第2章建筑耐火设计

1、建筑耐火设计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第第1 1节节 建筑耐火等级的选定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

2、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

3、烧体，也有燃烧体。建筑物的重要性建筑物的重要性 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。 建筑物的高度建筑物的高度 我国规定：一类高层建筑的耐火等级为一级，二类高层建筑的耐火等级不低于二级。 对于高度超过50米的建筑，其耐火等级可以分段考虑，50米一下不低于一级耐火等级，50米以上不低于二级耐火等级使用性质与火灾危险性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

4、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 1.1 钢材在高温下的强度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，

5、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 1 钢材在高温下的物理力学性能钢材在高温下的物理力学性能返回目录 图图2-1 钢材强度随温度变化钢材强度随温度变化 16Mn16Mn、25MnSi25MnSi钢筋高温下屈服强度降低系数钢筋高温下屈服强度降低系数 表表2-12-1温度（） 钢材品种10020025030035040045050016Mn0.900.840.820.770.64(0.64)(0.54)(0.43)25MnSi0.930.880.840.820.71(0.66)

6、(0.56)(0.44) 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)C)6000(1100log20000 . 1TTeTEETC)1000600(5 .5369. 0960TTTEET温度（） 钢材品种A A3 3、16Mn16Mn、25MnSi25MnSi在高温下弹性模量降低系数在高温下弹性模量降低系数 表

7、表2-22-2100200300400500 A30.980.950.910.830.6816Mn1.000.940.950.830.6525MnSi0.970.930.930.830.68 注:本表引自冶金建筑研究院资料1.3 热膨胀系数热膨胀系数 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)/(104 . 15Cmms 2 钢结构防火保护材料钢结构防火保护材料 2.1 混凝土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

8、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 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 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

9、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。l 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l 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 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。钢结构防火做法钢结构防火做法 我国几个钢结构工程的防火做法我国几个钢结构工程的防火做法 表表2-32-3建筑名称层数/高度 钢柱防火层 钢梁防火层北京香格里拉饭店26/82.75m钢柱包裹在SRC柱内，无需防

10、火层。位于平顶以内的钢梁喷涂岩棉，厚4.5cm，处在乎顶以下钢梁粘贴石膏防火板，厚4cm。上海静安-希尔顿饭店43/143.62m公共服务层、设备层和避难层钢柱用少筋混凝土现浇层，厚65mm；标房层壁柜内钢柱喷涂蛭石水泥灰浆厚20mm，耐火极限为2h。吊顶以内钢梁以及设备和避难层钢梁喷涂蛭石水泥灰浆，厚20mm，耐火极限为2h；标准客房层客房内外露的钢柱、钢梁部分粘贴矿棉石膏板，厚20mm。北京长富宫饭店25/94m钢结构耐火等级要求为一级，防火采用国产STIA型蛭石水泥灰浆喷涂防火涂料，厚度35mm，干料密度为460kg/m3，喷涂前清理构件表面油污、浮锈、尘土、刷防锈漆包扎钢丝网，与其构件

11、表面的间隙为520mm，钢丝网网格10mm25mm，钢丝直径0.8mm。 钢结构柱、梁、桁架通常采用的防火保护层钢结构柱、梁、桁架通常采用的防火保护层 表表2-4 2-4 钢柱实腹钢梁钢桁架施工法现场施工工厂预制浇灌喷涂（射）板材异形板毡子形状工字型工字型或箱型箱型材料石膏混凝土*喷射混凝土蛭石灰浆*矿物纤维灰浆*珍珠岩灰浆蛭石珍珠岩灰浆石膏板灰泥板石棉硅酸盐板*纤维硅酸盐板蛭石水泥板石棉硅酸钙板石膏件珍珠岩石膏件硅酸钙件矿物纤维毡 注：很适用；比较适用；带*者为经常采用的材料。3.1 3.1 现浇法现浇法 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 3.2

12、 喷涂法喷涂法 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 组合法组合法 (图2

13、-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 第第3 3节节 混凝土构件的耐火性能混凝土构件的耐火性能1 1 混凝土在高温下的抗压强度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

14、 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保护层厚度对钢筋混凝土构件

15、耐火性能的影响件耐火性能的影响 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

16、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三种板的耐火极限比较 表表2-5 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火灾温度作用下梁内主筋温度与保护层厚度的关系 表表2-6 5 高温时钢筋混凝土的破坏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。第第4节节 建筑耐火构造建筑耐火构造1 玻璃幕墙防火设计玻璃幕墙防火设计 为了阻止火灾时幕墙与楼板、隔墙之间的洞隙

17、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 隔墙的耐火构造隔墙的耐火构造 加气混凝土构件的耐火极限加气混凝土构件的耐火极限 表表2-72-7构件名称规格(cm)结构厚度(cm)耐火