建筑結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)PPT（69頁）

1、27建筑結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)7.1 火災(zāi)及其成因7.2 建筑抗火設(shè)計(jì)的一般原則和方法7.3 建筑材料的高溫性能7.4 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐火性能7.5 鋼筋混凝土構(gòu)件抗火計(jì)算與設(shè)計(jì)7.6 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗火計(jì)算與設(shè)計(jì) 學(xué)習(xí)目的 了解火災(zāi)發(fā)生、發(fā)展及其對結(jié)構(gòu)的影響； 了解建筑防火的主要技術(shù)措施； 了解結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗火設(shè)計(jì)的一般步驟； 掌握混凝土、鋼筋、結(jié)構(gòu)鋼的高溫性能； 了解建筑物的耐火等級； 了解構(gòu)件和結(jié)構(gòu)的耐火極限及其主要影響因素； 掌握鋼筋混凝土軸心受壓構(gòu)件、受彎構(gòu)件、偏心受力構(gòu)件在高溫下的受力特點(diǎn)和承載力計(jì)算的基本方法； 了解軸心受壓鋼構(gòu)件、鋼梁、鋼柱在高溫下的受力特點(diǎn)和計(jì)算方法建筑結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)7教學(xué)要求 分析

2、火災(zāi)及其對結(jié)構(gòu)的作用； 講述建筑材料和結(jié)構(gòu)構(gòu)件在高溫下主要力學(xué)性能和受力特點(diǎn)的變化； 建立鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件和鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗火設(shè)計(jì)的主要思路和基本方法建筑結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)7福建森林大火西藏森林大火美國加州森林大火加拿大森林大火火災(zāi)事故的介紹中央電視臺新址火災(zāi)現(xiàn)場哈爾濱雙子大廈火災(zāi)現(xiàn)場火災(zāi)事故的介紹美國911事件火災(zāi)現(xiàn)場火災(zāi)事故的介紹上海商學(xué)院宿舍火災(zāi)現(xiàn)場中央美院宿舍火災(zāi)現(xiàn)場火災(zāi)事故的介紹27建筑結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)7.1 火災(zāi)及其成因7.2 建筑抗火設(shè)計(jì)的一般原則和方法7.3 建筑材料的高溫性能7.4 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐火性能7.5 鋼筋混凝土構(gòu)件抗火計(jì)算與設(shè)計(jì)7.6 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗火計(jì)算與設(shè)計(jì)一、火災(zāi)危害全世界每

3、年的火災(zāi)經(jīng)濟(jì)損失可達(dá)整個社會生產(chǎn)總值的0.2。火災(zāi)除了造成直接損失外，間接損失一般是直接損失的3倍。億元火災(zāi)及其成因7.11.建筑火災(zāi)對結(jié)構(gòu)的破壞木結(jié)構(gòu)：可燃結(jié)構(gòu)本身燃燒，截面減小至破壞。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)： （1） 在高溫下，強(qiáng)度和彈性模量降低，造成截面破壞或 變形較大而失效、倒塌。 （2） 高溫下，鋼筋屈服應(yīng)力下降引起截面破壞。 （3） 混凝土強(qiáng)度和彈模隨溫度升高而降低。 （4） 構(gòu)件內(nèi)溫度梯度，造成開裂變形。 （5） 構(gòu)件熱膨脹、開裂，使相鄰構(gòu)件產(chǎn)生過大位移。 二、 建筑火災(zāi)火災(zāi)及其成因7.12.火災(zāi)的發(fā)生和發(fā)展建筑物起火的原因：使用明火不慎；化學(xué)或者生物化學(xué)作用；電路短路；惡意縱火

4、等?；馂?zāi)發(fā)生的3個必備條件：(1) 燃燒物的存在；(2) 持續(xù)供氧；(3) 著火源。建筑室內(nèi)火災(zāi)發(fā)展的3個階段：(1) 初期增長階段；(2) 全盛階段；（轟然現(xiàn)象）(3) 衰退階段 （200300度） 二、 建筑火災(zāi)火災(zāi)及其成因7.1建筑火災(zāi)的嚴(yán)重性： 建筑中發(fā)生火災(zāi)的大小及危害程度，取決于火災(zāi)達(dá)到的最大溫度和最大溫度持續(xù)時間。影響火災(zāi)嚴(yán)重性的主要因素：（）可然材料的燃燒性能、數(shù)量和分布；（）房屋的通風(fēng)情況；（）房間的大小、形狀和熱工特性。三、 影響火災(zāi)嚴(yán)重性的主要因素火災(zāi)及其成因7.1建筑防火對策：(1) 預(yù)防失火；(2) 一旦失火，爭取初期滅火，不致成災(zāi)。防火主要技術(shù)措施：(1) 總平面布

