如何提高建筑構(gòu)件的耐火極限

如何提高建筑構(gòu)件的耐火極限一、問(wèn)題的提出：1、建筑構(gòu)件耐火極限大小的是建筑物抗御火災(zāi)的能力的表現(xiàn)。提高建筑構(gòu)件的耐火極限對(duì)于提高建筑抗御火災(zāi)的能力，降低建筑在火災(zāi)后的修復(fù)難度，爭(zhēng)加消防隊(duì)員在火災(zāi)撲救中的安全性具有十分重要的意義。

2、耐火極限的定義：對(duì)任一建筑構(gòu)件按時(shí)間-溫度標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行耐火實(shí)驗(yàn)，從受到火的作用時(shí)起，到失去支持能力或完整性被破壞或失去隔火作用時(shí)為止的這段時(shí)間。3、建筑物的耐火能力取決于建筑構(gòu)件中梁、樓板的耐火極限。而梁、樓板的耐火極限主要是梁、樓板在火災(zāi)中的失去支持能力的時(shí)間長(zhǎng)短。4、支持能力：非承重構(gòu)件失去支持能力的表現(xiàn)是自身解體或跨塌；梁、樓板等受彎承重構(gòu)件，撓曲速率發(fā)生突變，是失去支持能力的象征，當(dāng)簡(jiǎn)支鋼筋混凝土梁、樓板和預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土樓板跨中總撓度值分別達(dá)到實(shí)件計(jì)算長(zhǎng)度的五十分之一、三十分之一和十分之一，表明實(shí)件失去支持能力。二、對(duì)相關(guān)建筑材料和構(gòu)件耐火性能的分析：1、鋼筋在高溫下的性能分析：高溫下鋼筋軟化及內(nèi)部金相結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，鋼筋的強(qiáng)度隨著受火場(chǎng)溫度的升高而降低。經(jīng)火災(zāi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：鋼筋在高溫作用下其屈服強(qiáng)度都會(huì)下降，其中Ⅰ級(jí)和Ⅱ級(jí)熱軋鋼筋下降幅度最小，而冷拔低碳鋼絲下降幅度最大。對(duì)于熱軋鋼筋600℃時(shí)鋼筋的屈服強(qiáng)度只有原來(lái)的50%；對(duì)于預(yù)應(yīng)力鋼絲400-500℃時(shí)抗拉強(qiáng)度只有原來(lái)的50%，高溫冷卻后強(qiáng)度又有所恢復(fù)。熱軋鋼筋屈服強(qiáng)度下降的原因是：經(jīng)高溫后珠光體中的滲碳體被球化，隨著溫度的升高球化加速，球化組織的發(fā)展導(dǎo)致鋼筋強(qiáng)度的下降；另一方面鋼筋在高溫的作用下表面脫碳而形成脫碳層，導(dǎo)致含碳量下降，隨著鋼筋內(nèi)珠光體的減低使強(qiáng)度減低。對(duì)于非預(yù)應(yīng)力冷拔低碳鋼絲，高溫作用后鋼絲產(chǎn)生回復(fù)和再結(jié)晶作用，逐步恢復(fù)到冷加工前的狀態(tài)，從而導(dǎo)致強(qiáng)度的降低：此外，同樣也在滲碳的球化及表面的脫碳相象，使強(qiáng)度進(jìn)一步減低。由此可見(jiàn)，鋼筋強(qiáng)度的降低與鋼筋溫度密切相關(guān)。圓鋼的強(qiáng)度折減比螺紋鋼筋的要大一些，噴水冷卻下的鋼筋強(qiáng)度比未噴水時(shí)的折減要大一些。2、火災(zāi)中混凝土抗壓強(qiáng)度和彈性摸量的變化：混凝土是一種復(fù)合材料，是由骨料和填料所組成。這些材料在受熱之后物理力學(xué)性能發(fā)生變化，導(dǎo)致構(gòu)件混凝土產(chǎn)生裂紋，使填質(zhì)料與填料之間的粘結(jié)強(qiáng)度降低，從而降低混凝土的抗壓強(qiáng)度。再?gòu)幕炷羶?nèi)部結(jié)構(gòu)看，常溫下水泥內(nèi)部結(jié)構(gòu)密實(shí)，CH多且晶體完整，當(dāng)溫度達(dá)到300度℃時(shí)，CH開(kāi)始脫水分解，不僅數(shù)量明顯減少，而且CH晶型缺損、破碎、裂縫增多，結(jié)構(gòu)變得非常松散，所以隨著溫度的不斷生高而不斷加劇，也是降低混凝土強(qiáng)度的主要原因。冷卻方式對(duì)受火后混凝土強(qiáng)度的影響是相當(dāng)大的，噴水冷卻比自然冷卻的混凝土強(qiáng)度損失大?；炷凉橇显谑芑饡r(shí)強(qiáng)度損失也不同，一般石灰石骨料的混凝土強(qiáng)度損失要比花崗巖骨料的混凝土強(qiáng)度損失要小?；馂?zāi)后混凝土的彈性摸量降低比混凝土降低強(qiáng)度要大。噴水冷卻比自然冷卻的彈性模量降低要大。3、火災(zāi)中鋼筋與混凝土粘結(jié)力的變化；因受鋼筋強(qiáng)度和混凝土抗壓強(qiáng)度和彈性摸量的變化，火災(zāi)中鋼筋與混凝土粘結(jié)力的變化發(fā)生如下規(guī)律：1、與火災(zāi)溫度成正比，火災(zāi)溫度越高，粘結(jié)力降低越大；2、與鋼筋類型有關(guān)?