浅议钢筋混凝土结构的耐火性能

浅议钢筋混凝土结构的耐火性能

建筑科学SCIENOE&TECHNOLOGY皿圆

浅议钢筋混凝土结构的耐火性能①

郭亮

(广东省揭阳市公安消防支队广东揭阳522031)

摘要:建筑构件在火灾高温的作用下,内力产生剧烈的重分布,结构发生变形,使得构件的力学性能降低,从而导致整个结构的承裁能力

和安全性能受到影响,甚至可能会引起建筑物的破坏或饲塌.文章通过分析钢筋混凝土结构的热性能和在火灾高温环境中的行为,总结

钢筋混凝土结构在火灾高温环境下承裁能力和结构的安全性受到的影响,探讨提高钢筋混凝土结构耐火性能的设计方法.

关键词:钢筋混凝土结构耐火

中图分类号:TU528文献标识码:A文章编号:1672-3791(2011)O8(a)--O069--02

近年来,社会经济的高速增长推动了

城市建设快速发展,建筑物呈现高层化,功

能复杂化的发展趋势,建筑火灾发生的频

率不断增加,规模不断扩大.建筑物中,钢

筋混凝土结构的建筑物占的比例最高.相

比其他结构形式的建筑物,钢筋混凝土结

构的建筑物耐高温性能好,在火灾作用下,

结构稳定性高.但是,火灾的高温仍对钢筋

凝土结构的承载能力产生较大影响,火灾

的高温作用会导致结构受到破坏,甚至建

筑物倒塌_l1.2003年衡阳"11.3"火灾足以说

明问题.笔者就钢筋混凝土结构的耐火性

能和火灾对钢筋混凝土结构的危害谈点初

浅的分析,供参考.

1钢筋混凝土结构在火灾中所处环境的

分析

钢筋混凝土结构在火灾中所处的环境

即火灾在发生,发展,结束的全过程是如

何影响钢筋混凝土结构的,范围如何,温

度如何等.建筑火灾可简单分为初起阶

段,发展阶段,下降阶段.在初起阶段,火

灾属于局部燃烧,火灾环境温度一般较

低.在火灾的发展阶段,燃烧范围由起火

区域向邻近区域蔓延,直至整栋建筑I2】.在此阶段,钢筋混凝土构件受到火焰的直接

灼烧和高温烟气的热作用,环境最高温度

可达1000℃～l200℃[31.在火灾的下降阶段,环境温度不断降低,钢筋混凝土结构

构件由于温度的变化产生较大的内部应力,依然受到火灾的影响.

2钢筋混凝土结构在火灾中的行为分析

研究钢筋混凝土结构的耐火性能,重

点是研究钢筋混凝土结构的整体和各个

构件在火灾高温的作用下产生怎样的物

理变化和化学变化,结构受力和形变如

何,承载性能如何改变.因混凝土的热惰

性性质,火灾高温下,钢筋混凝土结构整

体体现热惰性,即钢筋混凝土结构在高

温环境中,其内部各个部分的温度由于

受热传导速度的影响而各不相同,温度

的高低与其处在火灾环境中的时间,受

到火灾高温的形式和本身构件的形式等

因素有关….

2.1混凝土的高温特性及火灾对混凝土结构的影响

混凝土是水泥与骨料的混合物,有较

大的抗压强度,高温下将产生分解,力学性能和热学性能也随之改变.当混凝土的温度达到200℃时,混凝土中的水分子开始分离.当混凝土的温度达到300℃时,混凝土中的硅酸钙和铝酸钙等物质开始脱水.当混凝土的温度达到6O0℃时,混凝土中氢氧化钙发生脱水,开始分解,混凝土结构失效,强度大幅下降l5_.火灾中,混凝土主要受到两种形式的作用:一种是火焰对钢筋混凝土构件的直接烧损,使混凝土构件表面因高温开裂,其内部也因温度应力产生裂隙;另一种是火灾的持续高温作用使得混凝土构件由于温度变化不均匀产生较大内力,造成构件发生严重开裂和破坏【.

2.2钢筋的高温特性及火灾对钢筋的影响钢筋是钢筋混凝土结构的主要受力

构件,其在高温下的力学性能决定了钢

筋混凝土结构的强度和耐火性能.钢筋

混凝土结构的钢筋材质一般采用普通低碳钢,当温度达到250℃时,钢材的抗拉强度和塑性随着温度的升高而降低,钢材

呈现脆性.当温度达到350℃时,钢材屈服强度只有一般情况下的50%.当温度达到520℃时,钢材基本失去其所有的强度[71. 但是,由于钢筋混凝土结构构件表面一定

厚度的混凝土保护层对钢筋的保护作用,

使得通常钢筋混凝土构件中的钢筋在火

灾整个过程中的温度低于520℃,钢筋的

力学性能受到的影响不是很大.但是,实

验表明{,火灾中预应力钢筋在火灾温度

达到6O0oC以上时,钢筋内部结构发生改

①作者简介:郭亮(1982一),男,辽宁锦州人,助理工程师. 变,冷却后强度只有原来的一半,钢筋和

构件受火灾的作用性能改变较大,应加

以注意.

2.3钢筋混凝土结构的材料性能分析

钢筋与混凝土的共同工作将两种材料

的各自优点相结合,弥补缺点,发挥出超过

简单叠加的效果.两者共同工作的基础是

两者之间机械咬合产生的作用力.在高温

的条件下,混凝土耐火性能好,保护耐火性

能差的钢筋.同时,由于混凝土膨胀系数较

小,使其在高温环境中与钢筋的咬合更加

紧密,相互作用的结合力增大,保证了结构

的力学性能不会降低.

2.4火灾对钢筋混凝土结构的影响

火灾对钢筋混凝土结构的破坏可分为

两种形式:一种形式是直接灼烧造成伤害,

另一种是结构性能破坏.通常情况下,火焰

的直接灼烧使钢筋混凝土构件的表层温度

迅速升高,但构件的内部因表层混凝土的热

惰性而升温较慢,温度不高.在火灾撤离后,

构件温度下降,由于构件表面混凝土温度变

化大,收缩量较大,会产生较多的龟裂[10】.火