防灾减灾工程学 第六章 火灾害课件.ppt

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1、第六章 火灾害与防火减灾对策,6.1 火灾害及火灾分类6.1.1火灾的定义 在时间和空间上失去控制的燃烧所造成的灾害。（GB5907-86）二、火灾的分类火灾分为A、B、C、D四类（GB4968-85）1.A类火灾：指固体物质火灾。这种物质往往具有有机物性质，一般在燃烧时能产生灼热的余烬。如木材、棉、毛、麻、纸张火灾等。2.B类火灾：指液体火灾和可熔化的固体火灾。如汽油、煤油、原油、甲醇、乙醇、沥青、石蜡火灾等。3.C类火灾：指气体火灾。如煤气、天然气、甲烷、乙烷、丙烷、氢气火灾等。4.D类火灾：指金属火灾。指钾、钠、镁、钛、锆、锂、铝镁合金火灾等。,三、按照物质运动变化产生燃烧的不同条件，将

2、火灾分为自然性火灾和行为性火灾。四、按照火灾发生的场合，火灾大体分为城镇火灾、野外火灾和厂矿火灾。五、根据2007年6月26日，公安部下发的关于调整火灾等级标准的通知。新的火灾等级标准由原来的特大火灾、重大火灾、一般火灾三个等级调整为特别重大火灾、重大火灾、较大火灾和一般火灾四个等级。特别重大火灾，指造成30人以上死亡，或者100人以上重伤，或者1亿元以上直接财产损失的火灾；重大火灾，指造成10人以上30人以下死亡，或者50人以上100人以下重伤，或者5000万元以上1亿元以下直接财产损失的火灾；较大火灾，指造成3人以上10人以下死亡，或者10人以上50人以下重伤，或者1000万元以上5000

3、万元以下直接财产损失的火灾；一般火灾，指造成3人以下死亡，或者10人以下重伤，或者1000万元以下直接财产损失的火灾。（注：“以上”包括本数，“以下”不包括本数。）,纽约世贸大厦遭客机撞击后引发严重火灾,委内瑞拉首都加拉加斯市56层高的中央公园东塔楼发生火灾 2004年10月17日，在委内瑞拉首都加拉加斯，一座56层高的办公大楼的部分楼层被浓烟和大火吞噬。当天，火灾从这座名叫“中央公园东塔楼”的大楼的第34层发生，一直往上蔓延，截止到发稿时，大火已持续烧了16个小时。大楼内有数十个政府部门和国家机构，但大火并未造成人员伤亡。,我国历史上的“火灾之最”,1987年5月6日大兴安岭发生特大森林火灾

4、，死亡193人，受伤226人。,巴拉圭首都一家超市发生火灾，造成504人死亡，512人受伤。,6.2 建筑火灾特征 6.2.1建筑起火的原因 1、生活和生产用火不慎 2、违反生产安全制度 3、电气设备设计、安装、使用及维护不当 4、自然现象引起 5、人为纵火 6、建筑布局不合理,6.2.2燃烧条件与类型(一)燃烧 燃烧是可燃物质(气体、液体或固体)与氧或氧化剂发生伴有发光和放热的一种激烈的化学反应。发光、放热和生成新物质是燃烧反应的三个特征。可燃物质不仅是和氧化合的反应属于燃烧，在某些情况下，和氯、硫的蒸汽等所起的化合反应也属于燃烧，如灼热的铁能在氯气中燃烧等，它虽没有同氧化合，但所发生的反应

5、却是一种激烈的伴有放热和发光的化学反应。燃烧反应与一般氧化反应不同，其特点是燃烧反应激烈，放出热量多，放出的热量足以把燃烧产物加热到发光的程度，并进行化学反应形成新的物质。电灯泡内的钨丝在照明时既发光，又放出热量，但这不是燃烧现象，因为这是物理现象，不是化学现象，更不是氧化反应；乙醇与氧作用生成乙酸是放热的化学反应，但其反应不激烈，放出的热量尚不足以使产物发光，因而这也不是燃烧现象；而煤、木柴等点燃后即发生碳、氢的氧化反应，同时放出热和产生发光的火焰，这才是燃烧。,(二)燃烧的条件 燃烧必须具备三个条件，即可燃物质、助燃物质和着火源。这三个条件必须同时存在并相互作用才能发生燃烧。1可燃物 凡是

