建筑耐火设计.ppt

建筑防火设计,第2章 建筑耐火设计,第2章 建筑耐火设计,建筑耐火等级的选定,1,钢结构耐火设计,2,混凝土构件的耐火性能,3,建筑耐火构造,4,第1节 建筑耐火等级的选定,选定建筑物耐火等级的目的在于使不同用途的建筑物具有与之相适应的耐火安全贮备，既利于安全，又节约投资。确定建筑物的耐火等级时，要受到许多因素的影响，如，要根据火灾统计资料分析、建筑物的使用性质与重要程度、建筑物的高度和面积、生产和贮存物品的火灾危险性类别等。,返回目录,火灾资料统计分析与建筑耐火等级,火灾统计资料分析：火灾持续时间在2h以内的占火灾总数的90以上；火灾持续时间在1.5h以内的占总数的88；在1h以内的占80。一级建筑的楼板的耐火极限定为1.5h，二级的定为1h，三级定为0.5h。这样，80以上的一、二级建筑物不会被烧垮。楼板的耐火极限确定之后，凡比楼板重要的构件，其耐火极限都应有相应的提高。例如，在二级耐火等级建筑中，支撑楼板的梁比楼板更重要，其耐火极限应比楼板高，定为1.5h。柱和承重墙比梁更为重要，定为2.53h，依此类推。除了建筑构件的耐火极限外，其燃烧性能也是耐火等级的决定条件。一级耐火等级的构件全是不燃烧体；二级耐火等级的构件除吊顶为难燃烧体之外，其余都是不燃烧体；三级耐火等级的构件除吊顶和屋顶承重构件外，也都是不燃烧体；四级耐火等级的构件，除防火墙为不燃烧体外，其余的构件按其作用与部位不同，有难燃烧体，也有燃烧体。,建筑物的重要性,对于功能多、设备复杂、性质重要、扑救困难的重要建筑，应优先采用一级耐火等级。包括多功能高层建筑、高级机关重要的办公楼、通信中心大楼、广播电视大厦、重要的科学研究楼、图书档案楼、重要的旅馆及公寓、重要的高层工业厂房、自动化多层及高层库房，等等。,建筑物的高度,对于功能多、设备复杂、性质重要、扑救困难的重要建筑，应优先采用一级耐火等级。包括多功能高层建筑、高级机关重要的办公楼、通信中心大楼、广播电视大厦、重要的科学研究楼、图书档案楼、重要的旅馆及公寓、重要的高层工业厂房、自动化多层及高层库房，等等。,使用性质与火灾危险性,对于民用建筑来说，医院的住院部、外科手术室等，不仅病人行动不便、疏散困难，而且手术中的病人也不能转移和疏散。大型公共建筑，使用人数多，疏散困难，而且建筑空间大，火灾扑救困难。旅游宾馆、饭店等建筑，投宿旅客多，并对疏散通道不够了解，发生火灾时，旅客不易找到疏散出口，因而疏散时间长，易造成伤亡事故，应选一、二级耐火等级。甲、乙类厂房和库房应采用一、二级耐火等级建筑；丙类厂房和库房不得低于三级耐火等级建筑；丁、戊类厂房和库房的耐火等级不应低于四级。厂房或库房如有贵重的机器设备、贵重物资时，应该采用一级耐火等级的建筑。,第2节 钢结构耐火设计,1.1 钢材在高温下的强度 钢材的强度是随温度的升高而逐渐下降的。当温度小于175时，受热钢材强度略有升高，随后，强度伴随温度急剧地下降；当温度为500时，受热钢材强度仅为其常温强度的30；而当温度达到750时，可认为钢材强度已全部丧失。,1 钢材在高温下的物理力学性能,返回目录,图2-1 钢材强度随温度变化,16Mn、25MnSi钢筋高温下屈服强度降低系数 表2-1,温度（）,钢材品种,注 1、本表引自冶金建筑研究院资料；2、钢材加热至400时，屈服平台消失，表中括号内的值系根据 s0.5b 算出的,1.2 弹性模量 钢材的弹性模量随着温度升高而连续地下降。