述规定：水平或垂直分隔构件：试件表面水平或垂直分隔构件：试件表面1.5m1.5m2 2范围内至少有范围内至少有1 1个热个热电偶，热电偶总数不少于电偶，热电偶总数不少于5 5个；个；横梁：每隔横梁：每隔1m1m长度上至少有长度上至少有2 2个热电偶，热电偶总数不得个热电偶，热电偶总数不得少于少于6 6个；个；柱：每隔柱：每隔1m1m高度上至少有高度上至少有1 1个热电偶，热电偶总数不少于个热电偶，热电偶总数不少于6 6个，呈螺旋形布置。个，呈螺旋形布置。试件背火面热电偶应按下述规定布置：试件背火面热电偶应按下述规定布置：水平或垂直分隔构件，热电偶总数不少于水平或垂直分隔构件，热电偶总数不少于5 5个。其中个。其中1 1个个设在试件中心，其余分设在试件各四分之一部位中心。设在试件中心，其余分设在试件各四分之一部位中心。三、试件变形测量三、试件变形测量 墙墙加载开始至试验结束，测量试件中心点水加载开始至试验结束，测量试件中心点水平变形值；平变形值；板板加载开始至试验结束，测量试件中心点垂加载开始至试验结束，测量试件中心点垂直变形值；直变形值；梁梁加载开始至试验结束，测量试件跨中垂直加载开始至试验结束，测量试件跨中垂直变形值；变形值；柱柱加载开始至试验结束，测量试件轴向变形加载开始至试验结束，测量试件轴向变形值。值。测量与观察测量与观察四、试件完整性的测量四、试件完整性的测量 试件完整性测量用棉垫试验。试件完整性测量用棉垫试验。按规定方法，当棉垫被引燃时，表明试件的完按规定方法，当棉垫被引燃时，表明试件的完整性被破坏。整性被破坏。测量与观察测量与观察测量与观察测量与观察五、荷载测量及其它观测五、荷载测量及其它观测 试验时，测量并记录荷载的量值、性质、施加方试验时，测量并记录荷载的量值、性质、施加方法和试件失去支持荷载的时间。法和试件失去支持荷载的时间。观察试件在试验过程中的变化势态以及试件结构观察试件在试验过程中的变化势态以及试件结构材料的变形、开裂、熔化或软化、剥落等现象，并材料的变形、开裂、熔化或软化、剥落等现象，并进行记录。进行记录。7.5 7.5 影响构件耐火极限的因素及影响构件耐火极限的因素及提高耐火极限的措施提高耐火极限的措施n影响耐火极限的因素影响耐火极限的因素n提高构件耐火极限的措施提高构件耐火极限的措施完整性完整性绝热性绝热性稳定性稳定性建筑耐火设计方法建筑耐火设计方法目前，国内外绝大多数建筑构件的耐火设计都是按照目前，国内外绝大多数建筑构件的耐火设计都是按照强制性的建筑防火规范要求进行设计验算，确定其相强制性的建筑防火规范要求进行设计验算，确定其相关隔热保护措施或防火保护设施来满足要求关隔热保护措施或防火保护设施来满足要求 现行建筑构件耐火设计方法中存在的主要问题现行建筑构件耐火设计方法中存在的主要问题n任何建筑物在设计时均应根据其任何建筑物在设计时均应根据其建筑高度建筑高度、使用性质使用性质和和规模规模等考虑其耐火等级，对其相应的建筑构件进行耐火设等考虑其耐火等级，对其相应的建筑构件进行耐火设计。计。n通过试验方式或采用标准规定的温升曲线来确定构件的通过试验方式或采用标准规定的温升曲线来确定构件的耐火极限，虽具有简单、实用，对不同构件的耐火性能有耐火极限，虽具有简单、实用，对不同构件的耐火性能有统一的判别基准等优点，但很难模拟实际构件的受热、受统一的判别基准等优点，但很难模拟实际构件的受热、受力和端部约束情况，从而导致现行规范对钢结构耐火极限力和端部约束情况，从而导致现行规范对钢结构耐火极限的规定普遍过于保守，但对某些特殊场所又不一能达到预的规定普遍过于保守，但对某些特殊场所又不一能达到预期的耐火极限要求，而存在发生破坏的可能，在一定程度期的耐火极限要求，而存在发生破坏的可能，在一定程度上制约了钢结构建筑的发展。上制约了钢结构建筑的发展。性能化钢结构构件耐火极限确定方法性能化钢结构构件耐火极限确定方法 建筑构件的耐火极限是建筑被动防火体系中的重建筑构件的耐火极限是建筑被动防火体系中的重要参数之一，对于实现阻止火灾的发生、减小火要参数之一，对于实现阻止火灾的发生、减小火灾危险、灭火和控火、防止财产损失、保护人员灾危险、灭火和控火、防止财产损失、保护人员的疏散安全和方便灭火救援等安全目标发挥着重的疏散安全和方便灭火救援等安全目标发挥着重要作用要作用 问题的提出问题的提出n由于建筑形式多样、建筑功能复杂、用途千差万别，由于建筑形式多样、建筑功能复杂、用途千差万别，导致建筑物内可燃物的燃烧性能、热值及其数量、分布导致建筑物内可燃物的燃烧性能、热值及其数量、分布和集度等均存在较大差异。