6、能与空气、氧气和其他氧化剂发生剧烈氧化反应的物质，都称为可燃物质。它的种类繁多，按其状态不同可分为气态、液态和固态三类；按其组成不同，可分为无机可燃物质和有机可燃物质两类。无机可燃物质如氢气、一氧化碳等，有机可燃物质如甲烷、乙烷、丙酮等。2.助燃物 凡是具有较强氧化性能，能与可燃物质发生化学反应并引起燃烧的物质称为助燃物或氧化剂，如空气、氧气、氯气等。3着火源 具有一定温度和热量的能源，或者说能引起可燃物质着火的能源称为着火源。常见的着火源有明火、电火花和高温物体等。,在研究燃烧条件时还应当注意到，上述燃烧的三个基本条件在数量上的变化，也会使燃烧速度改变甚至停止燃烧。例如，氧在空气中的浓度降低

7、到1416时，木材的燃烧即行停止。如果在可燃气体与空气混合物中，减少可燃气体的比例，那么燃烧速度会减慢，甚至会停止燃烧；着火源如果不具备一定的温度和足够的热量，燃烧也不会发生。例如，飞溅出的火星可以点燃油棉丝或刨花，但锻件加热炉燃煤炭时的火星如果溅落在大块木材上，会发现它很快就熄灭了，不能引起燃烧。这是因为这种着火源虽然有超过木材着火的温度，但却缺乏足够热量。,燃烧的充分条件有以下四条：一定的可燃物浓度；一定的氧气含量；一定的点火能量；未受抑制的链式反应。对于无焰燃烧，前三个条件同时存在，相互作用，燃烧过程中存在未受抑制的游离基（自由基），形成链式反应，使燃烧能够持续下去。,燃烧的类型有哪些？

8、燃烧按其形成的条件和瞬间发生的特点一般分为闪燃、着火、自燃和爆炸四种类型。闪燃是物质遇火能产生一闪即灭的燃烧现象。着火是可燃物质在空气中与火源接触，达到某一温度时，开始产生有火焰的燃烧，并在火源移去后仍能继续燃烧的现象。自燃是可燃物质在没有外部火花、火焰等火源的作用下，因受热或自身发热积热不散引起的燃烧。,爆炸是由于物质急剧氧化或分解反应产生温度、压力增加或两者同时增加的现象。爆炸可分为：物理爆炸、化学爆炸和核爆炸。物理爆炸是由于液体变成蒸气或者气体迅速膨胀，压力急速增加，并大大超过容器的极限压力而发生的爆炸。如蒸气锅炉、液化气钢瓶等的爆炸。化学爆炸是因物质本身起化学反应，产生大量气体和高温而

9、发生的爆炸。如炸药的爆炸，可燃气体、液体蒸气和粉尘与空气混合物的爆炸等。化学爆炸是消防工作中防止爆炸的重点。热传播除了火焰直接接触外，通常是以热传导、热辐射和热对流三种方式向外传播的。,http:/http:/,2007年1至9月全国火灾124113起 今年1至9月份，全国共发生火灾124113起（指统计月，不含森林、草原、军队、矿井地下部分火灾，下同），死亡1063人，受伤672人，直接财产损失71710.8万元，与去年同期相比，起数下降32.5%，死亡人数下降19.5%，受伤人数下降45.0%，损失上升6.8%。按照旧火灾等级标准，1至5月份共发生82503起，死亡805人，受伤371人，

10、直接财产损失41900.7万元。其中，特大火灾10起，死亡24人，受伤9人，直接财产损失4602.6万元；重大火灾77起，死亡136人，受伤24人，直接财产损失3201.6万元。根据国务院生产安全事故报告和调查处理条例，从6月1日起执行新的火灾等级标准。6至9月份全国共发生火灾41610起，死亡258人，受伤301人，直接财产损失29810.1万元。其中，较大火灾18起，死亡64人，受伤59人，直接财产损失125.4万元；重大火灾1起，死亡11人，受伤16人，直接财产损失84.7万元；未发生特别重大火灾。,1.初期增长阶段OA2.全盛阶段AC3.衰退阶段CD,6.2.3 建筑火灾的发展过程,6

11、.2.4 火灾的蔓延1.火灾蔓延的形式（1）直接延烧（2）热传导（3）热辐射（4）热对流（5）飞火,2.火灾蔓延的途径（1）火灾向横向蔓延未设防火分区洞口分隔不完善火灾在吊顶内部空间蔓延火灾通过隔墙、吊顶、地毯等蔓延（2）火灾向竖向蔓延火势通过竖井蔓延火势朝天棚顶部蔓延火势由外墙窗口向上蔓延,6.2.5 火灾的烟气1.烟气的产生及危害（1）缺氧（2）窒息（3）中毒（4）高温（5）降低能见度（6）心理恐慌2.烟气的传播（1）烟气的流动规律 与建筑物的烟囱效应、防排烟方式、火灾温度、空调 系统、膨胀力、风压、浮升力等因素有关。（2）烟气的流动速度 水平方向扩散速度 竖向方向扩散速度,6.3 建筑材