当温度T大于0而小于或等于600，时热弹性模量ET与普通弹性模量E的比值方程为：(2-1)当温度T大于600小于1000时，方程为：(2-2),温度（）,钢材品种,A3、16Mn、25MnSi在高温下弹性模量降低系数 表2-2,注:本表引自冶金建筑研究院资料,1.3 热膨胀系数 钢材在高温作用下产生膨胀，如图2-3所示。当温度在0T600时，钢材的热膨胀系数与温度成正比，钢材的热膨胀系数s可采用如下常数：(2-3),2 钢结构防火保护材料,2.1 混凝土混凝土可以延缓金属构件的升温，而且可承受与其面积和刚度成比例的一部分荷载根据耐火试验，耐火性能最佳的粗集料为石灰岩碎石集料；花岗岩、砂岩和硬煤渣集料次之；由石英和燧石颗粒组成的粗集料最差决定混凝土防火能力的主要因素是厚度,2.2 石膏 石膏具有较好的耐火性能。当其暴露在高温下时，可释放出20的结晶水而被火灾的热量所气化(每蒸发l kg的水，吸收232.4104J的热)。所以，火灾中石膏一直保持相对稳定的状态，直至被完全煅烧脱水为止。石膏作为防火材料，既可做成板材，粘贴于钢构件表面；也可制成灰浆，喷涂或手工抹灰到钢构件表面上(图2-5)。(1)石膏板 分普通和加筋的两类。(2)石膏灰浆 既可机械喷涂，也可手工抹灰。,2.3 矿物纤维 矿物纤维是最有效的轻质防火材料，它不燃烧，抗化学侵蚀，导热性低，隔音性能好。矿物纤维的原材料为岩石或矿渣，在1371高温下制成。,矿物纤维涂料 由无机纤维、水泥类胶结料以及少量的掺合料配成矿棉板 也可用岩棉板，它有不同的厚度和密度，密度越大，耐火性能越高,2.4 膨胀涂料 膨胀涂料是一种极有发展前景的防火材料，它极似油漆，直接喷涂于金属表面，粘结和硬化与油漆相同。涂料层上可直接喷涂装饰油漆，不透水，抗机械破坏性能好，耐火极限可达2h。,钢结构防火工法,我国几个钢结构工程的防火做法 表2-3,钢结构柱、梁、桁架通常采用的防火保护层 表2-4,注：很适用；比较适用；带*者为经常采用的材料。,3.1 现浇法 现浇法一般用普通混凝土、轻质混凝土或加气混凝土，是最可靠的钢结构防火方法3.2 喷涂法 喷涂法是目前钢结构防火保护使用最多的方法，可分为直接喷涂和先在工字型钢构件上焊接钢丝网，而将防火保护材料喷涂在钢丝网上，形成中空层的方法，喷涂材料一般用岩棉、矿棉等绝热性材料,3.3 粘贴法(图2-7)先将石棉硅酸钙、矿棉、轻质石膏等防火保护材料预制成板材，用粘结剂粘贴在钢结构构件上，当构件的结合部有螺栓、铆钉等不平整时，可先在螺栓、铆钉等附近粘垫衬板材，然后将保护板材再粘到在垫衬板材上。,图2-7 粘贴法图示,3.4 吊顶法 用轻质、薄型、耐火的材料，制作吊顶，使吊顶具有防火性能，而省去钢桁架、钢网架、钢屋面等的防火保护层。,图2-8 吊顶法图示,3.5 组合法(图2-9、图2-10)用两种以上的防火保护材料组合成的防火方法,图2-9 钢柱的组合法防火保护图,图2-10 钢梁的组合法防火保护,第3节 混凝土构件的耐火性能,1 混凝土在高温下的抗压强度,混凝土在火灾高温作用下基本的变化规律是：混凝土在热作用下，受压强度随温度的上升而基本上呈直线下降。