；馂?zāi)中圓鋼比螺紋鋼的損失大；3、與冷卻方式有關(guān)。噴水冷卻損失比自然冷卻大；4、石灰石骨料受火后粘結(jié)力損失比花崗巖大。4、混凝土梁板在火災(zāi)中的強(qiáng)度變化；混凝土梁板受火災(zāi)后，影響其承載力能力的主要因素是混凝土抗壓強(qiáng)度和鋼筋的抗拉強(qiáng)度的降低而導(dǎo)致梁板構(gòu)件的承載力的降低。在混凝土梁板構(gòu)件中，由于遭火災(zāi)后混凝土和鋼筋的強(qiáng)度的下降，導(dǎo)致構(gòu)件受壓區(qū)混凝土局部壓碎、受拉鋼筋拉斷等破壞特征。綜上實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，遭火災(zāi)后的梁板構(gòu)件的強(qiáng)度變化主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：a、火災(zāi)作用后，混凝土梁板結(jié)構(gòu)破壞特征主要呈現(xiàn)在裂紋寬度和撓度上；b、梁板構(gòu)件破壞荷載的大小與受壓區(qū)混凝土強(qiáng)度和主筋抗拉強(qiáng)度的降低大小有關(guān)；c、火災(zāi)溫度和主筋保護(hù)層厚度直接影響結(jié)構(gòu)的承載能力；d、在相同火災(zāi)溫度作用下，自然冷卻的構(gòu)件的承載力要比噴水冷卻的大10%。5、混凝土梁板在火災(zāi)中的剛度變化：火災(zāi)試驗(yàn)結(jié)果表明，加載的混凝土梁與不加載的梁在相同火災(zāi)溫度作用下，撓度增加50%；采用Ⅰ級(jí)鋼筋配筋的混凝土梁，在加載和不加載情況及相同溫度下，撓度變化不大。由于高溫引起構(gòu)件內(nèi)混凝土和鋼筋的熱膨脹及高溫徐變，所以產(chǎn)生的應(yīng)變對(duì)彎矩-曲率是隨著溫度場(chǎng)的變化而變化?；馂?zāi)溫度越高彎矩-曲率越大及剛度變化越大。由于鋼筋和混凝土的高溫?zé)崤蛎浐托熳兊牟町?，也?dǎo)致構(gòu)件產(chǎn)生豎向和橫向裂紋。由于水泥沙漿和骨料之間熱效應(yīng)不盡相同，也會(huì)導(dǎo)致構(gòu)件表面龜裂，這些變化都會(huì)降低剛度。構(gòu)件施加應(yīng)力后升溫，混凝土內(nèi)固相和氣相的熱膨脹，水泥生成物的脫水和石英成分晶體膨脹，都因壓應(yīng)力的存在而使應(yīng)力下的溫度變形大小自由構(gòu)件的溫度變形，荷載越大即壓應(yīng)力值越大，對(duì)構(gòu)件溫度變形越大。所以，未加載的構(gòu)件和加載的構(gòu)件的溫度變形差值，大體與加載值成正比，但對(duì)于配Ⅰ級(jí)鋼筋的構(gòu)件剛度變化不明顯。當(dāng)火災(zāi)溫度為986℃時(shí)，加載的混凝土梁的跨中撓度與冷卻后梁做荷載實(shí)驗(yàn)，當(dāng)荷載加到設(shè)計(jì)荷載時(shí)，其跨中撓度兩者相比，后者超過(guò)前者11倍，在857℃的溫度作用下，加載的板與不加載的板撓度要大15倍。當(dāng)火場(chǎng)溫度超過(guò)1000℃時(shí)，受彎構(gòu)件有可能發(fā)生因撓度超過(guò)L/50而導(dǎo)致建筑物倒塌。三、解決對(duì)策：1、施工中盡量采用高標(biāo)號(hào)的水泥、和花崗巖骨料，尤其對(duì)于設(shè)計(jì)荷載較大的梁、樓板應(yīng)采用高標(biāo)號(hào)的水泥和花崗巖骨料。2、對(duì)于梁采用Ⅰ級(jí)鋼筋配筋，將主筋設(shè)置在構(gòu)件中心部位，對(duì)于設(shè)計(jì)荷載較大的構(gòu)件應(yīng)相應(yīng)增加配筋及鋼筋的保護(hù)層厚度。對(duì)于梁保護(hù)層厚度不應(yīng)小于4.0cm，對(duì)于樓板保護(hù)層厚度不應(yīng)小于3.0cm。施工過(guò)程中尤其應(yīng)防止有外露鋼筋。3、在對(duì)梁、樓板進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)適當(dāng)增加設(shè)計(jì)荷載，同時(shí)還應(yīng)考慮火災(zāi)撲救時(shí)樓板增加的消防撲救用水的荷載，以提高火災(zāi)時(shí)梁、樓板對(duì)壓應(yīng)力的承載能力。盡量避免采用預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，如非采用不可的也必須采取防火措施確保耐火極限符合規(guī)范要求。對(duì)于采用裝配式鋼筋混凝土構(gòu)件應(yīng)對(duì)接點(diǎn)縫隙等薄弱部位進(jìn)行防火保護(hù)。4、消防隊(duì)員在進(jìn)行火災(zāi)撲救中應(yīng)注意避免對(duì)梁、樓板直接噴水