5、局留有適當(dāng)防火距離；(2) 盡量選用非燃、難燃性建筑材料；(3) 建筑物平面和豎向合理劃分防火區(qū)；(4)合理設(shè)計(jì)疏散通道；(5)合理布置消防設(shè)施；(6)合理設(shè)計(jì)承重結(jié)構(gòu)及構(gòu)件。四、 建筑防火技術(shù)措施火災(zāi)及其成因7.1五、 防火、耐火與抗火防火 當(dāng)防火只防止火災(zāi)時，主要用于建筑防用于火措施。當(dāng)防火指防火保護(hù)時，用于建筑防護(hù)的有防護(hù)墻、防護(hù)門等，用于結(jié)構(gòu)防護(hù)的有防火涂料、防火板等。耐火 耐火主要是指建筑在某一區(qū)域發(fā)生火災(zāi)時能忍耐多長時間不造成火災(zāi)蔓延，以及結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中能耐多久不破壞?？够?結(jié)構(gòu)抗火一般通過對結(jié)構(gòu)構(gòu)件采取防火措施，使其在火災(zāi)中承載力減低不過而滿足受力要求來實(shí)現(xiàn)。火災(zāi)及其成因7.127

6、建筑結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)7.1 火災(zāi)及其成因7.2 建筑抗火設(shè)計(jì)的一般原則和方法7.3 建筑材料的高溫性能7.4 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐火性能7.5 鋼筋混凝土構(gòu)件抗火計(jì)算與設(shè)計(jì)7.6 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗火計(jì)算與設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)的方法火災(zāi)下結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)火災(zāi)下結(jié)構(gòu)的最不利荷載、荷載效應(yīng)組合結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)方法與要求結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)的一般步驟7.2結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)的一般原則和方法建筑防火設(shè)計(jì)的目的：（1）減小火災(zāi)發(fā)生的概率；（2）減小火災(zāi)的直接經(jīng)濟(jì)損失；（3）避免或者減少人員傷亡。結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)的意義： （）減輕結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中的破壞，避免結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中局部倒塌而造成滅火或者救援困難； （）避免結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中整體倒塌而造成人員傷亡； （）減

7、少火災(zāi)后結(jié)構(gòu)的修復(fù)費(fèi)用，縮短火災(zāi)后結(jié)構(gòu)功能恢復(fù)周期，減小間接損失。一、結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)的意義和發(fā)展7.2結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)的一般原則和方法一、結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)的意義和發(fā)展抗火設(shè)計(jì)方法基于試驗(yàn)的構(gòu)件抗火設(shè)計(jì)方法以試驗(yàn)為依據(jù)，確定不同類型構(gòu)件在規(guī)定分布荷載和標(biāo)準(zhǔn)升溫條件下的耐火試驗(yàn)，確定不同防火措施后構(gòu)件的耐火時間。 建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范（GBJ16-87）采用該法。缺陷：無法考慮荷載分布與大小的影響；無法考慮端部約束狀態(tài)的影響。基于計(jì)算的構(gòu)件抗火設(shè)計(jì)方法 以有限元理論為基礎(chǔ)，能夠考慮任意荷載形式和端部約束。基于計(jì)算的結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)方法基于火災(zāi)隨機(jī)性的結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)方法7.2結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)的一般原則和方法二、基于概率可靠

8、度的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法 基于概念可靠度的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法指要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以滿足各種功能的結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)要求為目標(biāo)。 設(shè)正常情況和火災(zāi)下，結(jié)構(gòu)承載力功能設(shè)計(jì)失效概率分別為PN、PF,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)火災(zāi)發(fā)生的概率為P(F),火災(zāi)發(fā)生條件下結(jié)構(gòu)承載力功能失效的概率為P(f/F),則PF=P(F).P(f/F) 因P(F)PN。7.2結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)的一般原則和方法三、 火災(zāi)下結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)火災(zāi)下結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力極限狀態(tài) 火災(zāi)下，隨著結(jié)構(gòu)內(nèi)部升溫，結(jié)構(gòu)的承載力將下降，當(dāng)結(jié)構(gòu)的承載力下降到外荷載（包括溫度作用）產(chǎn)生的組合效應(yīng)相等時，結(jié)構(gòu)達(dá)到受火承載力極限狀態(tài)。判別標(biāo)準(zhǔn)：構(gòu)件喪失穩(wěn)定承載力 構(gòu)件的變形速率為無限