12、料的耐火性能,6.3.1 材料的耐火性能（1）材料的燃烧性能（2）材料的导热性（3）材料的隔热性能（4）在高温下的物理力学性能（5）材料的发烟性能（6）材料的毒性性能,6.3.2 常用材料的燃烧性能1.无机材料（1）钢材（2）混凝土（3）钢筋混凝土2.有机材料（1）木材（2）塑料,6.4 建筑火灾对结构的破坏,6.4.1 火对结构的损伤1.建筑火灾对结构的破坏（对于木结构、钢结构和钢筋混凝土结构）2.高温下与高温后钢筋混凝土构件和结构的力学性能 在梁式、板式构件方面 在柱式构件方面 在框架结构方面6.4.2 标准升温曲线我国决定采用国际标准ISO834规定的标准火灾升温曲线：T-T0=345

13、lg(8t+1),6.4.3 耐火极限建筑构件按其燃烧性能分为三大类：一、不燃烧体：用不燃材料制成的构件。不燃材料指的是在空气中遇到火烧或高温作用时不起火、不微燃、不炭化的材料。如砖、石、钢材、砼等。二、难燃烧体：用难燃性材料做成的构件或用燃烧性材料做成而用不燃烧材料做保护层的构件。难燃性材料是指在空气中遇到火烧或高温作用时难起火、难微燃、难炭化，当火源移走后燃烧或微燃立即停止的材料。如经过 阻燃处理的木材、沥青砼、水泥刨花板等。三、燃烧体：用燃烧材料做成的构件。燃烧性材料是指在空气中遇到火烧或高温作用时立即起火或微燃，且火源移走后仍继续燃烧或微燃的材料。如木材。,耐火极限定义 对任一建筑构件

14、，按照时间温度标准曲线进行耐火试验，从受火作用时起，到构件失去稳定性或完整性或绝热性时止，这段抵抗火的作用时间，称为耐火极限，通常用小时（h）来表示。,耐火极限的判定条件（一）失去稳定性 构件在试验过程中失去支持能力或抗变形能力。（1）外观判断：如墙发生垮塌；梁板变形大于L/20；柱发生垮塌或轴向变形大于h/100（mm）或轴向压缩变形速度超过3h/1000（mm/min）；（2）受力主筋温度变化：16Mn钢，510。（二）失去完整性 适用于分隔构件，如楼板、隔墙等。失去完整性的标志：出现穿透性裂缝或穿火的孔隙。（三）失去绝热性 适用于分隔构件，如墙、楼板等。失去绝热性的标志：下列两个条件之一

15、 试件背火面测温点平均温升达140；试件背火面测温点任一点温升达180.,建筑构件耐火极限的三个判定条件，实际应用时要具体问题具体分析：（1）分隔构件（隔墙、吊顶、门窗）：失去完整性或绝热性；（2）承重构件（梁、柱、屋架）：失去稳定性；（3）承重分隔构件（承重墙、楼板）：失去稳定性或完整性或绝热性。,常用建筑构件的耐火极限 一、墙的耐火极限 1、普通粘土砖墙、钢砼墙的耐火极限大量试验证明，耐火极限与厚度成正比。厚度（mm）120 180 240 370 耐火极限（h）2.50 3.50 5.50 10.50 2、加气砼墙的耐火极限 耐火极限与厚度也基本是成正比。如加气砼砌块墙（非承重墙）厚度（

16、mm）75 100 200 耐火极限（h）2.50 6.00 8.00 3、轻质隔墙 木龙骨钢丝网抹灰：0.85h 石膏板：0.30h 水泥刨花板：0.30h 板条抹灰：0.85h 钢龙骨单层石膏板 双层石膏板：1.00h以上 4、金属墙板的耐火极限 采用铝、钢、铝合金等薄板作两面，中间或是空气层或填矿棉、岩棉等隔热材料，耐火极限可达1.502.00h。,二、柱的耐火极限 1、钢砼柱的耐火极限 在通常情况下随柱截面增大而增大。如C20砼柱：截面积（mmmm)耐火极限（h）200200 1.40h 300300 3.00h 370370 5.00h 2、钢柱的耐火极限：0.25h 三、梁的耐火极

17、限 1、钢砼梁的耐火极限主要取决于主筋保护层的 厚度。如非预应力钢砼简支梁：保护层厚度（mm）10 20 25 30 耐火极限（h）1.20 1.75 2.00 2.30 2、无保护钢梁耐火极限为0.25h。,四、楼板的耐火极限 简支钢砼圆孔空心板 保护层厚度（mm）10 20 30 耐火极限（h）0.9 1.25 1.50 预应力钢砼圆孔空心板 保护层厚度（mm）10 20 30 耐火极限（h）0.4 0.7 0.85,五、吊顶的耐火极限 木吊顶搁栅钢丝网抹灰：0.25h 板条抹灰：0.25h 纸面石膏板：0.25h 钢吊顶搁栅石棉板：0.85h 双层石膏板：0.30h 钢丝网抹灰：0.25

