建筑构件的耐火试验

建筑构件的耐火试验第1页/共50页2011.327.1建筑构件的燃烧性能建筑构件的耐火性能包括两部分内容：组成构建材料的燃烧性能和构件的耐火极限。建筑构件按其燃烧性能分为四大类：

一、不燃烧体：用不燃材料制成的构件。不燃材料：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(混凝土）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：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。

第2页/共50页2011.33三、可燃烧体：用燃烧材料做成的构件。

可燃烧性材料：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。四、易燃烧体：用易燃烧材料做成的构件。易燃烧材料：凡达不到可燃性等级的材料均为易燃烧材料。如：油毡、装饰用的锦缎等。第3页/共50页2011.347.2建筑构件的耐火极限7.2.1概述

1.定义:对任一建筑构件，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(隔火作用)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。第4页/共50页2011.351)失去稳定性：构件在试验中失去支持能力或抗变形能力。（1）外观判断（2）受力主筋温度变化Mn钢510℃2)失去完整性：分隔构件失去阻止火焰和高温气体穿透或阻止其背火面出现火焰的性能。（出现穿透性裂缝或孔隙；在2-3cm处放一新鲜棉花垫100×100×20mm，停留时间10-30秒，发生炭化或燃烧）3)失去绝热性：指分隔构件失去隔绝过量热传导的性能。背火面测平均温度超过初始温度140℃或任一测点温度超过初始温度180℃

或任一测点温度达到220℃

。第5页/共50页2011.362.耐火极限的判定①分隔构件：失去完整性或绝热性②承重构件：失去稳定性③承重分隔构件：由稳定性、完整性、绝热性三个条件控制3.建筑构件耐火极限的意义①为正确制定和贯彻建筑防火法规提供科学依据。②为提高建筑结构耐火性能和建筑物的耐火等级。降低防火投资，减少火灾损失提供技术措施。③为火灾烧损后建筑结构的加固工作提供依据。④是衡量建筑物耐火等级的主要指标。第6页/共50页2011.377.2.2建筑构件的耐火试验条件

《建筑构件耐火试验方法》GB/T9978－2008代替GB/T9978－1999

标准耐火试验必须遵循的升温条件、压力条件、约束条件、受火条件和试件要求等。1.升温条件

标准时间—温度曲线（标准火灾升温曲线）室内火灾发展过程分为三个阶段：

OA—火灾初起阶段

AC—火灾发展阶段

C点以后—火灾熄灭阶段第7页/共50页2011.38在实际的火灾中，每一起火灾的时间--温度曲线是各不相同的，但为了对建筑构件进行耐火实验，进而对其耐火极限进行度量，必须人为规定一种能反映、模拟一般火灾规律的标准温升条件，把它绘制成曲线就称为时间--温度标准曲线。时间-温度标准曲线是指按特定的加温方法，在标准的实验室条件下，所表示的现场火灾发展情况的一条理想化了的试验曲线。该曲线以被国际标准化组织采纳，目的是为了对建筑构件的极限耐火时间有一个统一的检验标准。第8页/共50页2011.39规定的热电偶测得炉内平均温度，按以下关系式（见图7.1）对其进行监测和控制：其中t—试验加热时间，minT—t时刻炉内温度，℃

T0—炉内初始温度，℃,应在5—40℃范围内。第9页/共50页2011.310图7.1标准时间-温度曲线第10页/共50页2011.311（二）压力条件：(正压操作)1.一般要求保证沿炉内高度处每米的压力梯度值为8Pa。试验开始5min后压力值为（15±5）Pa，10min后压力值为（17±3）Pa。2.垂直构件试验炉运行时，应控制试件底面以下100mm处的水平面或者检测梁时在吊顶水平底面以下10mm处的炉内压力值为20Pa。（三）加载条件：1、荷载的量值：试验荷载＞设计荷载＞工作荷载2、加载的型式（1）墙：垂直加载（2）楼板和屋面板：均布加载（3）梁：垂直加载在总长度1/8，3/8，5/8，7/8四处加载（4）柱：垂直加载第11页/共50页2011.312（四）构件的约束及边界条件反映构件实际使用中的情况（五）受火条件墙壁、隔板、门窗——一面受火楼板、屋面板、吊顶——下面受火横梁——两侧和底面共三面受火柱子——所有垂直面受火（六）试件要求1、结构：试件的制作与安装应反映构件在实际中的使用情况2、尺寸：应与实际尺寸相同，当构件尺寸＞试验炉所容纳尺寸，应不得小于下述规定：墙：3m高×3m宽；梁：4m跨度；柱：3m高楼板及屋面板：四面支承，4m长×3m宽第12页/共50页2011.3137.2.3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。此条件主要针对承重构件。（1）外观判断：如墙发生垮塌；梁板变形大于L/20（L为试件跨度）；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）（h为试件在载炉内的受火高度）；（2）受力主筋温度变化：16Mn钢，510℃。第13页/共50页2011.314（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℃.第14页/共50页2011.315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。第15页/共50页2011.316影响耐火极限的因素