9、大鋼結(jié)構(gòu)：構(gòu)件達(dá)到不適于繼續(xù)承載的變形7.2結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)的一般原則和方法三、 火災(zāi)下結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)火災(zāi)下結(jié)構(gòu)整體承載力極限狀態(tài)的判別標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)喪失整體穩(wěn)定 結(jié)構(gòu)達(dá)到不適于繼續(xù)承載的整體變形7.2結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)的一般原則和方法四、火災(zāi)下結(jié)構(gòu)的最不利荷載、荷載效應(yīng)組合1.火災(zāi)下結(jié)構(gòu)的最不利荷載框架結(jié)構(gòu)為超靜定結(jié)構(gòu)：火災(zāi)下，存在溫度內(nèi)力。 框架結(jié)構(gòu)：只取最不利的構(gòu)件進(jìn)行抗火設(shè)計(jì)。選取的原則：1、常溫下相對受力（荷載組合作用與承載力之比）最大構(gòu)件。2、火災(zāi)下溫度內(nèi)力最大構(gòu)件。設(shè)計(jì)方式：進(jìn)行哪個構(gòu)件的抗火設(shè)計(jì)，僅考慮哪個構(gòu)件的受火升溫。7.2結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)的一般原則和方法四、火災(zāi)下結(jié)構(gòu)的最不利荷載、荷載效應(yīng)組

10、合2.火災(zāi)下結(jié)構(gòu)的荷載效應(yīng)組合國外設(shè)計(jì)規(guī)范大多采用荷載效應(yīng)線性組合。我國采用如下荷載效應(yīng)組合：永久荷載樓面活荷載風(fēng)荷載溫度荷載7.2結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)的一般原則和方法五、結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)方法與要求1.標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線與等效爆火時間標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線升溫段：降溫段：ISO834標(biāo)準(zhǔn)曲線7.2結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)的一般原則和方法五、結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)方法與要求等效爆火時間 真實(shí)火災(zāi)對構(gòu)件的破壞程度可等效為相同建筑在標(biāo)準(zhǔn)火作用“等效爆火時間”后對該構(gòu)件的破壞程度。 構(gòu)件的破壞程度一般用構(gòu)件在火災(zāi)下的溫度來衡量。1.標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線與等效爆火時間7.2結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)的一般原則和方法火災(zāi)升溫模型;標(biāo)準(zhǔn)升溫模型；（與實(shí)際火災(zāi)升溫有差別）等效標(biāo)準(zhǔn)

11、升溫模型；（通過等效爆火時間概念，考慮實(shí)際火災(zāi)情況）模擬分析模型。（考慮很多影響火災(zāi)實(shí)際升溫的因素，復(fù)雜）2.結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)模型火災(zāi)升溫模型7.2結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)的一般原則和方法結(jié)構(gòu)分析模型構(gòu)件模型；（構(gòu)件層次）子結(jié)構(gòu)模型；（構(gòu)件層次）整體結(jié)構(gòu)模型 。（整體結(jié)構(gòu)層次）2.結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)模型7.2結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)的一般原則和方法3.結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)要求在規(guī)定的結(jié)構(gòu)耐火極限的時間內(nèi)，結(jié)構(gòu)的承載力應(yīng)不小于各種作用所產(chǎn)生的組合效應(yīng)。在各種荷載效應(yīng)組合下，結(jié)構(gòu)的耐火時間應(yīng)不小于規(guī)定的結(jié)構(gòu)耐火極限。結(jié)構(gòu)達(dá)到承載力極限狀態(tài)時的臨界溫度應(yīng)不小于規(guī)定的耐火極限時間內(nèi)結(jié)構(gòu)的最高溫度。7.2結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)的一般原則和方法六、 結(jié)構(gòu)抗