18、h 六、屋顶承重构件屋架 无保护钢屋架的耐火极限为0.25h；钢砼屋架的耐火极限主要取决于保护层厚度，一般保护层厚度为2530mm，耐火极限为1.501.70h。,6.4.4 影响构件耐火极限的因素（一）完整性 1、砼的含水量 2、构件的接缝或填缝材料（二）绝热性 1、材料的导温系数 2、构件的厚度（三）稳定性 1、构件材料的燃烧性能 2、有效荷载量 3、钢材品种 4、实际材料强度 5、截面形状与尺寸 6、配筋方式 7、配筋率 8、表面保护 9、受力状态 10、支承条件,提高构件耐火极限的措施 1、处理好接缝，防止出现穿透性裂缝；2、使用导热(温)系数低的材料或加大构件厚度；3、使用不燃材料；

19、4、构件表面抹灰或喷涂防火涂料；5、加大构件截面，主要是加大宽度；6、配16Mn、15MnV钢，把粗筋置于内层，细筋置于外层；7、提高钢筋、砼的强度等级；8、改变支承条件，增加约束。,6.4.5 建筑的耐火等级,一、建筑物的耐火等级的划分基准和依据 为了保证建筑物的安全，必须采取必要的防火措施，使之具有一定的耐火性，即使发生了火灾也不至于造成太大的损失，通常用耐火等级来表示建筑物所具有的耐火性。一座建筑物的耐火等级不是由一两个构件的耐火性决定的，是由组成建筑物的所有构件的耐火性决定的，即是由组成建筑物的墙、柱、梁、楼板等主要构件的燃烧性能和耐火极限决定的。,我国现行规范选择楼板作为确定耐火极限

20、等级的基准，因为对建筑物来说楼板是最具代表性的一种至关重要的构件。在制定分级标准时首先确定各耐火等级建筑物中楼板的耐火极限，然后将其它建筑构件与楼板相比较，在建筑结构中所占的地位比楼板重要的，可适当提高其耐火极限要求，否则反之。,各耐火等级的建筑物除规定了建筑构件最低耐火极限外，对其燃烧性能也有具体要求，因为具有相同耐火极限的构件若其燃烧性能不同，其在火灾中的情况是不同的。二、建筑物耐火等级的选定条件 确定建筑物耐火等级的目的，主要是使不同用途的建筑物具有与之相适应的耐火性能，从而实现安全与经济的统一。确定建筑物的耐火等级主要考虑以下几个方面的因素：1建筑物的重要性。2建筑物的火灾危险性。3建

21、筑物的高度。4建筑物的火灾荷载。,建筑设计防火规范第2.0.1条 建筑物的耐火等级分为四级，其构件的燃烧性能和耐火极限不应低于表2.0.1的规定(本规范另有规定者除外)。建筑设计防火规范分为一、二、三、四级，一级的耐火性能最好，四级最差。性质重要的或规模宏大的或具有代表性的建筑，通常按一、二级耐火等级进行设计；大量性的或一般的建筑按二、三级耐火等级设计；很次要的或临时建筑按四级耐火等级设计。,根据我国国情，并参照其他国家的标准，我国现行的高层民用建筑设计防火规范根据高层民用建筑 的使用性质、火灾危险性、疏散和扑救难度把高层民用建筑耐火等级分为一、二级。并规定一类高层建筑耐火等级为一级，二类高层

22、建筑的耐火等级不低于二级。,汽车库、修车库、停车场设计防火规范(GB50067-97)甲、乙类物品运输车的汽车库、修车库和、类的汽车库、修车库的耐火等级不应低于二级。类汽车库、修车库的耐火等级不应低于三级。地下汽车库的耐火等级应为一级。,6.5 防火减灾对策,建筑室内火灾发展过程和防火对策：见表6-12,建筑防火设计必须考虑如下的技术问题：（1）合理规划建筑布局，确定建筑物的耐火等级建筑物应根据其耐火等级来选定构件材料和构造方式。如一级耐火等级的承重墙、柱须为耐火极限3小时的非燃烧体（如用砖或混凝土作成180毫米厚的墙或300300毫米的柱）,梁须为耐火极限2小时的非燃烧体,其钢筋保护层须厚3