（1）材料的燃烧性能。材料的燃烧性能好，构件耐火极限就低。

（2）构件的截面尺寸。构件的截面尺寸大，构件的耐火极限就高。

（3）保护层的厚度。构件的保护层厚度大，构件的耐火极限就高。

第16页/共50页2011.3177.2.4耐火极限试验装置（一）燃烧试验炉1、墙炉：适用于各类墙体、门窗的耐火试验,3.06m×1.26m×3.05m2、梁板炉：适用于楼板、屋面板、梁、吊顶的耐火试验3.6m×4.6m×2.46m3、柱炉（天津与加拿大共同开发的项目）（1）燃烧炉特点：2.6m×2.6m×(3-4.2)m1）炉体：采用工业炉A型结构：即232mm粘土质耐火砖耐火层＋116mm厚硅藻土砖保温层＋10mm厚硅酸铝耐火纤维毡隔热层＋5mm厚钢板外壳，内衬50mm厚耐高温耐火纤维材料，试验6h炉壳升温只有12ºC。2）燃烧室内：每面墙设4个喷嘴，使炉温均匀性好，左右分设烟道，每条5个排烟口，并设观察孔，测温孔。3）采用可升降的轻质炉顶，扩大试验范围。4）炉体前面采用插板吊装炉门。第17页/共50页2011.318（2）试验范围1）种类：钢柱、钢砼柱、偏心柱2）约束情况（3）加载系统加载能力：轴向荷载、偏心荷载加载方式：液压系统第18页/共50页2011.319（二）燃烧系统1、燃料的选择：天然气、煤气、轻柴油2、喷嘴设置：小而多3、炉温控制（1）增减燃烧喷嘴的数量（2）调整喷嘴的油压及风压（3）调整烟道闸板的位置第19页/共50页2011.320（三）加载设备可模拟均布荷载、集中荷载、轴心荷载、偏心荷载。在试验前一次加足，试验中保持其大小及方向不变。

1、试验荷载：应按国家有关设计规范来确定，或有关设计单位提供的技术数据来确定。

2、加载型式主要包括墙—垂直加载，沿整个宽度通过加载梁加载；楼板和屋面板—均布加载；梁—垂直加载，折算成集中荷载；柱—垂直加载，分轴压、偏心两种情况。

3、加载设备：液压方式、机械方式或重质块。第20页/共50页2011.321（四）测温仪器1、炉内温度测量：丝径为0.75-1.0mm热电偶和记录仪2、试件背火面温度测量：丝径为0.5mm的热电偶与铜片焊接，并用石棉垫覆盖。3、试件内部温度测量：把热电偶预埋在构件内。（五）压力、变形测试系统1、炉内应保持正压2、水平构件需测挠度第21页/共50页2011.3227.2.5建筑构件的耐火试验过程

（一）试件设计、安装及加荷（二）试验的开始和结束（三）测量与观察1、测量的次数2、热电偶布置3、试件变形测量4、试件完整性测量5、荷载测量及其它观测（四）试验报告第22页/共50页2011.323建筑中的燃烧试验第23页/共50页2011.324墙炉第24页/共50页2011.325

防火门试验第25页/共50页2011.326试验炉右第26页/共50页2011.327试验炉左第27页/共50页2011.328试验结束后的防火门第28页/共50页2011.329第29页/共50页2011.330柱炉第30页/共50页2011.331控制室第31页/共50页2011.3327.3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）120180240370耐火极限（h）2.503.505.5010.50第32页/共50页2011.3332、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）

