淺談建筑結(jié)構(gòu)抗火性能研究現(xiàn)狀

劉敬濤 郭文楊

（1.盤錦經(jīng)濟開發(fā)區(qū)建設(shè)工程服務中心 遼寧 盤錦 123000；2.盤錦市建設(shè)工程招標投標管理辦公室 遼寧 盤錦 123000）

0 引言

火災的定義是火在時間和空間上失去控制而形成的災害，隨著人類經(jīng)濟的發(fā)展，城市的建設(shè)，火災發(fā)生頻度已經(jīng)高居各個災害之首，而其中建筑火災就約占所有火災中的80%。震驚世界的美國“9.11”事件使紐約市標志性建筑“世貿(mào)中心”毀之一炬并造成重大人員傷亡；1994年的新疆克拉瑪依大火，使288名中小學生和37名干部教師遇難，給無數(shù)家庭造成了難以忘卻的傷痛。全世界每年因火災產(chǎn)生的直接和間接經(jīng)濟損失約為2000億美元，近年來，我國建筑物火災發(fā)生的次數(shù)也逐年遞增，不僅直接造成了巨大的人員和財產(chǎn)損失，火災造成的間接經(jīng)濟損失約為直接經(jīng)濟損失的3倍以上。

減少火災的損失，從本質(zhì)上來說，應該是以防為主，但是隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展與城鎮(zhèn)人口的日趨集中，人們物質(zhì)生活水平逐步提高，人口密度逐步增大，高層建筑物越來越多，裝修也越來越高檔，這中間采用了大量的可燃材料，增大了火荷載密度，使建筑物火災的發(fā)生概率和危險性進一步增加，面對愈發(fā)不可收拾的建筑物火災，我們應該努力做好防范措施。

1 建筑物結(jié)構(gòu)抗火性能

目前，主流的建筑結(jié)構(gòu)是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，也有部分建筑是使用其他類型的結(jié)構(gòu)，如木制結(jié)構(gòu)，鋼架結(jié)構(gòu)等等，本文主要從鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗火性能來進行闡述。

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗火研究的目的有兩方面：

1.1 制定一套合理、方便、實用的結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計方法，確保結(jié)構(gòu)在火災的一定期限內(nèi)具有足夠的承載力，以便組織人員撤離，消防人員滅火等工作的進行；

1.2 對火災后結(jié)構(gòu)的損傷程度作科學、準確的評價，并據(jù)此制定受損結(jié)構(gòu)的修復和加固方案，確?；馂暮蠼?jīng)修復結(jié)構(gòu)的安全性，最大限度地發(fā)揮經(jīng)濟效益。

2 火災中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)性能分析

依據(jù)目前的研究狀況，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗火性能與常溫下性能相比還是有很大的差異。有如下些特點：

2.1 其內(nèi)部溫度場不均勻；混凝土的熱傳導系數(shù)很小，結(jié)構(gòu)受火后表面溫度迅速升高，而截面內(nèi)部的溫度增長緩慢，形成不均勻的溫度場，表層的溫度變化梯度最大。而且，溫度場隨著火災時間的延續(xù)也會發(fā)生不斷的變化，并對結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、變形和承載力等將產(chǎn)生很大的影響。

2.2 材料性能的嚴重惡化；高溫下，混凝土鋼筋的強度值和彈性模量減小，出現(xiàn)變形，混凝土也會出現(xiàn)外觀損傷，而且隨著溫度的省道而加劇。

2.3 應力應變關(guān)系與溫度和時間的耦合作用效應；與常溫時相比，高溫時結(jié)構(gòu)的溫度和持續(xù)時間對于材料的性能有較大影響，因此，必須研究應力應變與溫度和時間之間的耦合作用效應，才能較為準確的分析結(jié)構(gòu)的高溫性能。

2.4 構(gòu)件截面應力和結(jié)構(gòu)內(nèi)力的重分布；構(gòu)件截面的不均勻溫度場必定產(chǎn)生不等的溫度變形和截面應力重分布。超靜定結(jié)構(gòu)的高溫區(qū)部分因為溫度變形受到支座和節(jié)點的約束，以及相鄰的非高溫構(gòu)件的約束，必產(chǎn)生內(nèi)力(彎矩、剪力、軸力)重分布：而且隨著溫度的變化和時間的延續(xù)，會形成一個連續(xù)的力重分布過程，最終出現(xiàn)與常溫結(jié)構(gòu)不同的破壞機構(gòu)和形態(tài)，從而影響了構(gòu)件的高溫極限承載力。