12、火設(shè)計(jì)的一般步驟目標(biāo)：確定適當(dāng)?shù)臉?gòu)件防火被覆，使其在規(guī)定的耐火時間范圍內(nèi)，滿足承載能力的要求。鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)的一般步驟： （1）確定一定的防火被覆； （2）計(jì)算構(gòu)件在耐火時間條件下的內(nèi)部溫度； （3）計(jì)算結(jié)構(gòu)構(gòu)件在外荷載和溫度作用下的內(nèi)力； （4）進(jìn)行荷載效應(yīng)組合； （5）進(jìn)行構(gòu)件耐火承載力極限狀態(tài)驗(yàn)算； （6）被覆厚度不合適時，調(diào)整厚度，重復(fù)上述步驟。7.2結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)的一般原則和方法鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)的一般步驟： （1）原設(shè)計(jì)無面層的構(gòu)件，增加耐火面層； （2）加大鋼筋凈保護(hù)層以降低其溫度； （3）改變鋼筋的布置方式，如雙層筋，粗鋼筋中間，細(xì)筋下層； （4）軸心受壓或者小偏心受壓構(gòu)件可

13、提高混凝土強(qiáng)度等級； （5）加大界面寬度或者配筋量； （6）加大建筑物房間開口面積，以減小當(dāng)量標(biāo)準(zhǔn)升溫時間。7.2結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)的一般原則和方法27建筑結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)7.1 火災(zāi)及其成因7.2 建筑抗火設(shè)計(jì)的一般原則和方法7.3 建筑材料的高溫性能7.4 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐火性能7.5 鋼筋混凝土構(gòu)件抗火計(jì)算與設(shè)計(jì)7.6 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗火計(jì)算與設(shè)計(jì)高溫時的力學(xué)性能：將材料加熱到指定溫度，恒溫一定時間，然后在熱狀態(tài)下測定其力學(xué)性能。用于結(jié)構(gòu)在火災(zāi)時承載力設(shè)計(jì)。高溫后的力學(xué)性能：將材料加熱到指定溫度，然后冷卻至室溫，在冷態(tài)下測定其力學(xué)性能。用于結(jié)構(gòu)遭受火災(zāi)后的修復(fù)與補(bǔ)強(qiáng)。7.3建筑材料的高溫性能一、鋼筋混凝土

14、的高溫性能1.混凝土的高溫性能混凝土強(qiáng)度高溫時強(qiáng)度折減系數(shù)：歐洲混凝土協(xié)會經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式： 高溫后混凝土強(qiáng)度：比熱態(tài)時要低。溫度/0C100200300400500600700800Kc0.940.870.760.620.500.380.280.177.3建筑材料的高溫性能混凝土彈性模量高溫時彈性模量的折減系數(shù)KcE：高溫后混凝土彈性模量：比熱態(tài)時要低。溫度/0C100200300400500600700800KcE0.750.530.400.300.200.100.050.05溫度/0C100200300400500600700KcE1.00.800.700.600.500.400.301.混

15、凝土的高溫性能7.3建筑材料的高溫性能混凝土應(yīng)力應(yīng)變曲線高溫時 高溫后1.混凝土的高溫性能7.3建筑材料的高溫性能鋼筋的強(qiáng)度鋼筋在熱態(tài)時的強(qiáng)度遠(yuǎn)低于先加溫后冷卻的強(qiáng)度。 高溫時的強(qiáng)度： 普通低碳鋼筋：溫度升高，屈服臺階逐漸減小。 3000C時，屈服臺階消失，屈服強(qiáng)度取決于條件 屈服強(qiáng)度 4000C以下時，其強(qiáng)度比高溫時略高，但是塑性降低。 超過4000C，其強(qiáng)度降低而塑性提高。 普通低合金鋼：3000C以下時，其強(qiáng)度略有提高，塑性降低。 超過3000C，其強(qiáng)度降低，而塑性增加。 冷加工鋼筋：冷加工過程中所提高的強(qiáng)度在高溫時逐漸消失,塑性恢復(fù)。 高強(qiáng)鋼絲：極限抗拉強(qiáng)度在高溫下降低較快。鋼筋在熱態(tài)