23、0毫米以上。设计时须保证主体结构的耐火稳定性，以赢得足够的疏散时间，并使建筑物在火灾过后易于修复。隔墙和吊顶等应具有必要的耐火性能，内部装修和家具陈设应力求使用不燃或难燃材料，如采用经过防火处理的吊顶材料和地毯、窗帘等，以减少火灾发生和控制火势蔓延。,（2）划分建筑内的防火分区和防烟分区防火间距和防火分区 防火间距：为防止火势通过辐射热等方式蔓延，建筑物之间应保持一定间距。建筑耐火等级越低越易遭受火灾的蔓延，其防火间距应加大。一、二级耐火等级民用建筑物之间的防火间距不得小于6米,它们同三、四级耐火等级民用建筑物的防火距离分别为7米和9米。高层建筑因火灾时疏散困难，云梯车需要较大工作半径，所以高

24、层主体同一、二级耐火等级建筑物的防火距离不得小于13米，同三、四级耐火等级建筑物的防火距离不得小于15和18米。厂房内易燃物较多，防火间距应加大，如一、二级耐火等级厂房之间或它们和民用建筑物之间的防火距离不得小于10米，三、四级耐火等级厂房和其他建筑物的防火距离不得小于12和14米。生产或贮存易燃易爆物品的厂房或库房，应远离建筑物。,防火分区：建筑中为阻止烟火蔓延必须进行防火分区，即采用防火墙等把建筑划为若干区域。一、二级耐火等级建筑长度超过150米要设防火墙,分区的最大允许面积为2500米2;三、四级耐火等级建筑的上述指标分别为100米、1200米2和60米、600米2。一、二级防火等级的高

25、层建筑防火分区面积限制在1000米2或1500米2内,地下室则控制在500米2内。防火墙应为耐火极限4小时的非燃烧体，上面如有洞口应装设甲级防火门窗，各种管道均不宜穿过防火墙。不能设防火墙的可设防火卷帘，用水幕保护。,（3）确定各结构构件的耐火度（4）设计避难通道，计算避难出口为减少火灾伤亡，建筑设计要考虑安全疏散。公共建筑的安全出口一般不能少于两个，影剧院、体育馆等观众密集的场所，要经过计算设置更多的出口。楼层的安全出口为楼梯，开敞的楼梯间易导致烟火蔓延，妨碍疏散，封闭的楼梯间能阻挡烟气，利于疏散。防烟楼梯间因设有前室，更有利于疏散。高层建筑须设封闭的或防烟的楼梯间，楼梯间应布置成有两个疏散

26、方向。超高层建筑应增设暂时安全区或避难层，还可设屋顶直升飞机场，从空中疏散。疏散通路上应设紧急照明、疏散方向指示灯和安全出口灯。,（5）设立防排烟系统建筑物火灾时产生大量浓烟，不仅妨碍疏散还会使人中毒甚至死亡。楼梯井、电梯井和管道井具有“烟囱效应”，起排烟作用，地下建筑的烟则很难排出。因此，高层或地下建筑的走道、楼梯间及消防电梯前室等，应按情况安排自然排烟或机械排烟设施。,（6）设立火灾自动报警、广播和疏散诱导系统（7）消防栓系统和自动灭火系 报警系统和灭火装置 一般建筑起火后约1015分钟开始蔓延，可通过电话等人工报警和使用消火栓灭火。在大型公共建筑、高层建筑、地下建筑以及起火危险性大的厂房

27、、库房内，还应设置自动报警装置和自动灭火装置。前者的探测器有感温、感烟和感光等多种类型；后者主要为自动喷水设备，不宜用水灭火的部位可采用二氧化碳、干粉或卤化烷等自动灭火设备。设有自动报警装置和自动灭火装置的建筑应设消防控制中心，对报警、疏散、灭火、排烟及防火门窗、消防电梯、紧急照明等进行控制和指挥。（8）建筑内部装修设计防火,6.6 结构的抗火设计,6.6.1 钢筋混凝土结构的抗火设计1.混凝土结构抗火设计要求 RdSm td tm TdTm 三者等效，满足其一即可。,2.混凝土结构抗火设计计算过程 设计受火状况 确定结构温度场 混凝土和钢筋的高温性能计算设计承载力R和考虑火灾影响的设计荷载S

28、验算RS是否满足？,3.火灾荷载的确定和荷载组合 火灾载荷密度：即Fire Load Density，是指单位建筑面积上的火灾荷载（总发热量）。,4.混凝土结构抗火设计方法国内采用的结构抗火设计方法的简介我国现行的GBJl687和GB5004595采用下述方法进行结构抗火设计5：(1)根据建筑物的重要性、火灾危险性及扑救难度、用途、层数、面积等选用相应的耐火等级；(2)由耐火等级确定承重构件的耐火极限；(3)按标准升温曲线(ISO 834)由标准耐火试验校核构件的耐火极限，不满足则重新设计。当然，并非每次设计都需进行耐火试验，规范给出了一系列承重构件的耐火极限数值以供设计中核查校准。当所设计的