当温度达600时，混凝土的抗压强度仅是常温下强度45；而当温度上升到1000时，强度值变为零。混凝土在低于300时，对强度的影响不大，相当一部分试验中，出现了在300以前混凝土的抗压强度高于常温强度的现象(图2-12)。,返回目录,图2-11 混凝土受热温度、时间 与强度的变化,图2-12 混凝土抗压强度 随温度的变化,2 混凝土的抗拉强度,混凝土抗拉强度在50到600之间的下降规律基本上可用一直线表示，当温度达到600时，混凝土的抗拉强度为0。与抗压相比，抗拉强度对温度的敏感度更高。,图2-13 混凝土抗压强度随温度的变化,3 弹性模量的变化,在50的温度范围内，混凝土的弹性模量基本没有下降，之后到200之间混凝土弹性模量下降最为明显。200400之间下降速度减缓，而400600时变化幅度已经很小，可这时的弹性模量也基本上接近0。,图2-14 混凝土的弹性模量随温度的变化,4 保护层厚度对钢筋混凝土构件耐火性能的影响,沿混凝土深度其内部温度将由表及里呈递减状态。由图可见，适当加大受拉区混凝土保护层的厚度，是降低钢筋温度、提高构件耐火性能的重要措施之一。,图2-15 混凝土保护层厚度、受火时间 与内部温度的关系,建筑构件的耐火极限与构件的材料性能、构件尺寸、保护层厚度、构件在结构中的连接方式等有着密切的关系。图2-16表明砖墙、钢筋混凝土墙的耐火极限基本上是与其厚度成正比增加的。图2-17表明，钢筋混凝土梁的耐火极限是随着其主筋保护层厚度成正比增加的。楼板耐火极限随着保护层厚度的增加而增加，随着荷载的增加而减小，并且支撑条件不同时，耐火极限也不相同。其基本规律是，四面简支现浇板非预应力板预应力板。,图2-16 墙体厚度与耐火极限,图2-17 梁的主筋保护层厚度与耐火极限,三种板的耐火极限比较,表2-5,四川消防科研所对钢筋混凝土简支梁的耐火性能进行了试验研究，得出受力主筋温度与保护层厚度的关系，如表2-6所示。,火灾温度作用下梁内主筋温度与保护层厚度的关系 表2-6,5 高温时钢筋混凝土的破坏 当钢筋混凝土受到高温时，钢筋与混凝土的粘结力要随着温度的升高而降低。混凝土在300400时强度下降，最终导致钢筋混凝土完全失去承载能力而破坏。,第4节 建筑耐火构造,1 玻璃幕墙防火设计 为了阻止火灾时幕墙与楼板、隔墙之间的洞隙蔓延火灾，幕墙与每层楼板交界处的水平缝隙和隔墙处的垂直缝隙，应该用不燃烧材料严密填实。窗间墙、窗槛墙的填充材料应采用不燃烧材料，以阻止火灾通过幕墙与墙体之间的空隙蔓延。,图2-18 玻璃幕墙的防火构造,返回目录,对于无窗间墙和窗槛墙的玻璃幕墙，应在楼板外沿设置耐火极限不低于1h、高度不低于0.8m的不燃烧实体裙墙，如图2-19所示。,图2-19 玻璃幕墙的防火构造之二,2 预应力钢筋混凝土楼板耐火构造,2.1 增加预应力楼板保护层的厚度2.2 使用预应力混凝土楼板防火涂料,3 隔墙的耐火构造,加气混凝土构件的耐火极限 表2-7,图2-20 石膏板隔墙构造示意,图2-21 石膏板吊顶构造示意,4 吊顶的耐火构造,4.1 不燃材料吊顶(1)轻钢搁栅钉石膏板吊顶(2)轻钢搁栅钉石棉型硅酸钙板吊顶(3)轻钢搁栅复合板吊顶4.2 经防火处理的难燃吊顶,图2-22 硅酸钙板吊顶构造示意,图2-23 吊顶效果图,返回,