16、時的強(qiáng)度遠(yuǎn)低于先加溫后冷卻的強(qiáng)度。2.鋼筋的高溫性能7.3建筑材料的高溫性能高溫后的強(qiáng)度：普通熱軋鋼筋：在6000C以前，屈服強(qiáng)度沒有降低； 在6000C以后，呈線性降低。預(yù)應(yīng)力鋼筋： 3000C以后，強(qiáng)度降低較快。冷加工鋼筋： 在4200C以前，屈服強(qiáng)度沒有降低； 4200C以后，強(qiáng)度線性降低。無論在火災(zāi)時還是火災(zāi)后，鋼筋的抗壓強(qiáng)度折減系數(shù)均可取相應(yīng)抗拉強(qiáng)度的折減系數(shù)。2.鋼筋的高溫性能7.3建筑材料的高溫性能鋼筋的彈性模量鋼筋在熱態(tài)時彈模隨溫度升高而顯著降低，與鋼筋種類、級別關(guān)系不大；鋼筋在火災(zāi)后即冷態(tài)時的彈性模量可取常溫時的彈性模量。鋼筋的變形軟鋼：200C1000C2000C3000C

17、4000C5000C2.鋼筋的高溫性能7.3建筑材料的高溫性能鋼筋的變形硬鋼：當(dāng)鋼筋受熱溫度T小于5000C時，冷卻后應(yīng)力應(yīng)變曲線與常溫下相同。當(dāng)受熱溫度大于5000C時，屈服臺階消失。常溫T1T202.鋼筋的高溫性能7.3建筑材料的高溫性能鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力高溫時和高溫冷卻后，鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)強(qiáng)度下降。溫度越高，下降越多?；炷量箟簭?qiáng)度的損傷系數(shù)與變形鋼筋粘結(jié)強(qiáng)度的損傷系數(shù)相當(dāng)。變形鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度高于光面鋼筋，嚴(yán)重銹蝕的光面鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度強(qiáng)度好于新軋的光面鋼筋的。影響粘結(jié)強(qiáng)度的因素很多，強(qiáng)度、試驗(yàn)程序、鋼筋形狀、混凝土性能等。高溫下的粘結(jié)性能稍好于冷卻后的粘結(jié)性能。2.鋼筋的高溫

18、性能7.3建筑材料的高溫性能二、高溫下結(jié)構(gòu)鋼的材料特性熱膨脹系數(shù)：隨著溫度的變化而變化相位變換現(xiàn)象。07000C，鋼的平均熱膨脹系數(shù)隨著溫度的升高而升高；8000C時，構(gòu)件在原有伸長的基礎(chǔ)上出現(xiàn)短縮現(xiàn)象；9000C時，構(gòu)件又開始膨脹，熱膨脹系數(shù)開始回升。我國規(guī)范：常溫下s1.2x10-5 m/(m0C) 抗火分析時： s1.4x10-5 m/(m0C)鋼的比熱：或者鋼的導(dǎo)熱系數(shù) 隨著溫度的升高而減小。鋼的密度幾乎無變化。1.高溫下結(jié)構(gòu)鋼的熱物理特性7.3建筑材料的高溫性能高溫下結(jié)構(gòu)鋼的力學(xué)性能試驗(yàn)方法：恒載升溫和恒溫加載試驗(yàn)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系 2500C變化不大；2500C以上塑性流動；3000C

19、以上無屈服極限和屈服臺階，強(qiáng)度和彈性模量明顯減小。 高溫下鋼構(gòu)件的總應(yīng)變包括：應(yīng)力產(chǎn)生的瞬時應(yīng)變，蠕變和熱膨脹產(chǎn)生的應(yīng)變。高溫下結(jié)構(gòu)鋼的蠕變過渡、穩(wěn)態(tài)和加速蠕變階段（I、II、III）IIIIIIabct100%拉伸應(yīng)變時間2.高溫下結(jié)構(gòu)鋼的力學(xué)性能7.3建筑材料的高溫性能高溫下結(jié)構(gòu)鋼的松弛溫度一定，變形不變下，應(yīng)力減小的現(xiàn)象。兩階段，第一階段起主導(dǎo)作用。高溫下結(jié)構(gòu)鋼的力學(xué)參數(shù)泊松比：受溫度影響很小，取0.3。等效屈服強(qiáng)度：不同的國家取值不一樣，具體情況具體對待。初始彈性模量：我國采用受熱后冷卻到常溫狀態(tài)后結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度和彈性模量與受熱前 的強(qiáng)度和彈性模量相同。IIIt時間2.高溫下結(jié)構(gòu)鋼的力學(xué)

