第九章 火灾及其对结构的影响

1、 火灾对建筑结构的影响说到底是对建筑构火灾对建筑结构的影响说到底是对建筑构件的影响。件的影响。 主动防火设计最主要的手段和措施是选择主动防火设计最主要的手段和措施是选择耐火性能强的材料及由这类材料所组成的耐火性能强的材料及由这类材料所组成的构件。构件。 世界各大洲火灾情况世界各大洲火灾情况（1）生活用火不慎；）生活用火不慎；（2）小孩玩火；）小孩玩火；（3）违反安全操作规定；）违反安全操作规定；（4）违反电器安装使用安全规定；）违反电器安装使用安全规定；（5）吸烟；）吸烟；（6）放火；）放火；（7）自燃。）自燃。 火灾与季节和时间有着密切关系，以中国所处的地火灾与季节和时间有着密切关系，以中国

2、所处的地域为例，一年域为例，一年12个月由个月由11月至第二年月至第二年5月气温比较月气温比较干燥容易引发火灾，而干燥容易引发火灾，而6月至月至10月气候湿润、降水月气候湿润、降水量大，火灾就相对少些。量大，火灾就相对少些。 2011年上半年，全国共接报火灾年上半年，全国共接报火灾83983起，死亡起，死亡749人，受伤人，受伤359人，直接财产损失人，直接财产损失11.6亿元，与去年同亿元，与去年同期相比，起数和损失分别上升期相比，起数和损失分别上升15.4%和和12.3%，死亡，死亡和受伤人数分别增加和受伤人数分别增加50人和人和78人。人。一、混凝土的热工性能一、混凝土的热工性能热传导系

3、数热传导系数 热膨胀系数热膨胀系数 热容热容 质量密度质量密度二、混凝土过火后表面特征二、混凝土过火后表面特征普通水泥普通水泥 矿渣水泥矿渣水泥 火山灰水泥火山灰水泥都随着加热时间的增长、温度的升高，颜色变化规律都随着加热时间的增长、温度的升高，颜色变化规律红红 粉红粉红 灰灰 浅黄浅黄影响因素1、 350摄氏度以下，混凝土的抗压强度与常温时差别不大，破坏形态与常温时的时间也没有太大的差别；温度大于350摄氏度以后，抗压强度明显下降；当温度达到900摄氏度时，混凝土的抗压强度几乎达不到常温的10%。2、混凝土强度越高，其抗压强度的损失幅度越大。3、升降温后的残余抗压强度比高温使得还要低，原因是

4、冷却过过程中试件内部的裂缝又有发展。4、随着水灰比的增大，混凝土的高温抗压强度将降低。5、高温持续下的混凝土抗压强度的下降大部分在第二天内就出现，温度越高，下降幅度越大，至第七天后抗压强度趋于稳定。6、混凝土龄期对高温下抗压强度影响较小。7、试验温度较低（600摄氏度）时，加热慢的试件比较热快的试件的强度低，但超过600摄氏度后，升温速率对强度没有影响。城市燃气特别是民用燃气一、耐火等级一、耐火等级 根据房屋主要构件的耐火极限和材料的燃烧性根据房屋主要构件的耐火极限和材料的燃烧性能划分为四级，它是衡量建筑物耐火程度的标准。能划分为四级，它是衡量建筑物耐火程度的标准。 耐火极限：指构件从受到火的

5、作用起，到失掉耐火极限：指构件从受到火的作用起，到失掉支持能力或发生穿透性裂缝、或背火一面温度升支持能力或发生穿透性裂缝、或背火一面温度升高到高到220220C C使所延续的时间（单位：小时）。对任使所延续的时间（单位：小时）。对任一建筑构件按时间一建筑构件按时间-温度标准曲线进行耐火实验，温度标准曲线进行耐火实验，从受到火的作用时起，到失去支持能力或完整性从受到火的作用时起，到失去支持能力或完整性被破坏或失去隔热作用时止的这段时间称为耐火被破坏或失去隔热作用时止的这段时间称为耐火极限。极限。 燃烧性能：建筑物是由建筑构件组成的，诸如燃烧性能：建筑物是由建筑构件组成的，诸如基础、墙壁、柱、梁、

6、板、屋顶、楼梯等。建筑基础、墙壁、柱、梁、板、屋顶、楼梯等。建筑构件是由建筑材料构成，其燃烧性能取决于所使构件是由建筑材料构成，其燃烧性能取决于所使用建筑材料的燃烧性能用建筑材料的燃烧性能 。1 1不燃烧体（非燃烧体）不燃烧体（非燃烧体）金属、砖、石、混凝土等不燃性材料制成的构件，称为不燃烧金属、砖、石、混凝土等不燃性材料制成的构件，称为不燃烧体（以前也称非燃烧体）。这种构件在空气中遇明火或高温作体（以前也称非燃烧体）。这种构件在空气中遇明火或高温作用下不起火、不微燃、不炭化。如砖墙、钢屋架、钢筋混凝土用下不起火、不微燃、不炭化。如砖墙、钢屋架、钢筋混凝土梁等构件都属于非燃烧体，常被用作承重构

7、件。梁等构件都属于非燃烧体，常被用作承重构件。2 2难燃烧体难燃烧体用难燃性材料制成的构件或用可燃材料制成而用不燃性材料作用难燃性材料制成的构件或用可燃材料制成而用不燃性材料作保护层制成的构件。其在空气中遇明火或在高温作用下难起火、保护层制成的构件。其在空气中遇明火或在高温作用下难起火、难微燃、难炭化，且当火源移开后燃烧和微燃立即停止。难微燃、难炭化，且当火源移开后燃烧和微燃立即停止。3 3燃烧体燃烧体用可燃性材料制成的构件。这种构件在空气中遇明火或在高温用可燃性材料制成的构件。这种构件在空气中遇明火或在高温作用下会立即起火或发生微燃，而且当火源移开后，仍继续保作用下会立即起火或发生微燃，而且