按照现行国家规范统一规定和集度等均存在较大差异。按照现行国家规范统一规定的耐火极限要求进行设计，其方案必然会存在某些不科的耐火极限要求进行设计，其方案必然会存在某些不科学、不合理之处，难免使所设计的结构出现达不到预期学、不合理之处，难免使所设计的结构出现达不到预期的功能（消防安全水平）或因提供不必要的保护措施而的功能（消防安全水平）或因提供不必要的保护措施而增加消防投资与建筑成本，客观上使其具有一定局限性增加消防投资与建筑成本，客观上使其具有一定局限性 。n根据建筑物的结构、平面布局与布置、功能和用途、根据建筑物的结构、平面布局与布置、功能和用途、内部火灾荷载及其分布、可燃物的燃烧特性等具体情况，内部火灾荷载及其分布、可燃物的燃烧特性等具体情况，给出建筑构件耐火性能的设计方法。给出建筑构件耐火性能的设计方法。国内外相关研究的主要方面国内外相关研究的主要方面 1 1）高温下材料本构关系，如钢材和混凝土在高温下的强度、弹）高温下材料本构关系，如钢材和混凝土在高温下的强度、弹性模量及全过程曲线等。性模量及全过程曲线等。2 2）高温下材料热工性能，如高温下钢材的热导率、比热、容重）高温下材料热工性能，如高温下钢材的热导率、比热、容重及膨胀系数等。及膨胀系数等。3 3）钢结构构件和结构内部温度场的研究与分析计算。）钢结构构件和结构内部温度场的研究与分析计算。4 4）钢结构构件在高温环境中的破坏特征，不同构件形状或尺寸、）钢结构构件在高温环境中的破坏特征，不同构件形状或尺寸、不同受火方式的影响规律，构件和结构的耐火极限及全过程分析。不同受火方式的影响规律，构件和结构的耐火极限及全过程分析。5 5）钢结构构件的耐火保护层计算。）钢结构构件的耐火保护层计算。6 6）结构构件耐火试验方法。）结构构件耐火试验方法。7 7）结构构件的耐火理论及相应的标准编制。）结构构件的耐火理论及相应的标准编制。8 8）钢结构在火灾条件下的整体耐火性能，如法国）钢结构在火灾条件下的整体耐火性能，如法国CTICMCTICM的的J.KruppaJ.Kruppa等人以及英国等人以及英国CardingtonCardington试验室等。试验室等。国内外建筑结构耐火设计的主要方法国内外建筑结构耐火设计的主要方法 1 1）基于试验的构件耐火设计方法）基于试验的构件耐火设计方法 2 2）基于计算的构件耐火设计方法，在考虑了荷载的）基于计算的构件耐火设计方法，在考虑了荷载的分布和大小、构件端部约束条件等因素以后应用经典分布和大小、构件端部约束条件等因素以后应用经典解析方法或有限元等数值方法，通过理论计算来确定解析方法或有限元等数值方法，通过理论计算来确定构件的耐火极限。但这种方法的受火条件仍是以构件的耐火极限。但这种方法的受火条件仍是以ISO/FDIS 834-1:1997(E)ISO/FDIS 834-1:1997(E)建筑构件耐火试验方法建筑构件耐火试验方法标准规定的时间标准规定的时间-温度曲线为基础。温度曲线为基础。3 3）基于计算的结构耐火设计方法，结构作为一个整）基于计算的结构耐火设计方法，结构作为一个整体承受荷载。法国已采用此方法；英国也正在制定相关体承受荷载。法国已采用此方法；英国也正在制定相关的标准，如的标准，如BS 7974:2001BS 7974:2001消防安全工程原理在建筑设消防安全工程原理在建筑设计中的应用计中的应用和和DD ENV1991-2-2:1996DD ENV1991-2-2:1996欧洲规范欧洲规范3 3：钢：钢结构设计结构设计。4 4）考虑火灾随机性的结构耐火设计方法，这种方法以）考虑火灾随机性的结构耐火设计方法，这种方法以概率可靠度为指标，考虑了火灾及空气升温的随机性。概率可靠度为指标，考虑了火灾及空气升温的随机性。