29、构件与规范所给构件有实质性差别时，才需进行新的耐火试验。,上述设计方法其优点是简单，但存在明显的弊端：(1)耐火等级的选择不易操作。由于建筑物的体型大量化，功能日趋复杂，同一幢建筑物的各个部分功能不同等都造成耐火等级难于选择。(2)耐火极限要求不合理。由于受火房间的实际情况差别较大，而将所有承重构件的耐火极限确定为同一数值当然不科学。(3)构件实有耐火极限的确定方法不够科学。不考虑实际情况的统一升温曲线(ISO 834)，无法真实再现的受荷情况以及有限次的试验，无法涵盖众多的影响构件耐火极限的因素。,为了克服试验方法的不合理性，目前国际上采用的抗火设计方法是基于计算的结构抗火设计。该方法以高温

30、下构件的承载能力极限状态为耐火极限的判断依据，其抗火设计的具体计算方法如下：(1)设计受火状况。根据失火分区具体情况，即火灾荷载大小，通风参数，分区分隔物材料热参数预测计算分区火灾温度一时间关系，以此作为构件升温曲线或以标准升温曲线作为受火条件；(2)建立构件导热微分方程，输入构件材料热参数和定解条件，解算构件截面温度；(3)由结构理论建立构件抗力计算模型，按温度场计算结果确定相应的材料力学设计参数，计算构件抗力R；(4)确定火灾时构件可能承受的有效荷载，用力学分析方法计算构件在有效荷载和温度共同作用下的荷载效应S；(5)比较R和S，当RS时，结构可保证稳定而不倒塌，设计结束；当RS时，结构不

31、能保证稳定，需作耐火补充设计，即改变分区状况或构件截面几何参数，重新计算直至满足要求。,混凝土构件和结构的高温力学性能全过程分析，可以通过非线性有限元分析获得准确解，从理论上是可行的，但计算复杂，因此有必要建立具有工程准确性，简单实用的构件和结构高温承载力的近似计算方法。对构件和结构在高温后的极限承载力计算可以采用以下的基本假定：(1)截面温度场已知；(2)计算截面温度场时，忽略截面上钢筋的作用以及截面应力和裂缝状况等的影响，截面上钢筋的温度值取所在位置的 混凝土的温度；(3)平截面假定；(4)钢筋和混凝土之间无相对滑移；(5)忽略混凝土的高温抗拉作用。因为混凝土高温抗压强度随温度升高而变化，

32、所以混凝土构件截面上温度的不均匀分布就有相应的不等的抗压强度，这样使耐火承载力的计算复杂化。,Eurocode规范对混凝土抗火等效截面的确定提供了一种简化的方法，它假设混凝土低于500 时的高温抗压强度同常温抗压强度，而高于500 后的强度取为零，并确定截面500E等温线后，原截面就可以简化为一个与常温混凝土强度相等，但面积较小，折算的匀质截面(见图2)，然后按照普通混凝土构件设计方法进行计算。,6.6.2 钢结构的抗火设计1.基于实验的传统抗火设计方法存在以下缺陷：（1）实验中的标准温升曲线与火灾情况不同；构件在结构中的受力，也很难通过实验模拟，实际构件受力各不相同，实验难以概全。（2）未能

33、考虑温度应力及变形的影响，未能考虑高温下结构内力重分布的影响。（3）未能考虑各构件相互作用的影响，即结构某一构件达到极限状态并不意味着整体结构达到极限状态。因此，这种方法过于简单，缺乏一定的科学性。此外由试验确定的耐火时间，不能完全代表实际构件在真实结构中的耐火时间，从而造成不安全或偏于保守浪费材料的后果。,2.基于计算的构件抗火设计方法 这种方法以高温下构件的承载力状态为耐火极限进行判断，考虑温度内力的影响。理论研究以有限元法为主，基本上能考虑任意荷载形式和端部约束状态的影响。目前该法已广泛用于欧洲的钢结构设计规范中，我国还只是上海市地方规程中采用。这种设计方法计算过程如下：(1)采用确定的

34、防火措施，设定一定的防火被覆厚度。(2)计算构件在确定的防火措施和耐火极限条件下的内部温度。(3)采用高温下钢的材料参数，计算结构中的该构件在外荷载和温度作用下的内力。(4)进行荷载效应组合。(5)根据构件和受载类型，进行构件耐火承载力极限状态验算。(6)当设定的防火被覆厚度不合适时，可调整防火被覆厚度，重复上述（1）（5）步骤。,这种方法克服了基于试验设计方法的一些缺陷，但是还存在明显的不足之处：（1）结构是作为整体承受荷载，钢结构抗火设计也是以“整体不倒塌”为最终目的，因此火灾下单个构件的破坏，并不一定意味着整体结构的破坏。（2）没有考虑火灾下结构的整体反应特性，有些构件如次梁，即使不作防