加气混凝土是以硅质材料（砂、粉煤灰及含硅尾矿等）和钙质材料（石灰、水泥）为主要原料，掺加发气剂（铝粉），经加水搅拌，由化学反应形成孔隙，通过浇注成型、预养切割、蒸压养护等工艺过程制成的多孔硅酸盐制品。

厚度（mm）75100200耐火极限（h）2.506.008.00第33页/共50页2011.334

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：1.00h

双层石膏板：1.00h以上第34页/共50页2011.3354、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1.50~2.00h。第35页/共50页2011.336二、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（mm×mm)耐火极限（h）200×2001.40h300×3003.00h370×3705.00h2、钢柱的耐火极限：0.25h第36页/共50页2011.337三、梁的耐火极限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）10202530耐火极限（h）1.201.752.002.302、无保护钢梁耐火极限：0.25h。第37页/共50页2011.338四、楼板的耐火极限简支钢砼圆孔空心板保护层厚度（mm）102030耐火极限（h）0.91.251.50预应力钢砼圆孔空心板保护层厚度（mm）102030耐火极限（h）0.40.70.85第38页/共50页2011.339五、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

钢丝网抹灰：0.25h

双层石膏板：0.30h

钢吊顶搁栅——石棉板：0.85h

第39页/共50页2011.340六、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25~30mm，耐火极限为1.50~1.70h。第40页/共50页2011.3417.4影响构件耐火极限的因素及提高构件耐火极限的措施一、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、构件的厚度第41页/共50页2011.342（三）稳定性（1）材料的燃烧性能。（2）有效荷载量值。（3）实际材料强度。（4）钢筋混凝土梁支座截面优于跨中截面。（5）钢筋混凝土T形梁、十字形梁、花蓝形梁优于矩形梁。（6）钢筋混凝土梁双排配筋优于单排配筋，二级钢优于一级钢。第42页/共50页2011.343（7）连续梁优于简支梁。（8）钢筋混凝土轴心受压柱优于小偏心受压柱，小偏心受压柱优于大偏心受压柱。（9）钢筋混凝土偏心受压构件受拉边受到保护时优于受压边受到保护时。（10）钢筋混凝土矩形柱优于T形柱、L形柱、工形柱、十字形柱。（11）靠墙柱优于四面受火柱。（12）截面（宽度）较大者优于较小者。（13）钢筋混凝土构件配筋率低者优于配筋率高者。（14）表面抹灰者优于未抹灰者。（15）主筋保护层厚度大者优于保护层厚度小者。

第43页/共50页2011.344二、提高构件耐火极限的措施

1、处理好构件接缝构造，防止发生穿透性裂缝。2、使用导热系数较低的材料，或加大构件厚度以提高其绝热性。3、使用非燃材料。4、采用T形、花蓝形和十字形截面梁。5、改多跨简支梁为连续梁。6、适当加大主筋保护层厚度。7、采用低合金钢。第44页/共50页2011.3458、改配较细的钢筋，双排配置，并把较粗的钢筋配于截面中部和上层，较细的钢筋配于截面角部和下层。9、增大截面，主要增大截面宽度，降低配筋率。10、构件表面抹灰并验收厚度。11、可能时在柱侧面布置墙体以屏蔽热量。12、采用截面长高比接近的矩形。13、轴心受压和小偏心受压柱提高混凝土强度等级。14、可能时减小柱偏心距。第45页/共50页2011.346作业1、钢材为不燃材料，为什么钢结构在受火后约15分钟出现变形和倒塌现象？2、混凝土爆裂的原因是什么？防止爆裂有哪些方法？3、影响耐火极限的因素有哪些？提高构件耐火极限的措施有哪些？第46页/共50页2011.347加气混凝土的概念加气混凝土是以硅质材料（砂、粉煤灰及含硅尾矿等）和钙质材料（石灰、水泥）为主要原料，掺加发气剂（铝粉），通过配料、搅拌、浇注、预养、切割、蒸压、养护等工艺过程制成的轻质多孔硅酸盐制品。因其经发气后含有大量均匀而细小的气孔，故名加气混凝土。英文：Autoclavedaeratedconcrete(AAC)。第47页/共50