20、性能7.3建筑材料的高溫性能27建筑結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)7.1 火災(zāi)及其成因7.2 建筑抗火設(shè)計(jì)的一般原則和方法7.3 建筑材料的高溫性能7.4 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐火性能7.5 鋼筋混凝土構(gòu)件抗火計(jì)算與設(shè)計(jì)7.6 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗火計(jì)算與設(shè)計(jì)一、建筑物耐火等級 根據(jù)建筑物不同的耐火能力要求，可將一般民用建筑物耐火等級分成四級。高層民用建筑的耐火等級分為兩類。 高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范：對于一類建筑及一、二類建筑的地下室，其耐火等級不應(yīng)低于一級；對于二類建筑及屬于高層建筑的裙房，其耐火等級不應(yīng)低于二級。7.4結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐火性能二、建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件耐火等級耐火極限 構(gòu)件受標(biāo)準(zhǔn)升溫火災(zāi)條件下，從受到火的作用起，到失去穩(wěn)定

21、性或完整性或絕熱性時止，抵抗火作用所持續(xù)的時間，一般以小時計(jì)。結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)時，結(jié)構(gòu)分為兩類：1、兼作分隔構(gòu)件的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，由構(gòu)件失去穩(wěn)定性、失去完整性和失 去絕熱性3個之一的最小時間確定。2、純結(jié)構(gòu)構(gòu)件，該類構(gòu)件的耐火極限由失去穩(wěn)定性單一條件確定。7.4結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐火性能確定結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐火極限要求時，主要考慮以下因素：1、建筑的耐火等級。2、構(gòu)件的重要性。3、構(gòu)件在建筑中的部位。樓板：一級1.5h，二級1.0h，三級0.5h，四級0.25h梁： 一級2.0h，二級1.5h，三級1.0h，四級0.5h （高于樓板）柱： 一級3.0h，二級2.0h，三級1.5h，四級1.0h （高于梁）7.4結(jié)構(gòu)構(gòu)

22、件的耐火性能三、影響建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)耐火極限的其他因素火災(zāi)荷載建筑內(nèi)火災(zāi)荷載（燃燒物）越多，火災(zāi)的持續(xù)時間就越長，構(gòu)件的耐火等級越高。建筑物內(nèi)火災(zāi)荷載越小，火災(zāi)持續(xù)的時間越短，構(gòu)件的耐火等級可降低。自動滅火設(shè)備安裝自動滅火設(shè)備可提高構(gòu)件的耐火時間。建筑物的重要性我國建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范對I、II類建筑的耐火等級作了規(guī)定，對III類建筑沒有具體規(guī)定。III類建筑的耐火等級可以降低。7.4結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐火性能四、建筑結(jié)構(gòu)的耐火極限建筑確定的區(qū)域發(fā)生火災(zāi)，受火災(zāi)影響的有關(guān)結(jié)構(gòu)構(gòu)件在標(biāo)準(zhǔn)升溫條件下，使整體結(jié)構(gòu)失去穩(wěn)定性所用的時間，以小時(h)計(jì)。我國現(xiàn)行的建筑防火設(shè)計(jì)規(guī)范尚未對建筑結(jié)構(gòu)整體的耐火極限做出規(guī)定。7

23、.4結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐火性能27建筑結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)7.1 火災(zāi)及其成因7.2 建筑抗火設(shè)計(jì)的一般原則和方法7.3 建筑材料的高溫性能7.4 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐火性能7.5 鋼筋混凝土構(gòu)件抗火計(jì)算與設(shè)計(jì)7.6 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗火計(jì)算與設(shè)計(jì)一、鋼筋混凝土構(gòu)件截面溫度場計(jì)算溫度場： 在某一瞬時，空間各點(diǎn)溫度分布的總體稱為溫度場，它是以某一時刻在一定時間內(nèi)所有點(diǎn)上的溫度值來描述的，可以表示成空間和時間坐標(biāo)的函數(shù)，即：穩(wěn)定溫度場；不穩(wěn)定溫度場。結(jié)構(gòu)構(gòu)件溫度場實(shí)用計(jì)算 對于給定的混凝土梁、柱、樓板，根據(jù)其邊界條件和初始條件，由熱傳導(dǎo)微分方程，求解構(gòu)件的溫度場。有飾面的構(gòu)件，將面層折算成混凝土的厚度，進(jìn)行溫度場計(jì)算分析。7.