35、火保护，整体结构也可以满足耐火极限的要求；著名的Cardington试验也已表明，构件在整体中的抗火性能大大优于单个构件的抗火能力。,现行结构抗火设计方法的不足 当前国内外建筑结构抗火设计规范所采用的方法是根据建筑物类别定出耐火等级,然后根据耐火等级规定结构构件的耐火极限。结构设计者则根据结构的极限状态,计算火灾下结构的耐火时间是否符合规范规定的耐火极限要求。然而,随着人们对结构抗火提出的更高要求,现行规范体现出以下不足:(1)结构耐火极限要求主要考虑了发生火灾的危险性、建筑的重要性和结构构件的重要性,未从人员安全逃生及结构性能要求的角度,考虑综合经济及生命损失最小的目标;,(2)结构的耐火时

36、间基于ISO834升温曲线确定,而现有的研究表明,真实火灾与火荷载密度、通风条件、建筑形式等因素密切相关,ISO834曲线并不能反应火灾的真实情况;(3)以单独构件是否达到火灾下的极限状态来确定结构的耐火时间,因未考虑整体结构中构件的相互影响,因而是不真实的;(4)传统的结构抗火设计是一种格式化的设计方式,规范对特定情况下的结构抗火设计要求作出了明确的规定,设计人员仅限于被动的选择。,3.基于性能的抗火设计方法 既然结构抗火设计以防止整体结构倒塌为目标，因此基于整体结构的承载能力极限状态进行抗火设计将更为合理。（1）基本思想 由于建筑物千变万化,而建筑抗火设计要求本质上可各不相同,因此传统的结

37、构抗火设计科学性还不强,即有时会偏于保守,有时又会不安全。而结构抗火性能化设计不明确规定某项解决方案,而是确定设计目标及能达到要求的可接受的方法。上图给出了结构抗火性能化设计的一般层次化结构,包括设计总体目标、功能目标、性能要求及认为合适的各种解决方案与方法。,（2）总体目标与功能目标 建筑钢结构抗火设计的总体目标是:(1)不致因结构破坏影响建筑内人员的逃生及消防人员灭火;(2)不致因结构破坏使建筑火灾损失更大。为满足总体目标的要求,建筑结构抗火设计的功能目标包括:(1)某些部位的结构构件或子结构及结构整体在火灾发生后的一定时间内不能坍塌,以保证建筑内的人员有足够的时间逃生,并使消防人员有足够

38、的时间灭火;(2)某些部位的结构构件或整体结构在火灾下不能产生影响继续使用的变形或倒塌,以使火灾后结构的功能能尽快恢复,以减小建筑火灾的间接经济损失,使建筑火灾总的损失最小。,（3）性能要求与功能目标1对应的性能要求性能要求A:结构某些部位的构件在火灾发生后一定的时间t1内,应具有足够的承载力。性能要求B:结构某些部位的子结构在火灾发生后一定的时间t2内,应具有足够的承载力。性能要求C:整体结构在火灾发生后一定的时间t3内,应具有足够的承载力。与功能目标2对应的性能要求性能要求D:结构某些部位的构件或整体结构,由火灾产生的残余变形不能超过一定的限值,以减小建筑火灾的间接经济损失,使建筑火灾总的

39、损失最小。由钢结构设计的适用性要求,残余变形的限值建议为:主梁l/400次梁l/250柱h/300其中,l为梁的跨度,h为柱的高度,（4）结构耐火时间t1t3的确定t1与t2的确定性能要求A与B的主要目的是保障建筑物内人员有足够的时间逃生。设火灾中建筑物内人员逃离建筑物内某一区域所需时间为T1,则该区域内所有构件及子结构的耐火时间应不小于T1,见式(1)。t1,t2T1(1)可见,不同区域构件的耐火时间t1和t2的要求不同。对于高层建筑,低层部位构件的耐火时间应大于高层部位构件的耐火时间;而对于大跨度建筑,近出口处构件的耐火时间应大于远离出口处构件的耐火时间。t3的确定性能要求C的目的,除需保

40、障建筑物内人员有足够的时间逃生外,尚应保障消防人员有足够的时间到达现场灭火。设建筑物内全部人员逃生所需时间为T2,消防人员到达现场且能控制火势所需时间为T3,则t3max(T2,T3)(2),（5）性能要求D的目标性能要求D是经济最优要求,设结构防火成本为P,结构受火破坏修复所需成本为R,结构受火破坏造成建筑功能丧失引起的间接经济损失为L,则性能要求D的目标要求见式(3)。G=min(P+R+L)(3)显然,结构受火破坏修复成本R与结构防火成本P有关,一般结构防火成本提高,将降低修复成本;反之,若减少结构防火成本,则会提高修复成本,即R与P成反比,如图2所示。而因结构破坏造成的间接经济损失L与

