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题目：浅谈建筑结构火灾与防火
专业：结构工程 姓名：
班级：2012级6班
学号：
浅谈建筑结构火灾与防火
摘要：火灾作为一种多发的灾害, 对人们的生命及财产造成惨重的损失。建筑火灾对混凝土结构造成一定的损伤甚至整体的破坏。研究混凝土结构的抗火性能, 建立混凝土结构的抗火设计方法, 建立过火混凝土结构的损伤评估及修复加固方法, 理应成为混凝土结构研究的一项重要任务。建立我国的混凝土结构抗火设计规范和损伤评估及修复加固规程, 应是混凝土结构抗火研究的中期目标。关键词：建筑结构 防火设计 火灾 钢筋混凝土 正文：
火灾作为一种多发的灾害, 对人们的生命及财产造成惨重的损失。建筑火灾对混凝土结构造成一定的损伤甚至整体的破坏。研究混凝土结构的抗火性能, 建立混凝土结构的抗火设计方法, 建立过火混凝土结构的损伤评估及修复加固方法, 理应成为混凝土结构研究的一项重要任务。建立我国的混凝土结构抗火设计规范和损伤评估及修复加固规程, 应是混凝土结构抗火研究的中期目标。
当建筑物内存在可燃烧的物质,存在助燃的氧气或氧化剂, 并且存在使可燃烧物燃烧的火源时, 由于人为或设备故障引起的失火, 就可能发生火灾。火灾从发生到熄灭的全过程, 一般可分为三个阶段, 即火灾初起阶段、火灾旺盛阶段和火灾衰退熄灭阶段。其中, 火灾旺盛阶段是对建筑结构造成损伤的主要阶段。确定火灾环境, 需要掌握火灾全过程, 特别是火灾旺盛阶段的变化规律。在火灾旺盛阶段, 其持续时间及其间达到的最高温度是两个最重要的指标。虽然, 国际标准化组织已给出了火灾的标准升温曲线ISO834, 但实际火灾的发展及升温曲线受到诸多因素的影响。研究建筑火灾的诸多影响因素和影响规律, 给出计算发生火灾的建筑内部温度场的合理、可行的公式和方法, 一直是建筑火灾研究的主要任务之一。
建筑火灾的发生往往是从失火点开始的, 属于局部燃烧。进入火灾旺盛阶段时, 一般已发展成失火房间的整间燃烧。研究从局部燃烧到整间燃烧的发展规律;研究火灾从着火房间向其他房间和其他楼层的蔓延、发展规律, 则是建筑火灾研究的另一项主要任务。
根据建筑物的几何形状、尺寸, 可燃材料的数量和分布情况, 对可能发生的火灾进行计算机模拟或对已发生火灾进行计算机重演, 则是建筑物火灾研究的第三项重要任务。
近几十年来，我国的高层建筑发展非常迅速，建筑结构火灾的问题也日益突出，这些都迫切需要进行结构抗火性能的研究。现代建筑中大部分采用钢筋混凝土结构和钢结构作为承重结构，根据已有的研究成果，钢筋混凝土结构在火灾(高温)下钢材和混凝土的强度、弹性模量等均随温度升高而下降，一般混凝土材料在400度以上、钢材在300度以上，其力学性能严重恶化，高温下材料性能的变化是结构的承载力和耐火极限严重下降的一个主要原因。另外结构受火时受火面温度随周围环境温度迅速升高，但由于混凝土的热惰性，内部温度增长缓慢，截面上形成不均匀温度场，而且温度变化梯度也不均匀，导致不等的温度变形和截面应力重分布，这些变化都足以危及结构的安全性，某些情况下会导致结构失效。一旦发生火灾, 混凝土结构将经受火灾高温的作用。火灾中的混凝土结构将发生什么变化、如何变化, 即结构在火灾中的行为如何, 是结构抗火研究所关注的问题。一般来说, 结构在火灾中的行为研究应包括: 构件及结构在火灾中的内部温度场的研究;结构材料在火灾高温下的性能研究;基本构件以及各种结构在火灾中的性能变化研究。
对混凝土结构进行抗火设计, 是避免结构在火灾中发生破坏或整体倒塌的前提和保证。而进行结构的抗火设计, 首先要确定不同重要性等级结的抗火等级(或称耐火等级)。在此基础上, 确定不同抗火等级的结构的抗火要求, 即结构抗火的可靠度要求。根据不同的抗火要求, 考虑可能发生的最大火灾的发生概率, 就可以确定火灾的设计荷载。
结构抗火设计的目的是保证建筑构件和结构具有足够的耐火时间，防止火灾时出现局部倒塌甚至整体倒塌。多年来，世界各国在建筑结构耐火设计研究领域开展了广阔而深入的研究，取得了巨大成果，注意集中在以下各方面： 1.建筑火灾发展过程研究
建筑火灾发展过程研究的目的是掌握建筑火灾发展规律，主要了解气体温度变化及烟气运动等规律，从而再现已发生火灾和预测未来火灾的情况，为建筑防火设计和结构抗火设计提供科学依据。对建筑火灾发展过程进行实验研究是一种较为直接、可靠的途径。它一方面可以给出供计算用的一些经验、半经验性的模型，另一方面可以为人们从一般原理出发提出的理论和计算模型提供检验手段和可靠依据。1972年，在美国国家科学基金资助下，美国哈佛大学现代火灾科学之父HowardEmmons教授与工厂联合研究公司对建筑火灾发展过程进行合作研究，其中进行了两次足尺实体试验。这项研究取得了三方面的重大成果：实验方面，使用了新的仪器和数据处理方法，建立了现代火灾实验标准；理论方面，建立了现在广为知晓的区域火灾模型；数值方面，为哈佛大学的火灾模拟软件提供了可靠的数据支持。2.建筑构件内温度场研究