2.5 破壞的過程與形態(tài)；與常溫相比，高溫狀態(tài)下的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)變形會因變形突然變大而遭到破壞，過程較短，破壞后構(gòu)件也會有很大的殘余變形。

3 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗火研究展望

就目前來說，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗火研究趨勢為：研究方法由破壞性試驗方法向結(jié)構(gòu)分析方法轉(zhuǎn)變，研究對象由單一構(gòu)件想組合結(jié)構(gòu)過渡等等，而對于其抗火性能的研究需要進一步深入的問題是：

3.1 火災荷載的調(diào)查統(tǒng)計研究；火災荷載的分布和大小決定了火災的嚴重性，也是影響火災現(xiàn)場環(huán)境溫度的重要因素之一，因此，火災荷載調(diào)查統(tǒng)計研究是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗火研究的基礎(chǔ)。

3.2 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)火災反應分析中混凝土本構(gòu)模型的研究；混凝土在高溫、多軸受力狀態(tài)下的本構(gòu)模型是準確計算鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)火災反應的基礎(chǔ)。

3.3 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)火災計算機模擬技術(shù)的研究。隨著計算機技術(shù)的日益成熟，利用火災計算機模擬技術(shù)來研究結(jié)構(gòu)抗火已成為一個趨勢。但是由于火災計算機模擬技術(shù)涉及到結(jié)構(gòu)工程，火災科學，消防工程，計算機科學等多學科知識，目前世界范圍內(nèi)還沒有通用的活在計算機模擬軟件進行結(jié)構(gòu)抗火性能的研究，因此在計算機模擬方面有很大的擴展空間。

3.4 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)災后修復加固方案的研究；對火災中并未失效或倒塌的結(jié)構(gòu)進行加固修復后繼續(xù)使用，可發(fā)揮巨大的經(jīng)濟效益，這方面的研究工作很多，包括建立和完善混凝土結(jié)構(gòu)加固修護技術(shù)和質(zhì)量標準體系，開發(fā)各種結(jié)構(gòu)加固軟件，研究新型加固材料和方法等。

3.5 地震與火災共同作用下結(jié)構(gòu)反應性能的研究；建筑火災也常出現(xiàn)在地震后，在其共同作用下，建筑結(jié)構(gòu)的變化更加復雜和難以預測，目前對地震火災方面的研究主要集中在分析建筑結(jié)構(gòu)在地震破壞狀態(tài)下的火災發(fā)生概率，地震火災蔓延的模擬，以及建筑火災危險性評估等方面。但如何進行火災和地震共同作用下結(jié)構(gòu)反應的分析，目前國內(nèi)外尚無人涉及此研究領(lǐng)域。

4 結(jié)語

隨著城市化建設(shè)的加快，以及建筑高層化、大規(guī)?；皬秃匣陌l(fā)展，建筑火災也呈上升趨勢，而對建筑結(jié)構(gòu)的抗火性能的研究也成為一個熱點，鋼筋混凝土這樣一種主流建筑結(jié)構(gòu)材料目前應用最為廣泛，而對其在抗火領(lǐng)域的研究，可以進一步減少建筑火災可能給我們造成的損失，著眼于此，本文主要介紹了關(guān)于火災發(fā)生機理，建筑結(jié)構(gòu)抗火性能研究進展及部分結(jié)構(gòu)修復加固原則。當然，在這個領(lǐng)域內(nèi)，還有很多問題亟待解決，這都為今后我們的研究提供了一個參考的方向。

［1］楊曉光.火災后鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受損鑒定和修復加固[D].天津大學.

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［3］陸洲導，蘇磊.我國混凝土結(jié)構(gòu)火災（高溫）后損傷機理與評估方法的研究進展和發(fā)展趨勢[J].建筑結(jié)構(gòu)學報.

［4］張智梅，葉志明，劉濤.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗火研究進展[J].自然災害學報，第16卷第1期.

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