8、当火源移开后，仍继续保持燃烧或微燃。如木柱、木屋架、木梁、木楼梯、木搁栅、纤持燃烧或微燃。如木柱、木屋架、木梁、木楼梯、木搁栅、纤维板吊顶等构件都属燃烧体构件。维板吊顶等构件都属燃烧体构件。一、一、 建筑物的耐火等级的划分基准和依据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。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

9、的耐火性决定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。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等级的基准，我国现行规范选择楼板作为确定耐火极限等级的基准，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

10、，然后将其它建筑构件与楼板相比较，在建筑的耐火极限，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。根据我国国情，并参照其他国家的标准，要求，否则反之。根据我国国情，并参照其他国家的标准，高层民用建筑设计防火规范高层民用建筑设计防火规范把高层民用建筑耐火等级把高层民用建筑耐火等级分为一、二级；分为一、二级；建筑设计防火规范建筑设计防火规范分为一、二、三、分为一、二、三、四级，一级最高，四级最低。四级，一级最高，四级最低。 各耐火等级的建筑物除规定了建筑构件最低耐火极限外，各耐火等级的建筑物

11、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。件若其燃烧性能不同，其在火灾中的情况是不同的。 建筑物耐火等级的选定条件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。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确定建筑物的耐火等级主要考虑以下几个方面的因素：因素：1建筑物的重要性。建筑物

12、的重要性。2建筑物的火灾危险性。建筑物的火灾危险性。3建筑物的高度。建筑物的高度。4建筑物的火灾荷载。建筑物的火灾荷载。 世贸大厦坍塌与次生灾害火灾，而非由科技世贸大厦坍塌与次生灾害火灾，而非由科技的直接撞击和爆炸。的直接撞击和爆炸。 由于世贸组织大厦采用钢框筒结构，再加上由于世贸组织大厦采用钢框筒结构，再加上钢架与内外管筒的接点上装有可以吸收振动钢架与内外管筒的接点上装有可以吸收振动能量的阻尼装置，所以整个结构具有很好的能量的阻尼装置，所以整个结构具有很好的吸收撞击冲量和爆炸能量的作用，钢架本身吸收撞击冲量和爆炸能量的作用，钢架本身就有很好的韧性。就有很好的韧性。 航空煤油燃起的大火是对这座

13、大厦的最致命一击。由于煤油是液体，它顺着关键部位的缝隙流淌并渗透过防火保护层到达钢结构的表面，航空煤油所过之处，便引起熊熊大火，起到了炸弹爆炸、导弹袭击所达不到的效果。 钢材虽然不是可燃的，但是当温度超过450摄氏度，强度就会急剧下降，产生塑性变形；当达到800摄氏度时，失去承载能力而坍塌。 1 1）内因）内因 钢结构作为一种结构体系，尤其在超高层建筑中有无与钢结构作为一种结构体系，尤其在超高层建筑中有无与伦比的优势，但耐火性能差是自身致命的缺陷。试验表伦比的优势，但耐火性能差是自身致命的缺陷。试验表明：低碳钢在明：低碳钢在200200C C以下钢材性能变化不大；在以下钢材性能变化不大；在20

14、0200C C以上，随温度升高弹性模量降低，强度下降，变形增大；以上，随温度升高弹性模量降低，强度下降，变形增大；500500C C时弹性模量为常温的时弹性模量为常温的50%50%；700700C C时基本失去承时基本失去承载能力。本次撞击北楼的波音载能力。本次撞击北楼的波音767767飞机装载飞机装载51t51t燃油，撞燃油，撞击南楼的波音击南楼的波音777777飞机装载飞机装载35t35t燃油。尽管世贸中心大楼燃油。尽管世贸中心大楼的钢结构采用了防火涂料等防护物，但在如此罕见的熊的钢结构采用了防火涂料等防护物，但在如此罕见的熊熊大火面前也无能为力。在爆炸、断电、消防系统失灵、熊大火面前也无

15、能为力。在爆炸、断电、消防系统失灵、火势无法及时扑灭的情况下，高温使其软化，最终导致火势无法及时扑灭的情况下，高温使其软化，最终导致结构塌落。结构塌落。 2 2）外因。）外因。 飞机撞击大楼，就形成的水平冲击力而言，飞机撞击大楼，就形成的水平冲击力而言，属不可抗力。本次撞击大楼的波音属不可抗力。本次撞击大楼的波音777777飞机飞机起飞质量起飞质量104t104t，波音，波音767767飞机起飞质量飞机起飞质量156t156t，飞行速度约每小时飞行速度约每小时1000km1000km。在如此巨大的冲。在如此巨大的冲击下，大楼虽然晃动近击下，大楼虽然晃动近1m1m但未立即倾倒，无但未立即倾倒，无论内部还是外部并无严重塌落，这充分证明论内部还是外部并无严重塌落，这充分证明大楼原结构的设计和施工没有问题。大楼原结构的设计和施工没有问题。 3 3）世贸中心大楼采用外筒结构体系，该）世贸中心大楼采用外筒结构体系，该体系存在剪力滞后效应，且外柱截面仅体系存在剪力滞后效应，且外柱截面