41、结构破坏的程度成正比,由于提高结构防火成本P将降低结构破坏的程度,故L与P成反比,即提高结构防火成本,将降低间接经济损失;而减少结构防火成本,则将提高间接经济损失,如图2所示,此外,由于火灾是偶然事件,在结构的设计使用期内,火灾有可能发生,也有可能不发生。因此,在计算因火灾造成的损失R+L时,应考虑火灾的概率因素,见式(4)。R+L=f失火 f成灾(r+l)(4)式中:f失火为建筑在设计使用期内失火的概率,主要与建筑的使用功能有关。对于火源多、建筑内人员复杂的建筑,f失火值较大。,f成灾为建筑一旦失火而发展成灾的概率。建筑物失火后不一定都成灾,如发现及时并采取措施,或可燃物的性质、分布或通风情

42、况不具备形成轰燃条件,均使失火后不致成灾。与建筑物的消防措施及建筑物内人员的消防意识与消防知识有关,建筑物如设有喷淋装置,f成灾将减小。有资料表明,设有喷淋装置的建筑f成灾=0.02。r为对建筑失火成灾造成的结构破坏进行修复所需的费用,主要与火荷载密度(可燃物数量)及结构形式等有关,火荷载密度越大,r值越大。l为建筑失火成灾造成的间接经济损失,主要与建筑物的功能(重要性)及结构修复或重建的难度有关。由于结构修复难度与结构受火破坏程度有关,因而间接与火荷载密度有关,即建筑越重要及火荷载密度越大,l值越大。,将式(4)代入式(3),则性能要求D的目标要求可改写为G=minP+f失火f成灾(r+l)

43、(5)根据式(5),结构防火设计的定性要求为:(1)对于火源多、容易失火的建筑,结构抗火设计要求应提高;(2)对于消防措施严密及设有喷淋装置的建筑,可降低结构抗火设计要求;(3)对于火荷载密度大的建筑,应提高结构抗火设计要求;(4)对于功能重要、破坏后造成间接经济损失大的建筑,应提高结构防火设计要求。,（6）结构性能化抗火设计流程图结构性能化抗火设计流程图,见图3所示。,（7）结构性能化抗火设计需解决的理论问题 要实现结构性能化抗火设计,需解决下列理论问题:(1)各种功能建筑的人员逃生模型;(2)消防接警、出动、到达、灭火模型;(3)各种功能建筑失火概率模型;(4)各种情况建筑失火成灾概率模型

44、,应考虑建筑布置、火灾荷载、喷淋装置等影响;(5)建筑失火成灾后,实际火灾升温、降温模型,应考虑喷淋、消防灭火、建筑布置等影响;(6)钢结构在火灾下的弹、塑性变形及极限承载力分析方法。,6.7 结构耐火构造,6.7.1 混凝土结构耐火构造（1）支座处的连接（2）梁的翼缘处理（3）牛腿构造处理（4）支座处构件内钢筋的锚固长度,6.7.2 钢结构耐火构造（1）加强保护受力状态不好的部位（2）钢材种类（3）截面形态与尺寸（4）在钢结构表面做耐火保护层（5）钢梁、钢屋架下做耐火吊顶，可以使钢梁的升温大为减缓。（6）在钢构件表面涂覆防火涂料。（7）连接部位（焊接、高强螺栓连接）在满足常温状态下的功能要求

45、和具有与其它部位相同的防火措施，可不做特殊处理。,6.7.3 预应力钢筋混凝土结构耐火构造（1）增加预应力楼板受力筋保护层厚度。（2）采用预应力混凝土防火涂料。,6.7.5 天棚吊顶的耐火构造提高天棚的耐火性能的办法：1.采用新型轻质耐火的不燃性材料2.采用防火涂料提高可燃材料的耐火性能 三种不燃性耐火构造：1.轻钢龙骨石膏板吊顶 2.轻钢龙骨钉石棉型硅酸钙板 3.轻钢龙骨复合板吊顶,6.7.5 幕墙耐火构造 玻璃幕墙、金属幕墙、石质幕墙、磁质幕墙，这些幕墙本身都是不燃烧材料。幕墙与支撑系统的连接有框支连接、点支连接、结构胶粘结。由于玻璃幕墙受火时易碎，因此玻璃幕墙的窗间墙和窗槛墙的填充材料应采用不燃体。,6.7.6 墙板的耐火构造 墙板耐火构造的关键在于使墙体和楼板受火灾害作用时仍能保证节点密封，采用不燃性填充料如岩棉、耐火胶泥等。,