设计时先确定不同典型场所的火灾荷载及其分布、火灾设计时先确定不同典型场所的火灾荷载及其分布、火灾场景，再采用性能化方法进行计算场景，再采用性能化方法进行计算 国内外建筑结构耐火设计的主要方法国内外建筑结构耐火设计的主要方法 结构耐火设计的目标结构耐火设计的目标1 1）减轻结构在火灾中的破坏，避免结构在火灾中局部倒）减轻结构在火灾中的破坏，避免结构在火灾中局部倒塌影响内部人员安全疏散和造成外部灭火救援困难。塌影响内部人员安全疏散和造成外部灭火救援困难。2 2）避免结构在火灾中很快变形、整体垮塌、造成人员伤）避免结构在火灾中很快变形、整体垮塌、造成人员伤亡和结构难以修复再用。亡和结构难以修复再用。3 3）预防因构件破坏而加剧火灾中的热对流和热辐射，使）预防因构件破坏而加剧火灾中的热对流和热辐射，使火灾蔓延至其它防火分隔空间或相邻建筑物。火灾蔓延至其它防火分隔空间或相邻建筑物。4 4）能为灾后修复提供条件、减少灾后结构的修复费用和）能为灾后修复提供条件、减少灾后结构的修复费用和难度，缩短钢结构功能的恢复期。难度，缩短钢结构功能的恢复期。建筑构件的消防设计目标就是：通过合理设计确定构件建筑构件的消防设计目标就是：通过合理设计确定构件的耐火能力，力求的耐火能力，力求结构安全结构安全与与防火投入防火投入的高效统一，通的高效统一，通过限制火灾蔓延和保证建筑结构构件的完整来减轻建筑过限制火灾蔓延和保证建筑结构构件的完整来减轻建筑物的火灾损害。物的火灾损害。钢结构构件耐火极限的计算方法钢结构构件耐火极限的计算方法基于可靠度的结构耐火设计方法基于可靠度的结构耐火设计方法 ：采用与：采用与ISO834ISO834标准标准火等效的真实火灾条件，计算单个构件或简单约束的火等效的真实火灾条件，计算单个构件或简单约束的2 2个构件所需要的等效耐火时间，并按照标准耐火试验方个构件所需要的等效耐火时间，并按照标准耐火试验方法进行验证法进行验证 判定标准为：所设计的结构构件的耐火时间必须不小于判定标准为：所设计的结构构件的耐火时间必须不小于根据建筑物具体情况计算出的构件的最小耐火时间。计根据建筑物具体情况计算出的构件的最小耐火时间。计算构件的耐火时间时采用与算构件的耐火时间时采用与ISO834ISO834等效的真实火灾条件，等效的真实火灾条件，验算时采用验算时采用ISO834ISO834标准耐火试验条件下的承载力极限状标准耐火试验条件下的承载力极限状态。态。以以Margaret LawMargaret Law、PetterssonPettersson提出的等效时间公式为提出的等效时间公式为基础，考虑发生火灾的概率、结构倒塌的后果和灭火基础，考虑发生火灾的概率、结构倒塌的后果和灭火系统的影响以及火灾的不完全燃烧系数取值系统的影响以及火灾的不完全燃烧系数取值1.01.0，并，并考虑某些不确定因素（采用考虑某些不确定因素（采用1.251.25倍的安全系数修正）倍的安全系数修正）后，可得到构件等效耐火时间的计算式：后，可得到构件等效耐火时间的计算式：等效耐火时间的计算方法等效耐火时间的计算方法 t te e =0.084k=0.084ks s1/21/2q qf fw wf fp pd dw w 式中式中 p p火灾的发生概率系数；火灾的发生概率系数；d d火灾引起结构倒塌的后果系数；火灾引起结构倒塌的后果系数；w w自动喷水灭火系统的作用系数。自动喷水灭火系统的作用系数。等效耐火时间计算式中各系数的选取等效耐火时间计算式中各系数的选取建筑结构的对火反应取决于着火室内火灾的发展建筑结构的对火反应取决于着火室内火灾的发展过程和热释放速率，受着火室的通风条件、室内过程和热释放速率，受着火室的通风条件、室内火灾荷载密度、灭火设施、着火室的几何特征和火灾荷载密度、灭火设施、着火室的几何特征和边界条件等因素的影响较大。边界条件等因素的影响较大。火灾荷载密度（火灾荷载密度（q qf f）通常，设计师可以将占荷载数学统计分布通常，设计师可以将占荷载数学统计分布80%80%的平均火灾荷载密度用作特征火灾荷载。我的平均火灾荷载密度用作特征火灾荷载。我国尚缺乏相关的统计基础数据，设计中可根国尚缺乏相关的统计基础数据，设计中可根据实际调查或参照表据实际调查或参照表1 1给出的数值确定。给出的数值确定。