24、5鋼筋混凝土構(gòu)件的抗火計(jì)算與設(shè)計(jì)二、軸心受力鋼筋混凝土構(gòu)件抗火計(jì)算軸心受拉構(gòu)件高溫條件下，截面達(dá)到承載力極限狀態(tài)時，混凝土已經(jīng)產(chǎn)生貫通裂縫，荷載僅由受拉鋼筋抵抗。鋼筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，要考慮高溫時的折減。軸心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算(1) 外荷載由鋼筋和混凝土共同承擔(dān)。(2) 對于鋼筋，已知鋼筋的溫度，確定鋼筋抗壓強(qiáng)度的折減系數(shù)，來求 解鋼筋承受的外力。(3) 對于混凝土，由于截面上各處的溫度不同，把截面分成網(wǎng)格，分別求出每一格的中點(diǎn)溫度，進(jìn)而求出相應(yīng)單元混凝土強(qiáng)度的折減系數(shù)并計(jì)算所承受的外力，最后確定截面混凝土承受的外力。7.5鋼筋混凝土構(gòu)件的抗火計(jì)算與設(shè)計(jì)三、受彎構(gòu)件抗火計(jì)算單筋矩形梁兩種

25、破壞模式： 受拉破壞和受壓破壞。受拉破壞：(1) 外荷載作用下，受拉鋼筋產(chǎn)生初始應(yīng)力，受壓區(qū)混凝土承受初始壓應(yīng)力。(2) 火災(zāi)作用下，鋼筋的屈服強(qiáng)度和混凝土的強(qiáng)度不斷下降。(3) 受拉區(qū)受火作用時，鋼筋強(qiáng)度降低快于混凝土。在鋼筋的屈服強(qiáng)度高于初應(yīng)力時，截面的應(yīng)力狀態(tài)基本不變，混凝土的應(yīng)力圖形也基本保持合力和形心位置不變。7.5鋼筋混凝土構(gòu)件的抗火計(jì)算與設(shè)計(jì)受拉破壞：(4)當(dāng)鋼筋的屈服強(qiáng)度小于初始應(yīng)力時，鋼筋屈服，變形加大，中和軸上移，混凝土受壓區(qū)變小，壓應(yīng)變不斷變大直到達(dá)到極限壓應(yīng)變而破碎。(5) 受壓區(qū)受火時，混凝土升溫較快，強(qiáng)度下降。為了維持平衡，受壓區(qū)高度增加，內(nèi)力臂減小，鋼筋應(yīng)力增大。

26、如果梁的配筋不是太大，在混凝土最大應(yīng)變達(dá)到極限壓應(yīng)變前，鋼筋達(dá)到屈服強(qiáng)度，變形增大導(dǎo)致混凝土壓碎。7.5鋼筋混凝土構(gòu)件的抗火計(jì)算與設(shè)計(jì)受壓破壞：(1)受拉鋼筋屈服前受壓混凝土被壓碎，這種破壞只發(fā)生支座截面。(2)火災(zāi)作用下，受壓混凝土的抗壓強(qiáng)度降低到該處混凝土的初應(yīng)力時，該處的混凝土就會向其內(nèi)側(cè)的混凝土卸荷。(3) 隨著混凝土強(qiáng)度的降低，受壓區(qū)高度的增加，內(nèi)力臂變小，鋼筋的應(yīng)力必然增大。(4)當(dāng)鋼筋得到較好的保護(hù)，強(qiáng)度降低不大。混凝土應(yīng)變的持續(xù)增加，必然導(dǎo)致受壓邊緣混凝土應(yīng)變達(dá)到極限壓應(yīng)變，而發(fā)生破碎。鋼筋 還沒有屈服，截面的破壞由受壓區(qū)混凝土來控制。7.5鋼筋混凝土構(gòu)件的抗火計(jì)算與設(shè)計(jì)梁在火