材料的力学性能与温度密切相关，所以，搞清构件内部各点的温度变化过程是计算构件及结构在火灾中结构反应的前提。发生建筑火灾时，可燃物释放的热量通过热辐射、热对流以及热传导方式传递给建筑构件表面，再通过热传导向构件内部传递。构件内温度场是一个随时间变化的变温度场，一般可通过对傅立叶导热微分方程进行数值求解获得构件内的温度分布。有限单元法是计算构件内温度场的一种理想方法。为了减少计算工作量，目前普遍假设梁、柱等细长构件的温度分布沿轴线方向无变化，把三维温度场问题简化成二维问题。3.钢构件耐火保护方法及保护材料研究 钢构件的耐火保护方法主要有以下几种：
（1）隔热法。用耐火材料把构件包裹起来。包裹材料有混凝土、轻质耐火混凝土或钢丝网膜耐火砂浆等，其优点是取材方便，价格低廉，表面强度高，耐冲击，对施工技术要求不高，但比较笨重。（2）阻热法。原理是截断或阻滞火灾产生的热量向构件传输，从而使构件在规定的时间内温升不超过临界温度。其做法是在构件表面设置一层保温材料，火灾产生的高温首先传给这些保温材料，再由保温材料传给构件。由于所选保温材料导热系数均较小，所以必然能阻滞热流向构件的传输，起到保护作用。
（3）导热法。就是在空心封闭截面中（主要是柱）充水，火灾时构件把吸收的热量传给水，依靠水的蒸发消耗热量或通过循环把热量导走，构件的温度可维持在100℃左右。使构架温度不至于升高到临界温度，从而起到保护作用。这种方法在实际生产中很难行得通，也不适用于室外钢构架。
（4）喷涂法。用喷涂器具将防火涂料直接喷涂在构件表面，火灾时能形成耐火保护层。
基于计算的结构抗火设计，可以免除传统的基于试验(经验)的结构抗火设计方法所存在的问题，目前已被各国普遍接受并在设计规范中采纳。
2.结构抗火设计方法
我国现行规范采用耐火试验法进行耐火设计，其步骤为：
（1）据建筑物的重要性、火灾危险性、扑救难度等选定建筑物的耐火等级；
（2）由选定的耐火等级依规范确定构件的耐火极限；
（3）设计构件，用标准耐火试验校准其实有耐火极限直止满足。
实用中，并不是每次设计都需要进行耐火试验，《建筑设计防火规范》和《高层民用建筑设计防火规范》附录中已列出了各种构件的耐火极限，只需查对校准即可。但如果设计的构件与规范所列构件有实质性差别时，才需进行新的耐火试验。
选定建筑物的耐火等级时应按以下因素：
（1）建筑物的重要性。建筑物越重要，人员越多，失火后影响越大，其耐火等级应高；否则可低。
（2）火灾危险性。建筑物火灾危险性越大，其耐火等级应高；否则可低。
（3）建筑物高度。建筑物高度越大，火灾中人员疏散和扑救难度越大，其耐火等级应高；否则可低。
（4）火灾荷载。建筑物内可燃物越多，火灾持续时间越长，温度越高，其耐火等级应高；否则可低。
尽管目前在结构火灾试验和分析方面已经开展了一些研究，但对了解和掌握结构火灾反应特性、提高结构抗火性能、建立结构抗火设计方法方面仍有许多工作有待完善和进一步开展。主要体现在以下几个方面： 1.材料性能
由于混凝土和钢材本身化学成分的差异，在温度影响下，材料力学性能有一定的离散性，必须通过一定数量的不同材料的试验以确定其基本性能及变化特征。同时，通过材料性能试验，寻找在高温下性能优良的材料，以提高结构抗火能力。对目前国内外进行的高温材料试验结果进行总结，并建立可供计算机程序用的材料高温（火灾）性能数据库是火灾材料研究的一个重点。2.热传导及温度场分布
对钢筋保护层厚度、表面防火材料使用的效果进行研究，以确定提高结构抗火性能的有效途径。3.结构火灾下的可靠度分析
采用概率的概念来评估工程结构的安全度（即可靠度）已被工程界广泛接受，但对结构在火灾下如何确定其安全度仍有待研究。由于火灾发生的可能性、火灾的持续时间和峰值强度、发生火灾时结构承受的荷载等并不确定，以及材料在温度下性能的更趋离散等因素均会影响结构的耐火性能。因此如何在设计中对这些因素进行综合考虑，以确定其耐火安全度是今后面临的一个重大课题。结构火灾下的可靠度分析也是对现有建筑物进行评估的一个重要方面，对今后房屋交易、保险等均有重大意义。参考文献：
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