建筑类型和用途建筑类型和用途火灾荷载密度火灾荷载密度平均值平均值分位数（分位数（80%分位数是指不超过分位数是指不超过80%的类型和用途的类型和用途建筑或房间的值）建筑或房间的值）80%90%95%住宅住宅780870920970医院医院230350440520医院储藏室医院储藏室2000300037004400医院病房医院病房310400460510办公室办公室420570670760商店商店60090011001300车间车间300470590720车间和仓储车间和仓储1180180022402690图书馆图书馆150022502550学校学校285360410450封闭空间的热物理特性（封闭空间的热物理特性（k ki i）构件的热惯性可采用下面公式计算。构件的热惯性可采用下面公式计算。Ki=(c)1/2 式中：式中：k ki i封闭空间内构件的热惯性，封闭空间内构件的热惯性，JmJm-2-2s s-1/2-1/2K K-1-1。对于混凝土，对于混凝土，k ki i=2190 Jm=2190 Jm-2-2s s-1/2-1/2K K-1-1；材料的密度，（材料的密度，（kg/mkg/m3 3）；）；c c材料的比热容，（材料的比热容，（J/(kgK)J/(kgK)）；）；材料的热导率，（材料的热导率，（W/(mK)W/(mK)）。）。欧洲规范欧洲规范77对对k ks s推荐的数值范围是推荐的数值范围是0.040.040.070.07，见表，见表2 2。热惯性量（热惯性量（ki）2500720b2500720热惯性系数的取值热惯性系数的取值（ks）0.040.0550.07表表2 2 k ks s推荐的数值取值推荐的数值取值通风系数（通风系数（w wf f）根据根据SchneiderSchneider的研究，的研究，w wf f=(6/H)=(6/H)0.30.30.62+90(0.4-A0.62+90(0.4-Av v/A/Af f)4 4/1+/1+12.5(1+10A12.5(1+10Av v/A/Af f-(A(Av v/A/Af f)2 2)A)Ah h/A/Af f（其中其中H H为着火室的空间高度，为着火室的空间高度，m m；A Ah h为水平开口的面积为水平开口的面积m m2 2。当当A Ah h0 0时，则时，则w wf f=(6/H)=(6/H)0.30.30.62+90(0.4-A0.62+90(0.4-Av v/A/Af f)4 4）。）。发生概率系数（发生概率系数（p p）如果火灾发生轰燃或从着火室蔓延到整座建筑物的如果火灾发生轰燃或从着火室蔓延到整座建筑物的大部分全面燃烧，将对建筑构件产生严重的伤害与破大部分全面燃烧，将对建筑构件产生严重的伤害与破坏。为保证建筑整体的结构安全，有必要调整火灾风坏。为保证建筑整体的结构安全，有必要调整火灾风险与消防安全水平之间的平衡关系，一般采用发生概险与消防安全水平之间的平衡关系，一般采用发生概率系数来修正。率系数来修正。发生概率系数用于量化不同用途建筑发生概率系数用于量化不同用途建筑发生全面燃烧火灾的风险，并反映全面燃烧火灾的后发生全面燃烧火灾的风险，并反映全面燃烧火灾的后果果。根根据据国国外外有有关关火火灾灾统统计计，对对于于大大多多数数用用途途的的建建筑筑，发发生生概概率率系系数数的的取取值值为为0.80.81.21.2（停停车车场场的的系系数数为为0.40.4）。不不同同用用途途的的建建筑筑发发生生火火灾灾的的的的概概率率值值及及其其概概率系数的取值参见表率系数的取值参见表3 3。表表3 3 发生概率的系数发生概率的系数p p使用形式使用形式办公室办公室工业建筑工业建筑(低火灾风险低火灾风险)集会建筑集会建筑(高火灾风高火灾风险险)商店和商店和商业建商业建筑筑停车场停车场发生火灾的总概发生火灾的总概率值率值6.210-34.410-21.210-1概率系数概率系数0.80.81.21.00.8 倒塌后果系数（倒塌后果系数（d d）倒塌后果系数用于量化无法控制的火灾后果，倒塌后果系数用于量化无法控制的火灾后果，以反映不同疏散和灭火方式及其能力的后果以以反映不同疏散和灭火方式及其能力的后果以及房屋倒塌对相邻建筑的潜在危害。及房屋倒塌对相邻建筑的潜在危害。建筑高度（建筑高度（m）55H2020H3030后果系数后果系数0.51.