27、災(zāi)下正截面承載力計(jì)算假定：(1)高溫下鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變曲線?；馂?zāi)下鋼筋的設(shè)計(jì)強(qiáng)度Ksfy(2)混凝土在高溫下的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。00.002， u0.0033。a軟鋼b硬鋼c混凝土7.5鋼筋混凝土構(gòu)件的抗火計(jì)算與設(shè)計(jì)(3) 截面應(yīng)變呈線性分布，即平截面假定。(4) 截面受拉區(qū)的拉力全部由鋼筋來承擔(dān)。(5) 采用截面寬度折減系數(shù)，把受壓區(qū)折算成階梯形（受壓區(qū)受火時） 和矩形（受拉區(qū)受火時）。矩形受火后的有效截面中和軸7.5鋼筋混凝土構(gòu)件的抗火計(jì)算與設(shè)計(jì)27建筑結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)7.1 火災(zāi)及其成因7.2 建筑抗火設(shè)計(jì)的一般原則和方法7.3 建筑材料的高溫性能7.4 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐火性能7.5 鋼筋混凝土構(gòu)件抗

28、火計(jì)算與設(shè)計(jì)7.6 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗火計(jì)算與設(shè)計(jì)一、鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件升溫計(jì)算根據(jù)鋼構(gòu)件本身的截面特性，分為輕型鋼構(gòu)件和重型鋼構(gòu)件。 輕型鋼構(gòu)件可假定其截面溫度分布均勻，重型鋼構(gòu)件因其截面比較大，截面上各點(diǎn)溫度分布不完全相同。據(jù)此可分為截面溫度均勻分布鋼構(gòu)件和截面溫度非均勻分布鋼構(gòu)件。 在實(shí)際工程中，按鋼構(gòu)件表明有無隔熱層，分為有保護(hù)層鋼構(gòu)件和無保護(hù)層鋼構(gòu)件。7.6鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗火計(jì)算與設(shè)計(jì)二、軸心受壓鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗火計(jì)算和設(shè)計(jì)1.基本假定(1)火災(zāi)下鋼構(gòu)件周圍環(huán)境的升溫時間過程按國際標(biāo)準(zhǔn)組織（ISO）推 薦的標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線采用，即 Tg=20+345log10（8t+1） 式中 Tg-環(huán)境溫度（C）； t-升

29、溫時間（min）。(2)鋼構(gòu)件內(nèi)部的溫度在各瞬時都是均勻的。(3)鋼構(gòu)件為等截面構(gòu)件，且防火被覆均勻分布。7.6鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗火計(jì)算與設(shè)計(jì)2.高溫下軸心受壓鋼構(gòu)件臨界應(yīng)力的計(jì)算計(jì)算高溫下軸心受壓鋼構(gòu)件的極限承載力（或臨界應(yīng)力）時，可采用與常溫下同樣的假定和計(jì)算方法。 桿件的極限承載力應(yīng)力狀態(tài)（臨界應(yīng)力）：桿件兩端在軸心壓力作用下，當(dāng)桿件中點(diǎn)截面邊緣屈服時，塑性變形迅速發(fā)展，而在桿中點(diǎn)形成塑性鉸，桿件喪失穩(wěn)定，因此可將桿件中點(diǎn)截面邊緣屈服時平均應(yīng)力狀態(tài)作為桿件的極限承載應(yīng)力狀態(tài)。 7.6鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗火計(jì)算與設(shè)計(jì)2.高溫下軸心受壓鋼構(gòu)件臨界應(yīng)力的計(jì)算高溫下軸壓桿件臨界應(yīng)力的計(jì)算公式 式中 e0-考慮

30、殘余應(yīng)力影響的等效初偏心率； fyT-高溫下鋼材的屈服強(qiáng)度； ET- , ET為桿件在高溫下的彈性模 量，為桿件的長細(xì)比。 為方便應(yīng)用，可將crT表示為 -高溫下軸壓鋼桿的穩(wěn)定系數(shù)7.6鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗火計(jì)算與設(shè)計(jì)0.80.20.00.61.00.40100200400300500600T/隨溫度Ts的變化可分為3個階段：第一階段：0Ts400 T/隨Ts的上升而增大，原因是鋼材彈性 模量降低的速度小于屈服強(qiáng)度降低的速度。第二階段：400Ts500 T/基本保持不變，原因是鋼材彈性模量 降低的速度接近屈服強(qiáng)度降低的速度。 fyT/fy、ET/E隨溫度的變化第三階段：500Ts600 T/隨Ts的上升而減小，原因是鋼材的彈 性模量降低的速度大于屈服強(qiáng)度降低的速度。ET/EfyT/fy7.6鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗火計(jì)算與設(shè)計(jì)2.高溫下軸心受壓鋼構(gòu)件