建筑防火设计毕业设计论文.doc

前 言 人类的生产、生活及政治、经济、文化等活动，大多数在建筑物内进行的。凡是建筑物，一般都有可燃物和着火源，因而存在发生火灾的可能性。建筑防火设计是建筑设计的重要组成部分，在建筑设计中做好此项工作，可以从根本上防止和减少建筑物发生火灾，且在其一旦发生火灾时把火灾损失降低到最低限度。否则，就会给建筑物留下先天性的火灾隐患，一旦条件成熟，就会酿成火灾造成人员伤亡和经济损失。许多建筑火灾的发生以及造成大量人员伤亡和巨大财产损失，其根源在于建筑防火设计不符合防火技术规范的要求。建筑火灾的严峻形势，提醒和告诫建筑设计人员务必重视建筑防火安全设计工作，撰写此论文，进一步提出一些建筑防火设计方法，能够使建筑火灾尽可能减少。目 录摘要11 建筑火灾21.1 关于火灾燃烧的基本知识21.1.1 燃烧条件21.1.2 燃烧条件在消防工作中的应用21.1.3 燃烧类型及常用术语31.2 建筑起火的原因41.3 建筑火灾典型案例及教训42 建筑材料的高温性能62.1 有机材料62.1.1 木材62.1.2 塑料72.2 无机材料72.2.1 建筑钢材82.2.2 混凝土82.2.3 石材83 建筑耐火设计93.1 概述93.1.1 建筑耐火设计方法93.1.2 建筑等级的定义和作用93.2 建筑构件的耐火性能103.2.1 建筑构件的燃烧性能103.2.2 建筑构件的耐火极限113.2.3 影响构件耐火极限的因素及提高耐火极限的措施123.3 防火涂料和防火板材143.3.1 饰面型防火涂料143.3.3 钢结构用防火板材154 钢结构耐火设计164.1 裸露钢结构的耐火性能164.1.1 钢材的高温力学性能164.1.2 构件截面的破坏过程164.2 钢结构临界温度的计算174.2.1 构件的临界温度和初始应力174.2.2 构件初始应力0的计算184.3 钢结构耐火保护层厚度计算224.3.1 保护材料的性质及分类224.3.2 导热微分方程244.4 钢结构耐火设计方法255 建筑结构耐火设计新方法简介265.1 建筑结构耐火设计现状及问题265.2 普通房间火灾轰燃后的温度计算275.3 钢结构耐火设计的当量时间276 安全疏散设计296.1 疏散楼梯和消防电梯设计296.1.1 疏散楼梯设计296.1.2 消防电梯306.2 工业建筑安全疏散设计316.2.1 安全出口及数目316.2.2安全疏散距离316.2.3 疏散楼梯设置326.2.4 对疏散楼梯和门的要求326.3 单、多层民用建筑安全疏散设计326.3.1 安全出口的数目和布置326.3.2 安全疏散距离336.3.3 安全出口、走道、楼梯的宽度346.3.4 疏散楼梯346.4 高层民用建筑安全疏散设计346.4.1 安全出口、疏散出口的数目和布置346.4.2 安全疏散距离356.4.3 疏散楼梯和消防电梯设置357 建筑灭火系统377.1 消火栓给水系统377.2 闭式自动喷水灭火系统377.2.1 系统的类型387.2.2 系统主要组件387.3 开式自动喷水灭火系统397.3.1 雨淋喷水灭火系统397.3.2 水幕系统397.4 气体灭火系统397.4.1 气体灭火系统的应用397.4.2 气体灭火系统的组成及工作过程408 建筑防排烟系统和采暖、通风防火418.1 建筑防排烟系统418.1.1 防排烟设施的设置范围418.1.2 防排烟方式418.2 建筑采暖、通风防火418.2.1 采暖系统防火418.2.2 通风空调系统防火429 建筑电气防火449.1 建筑消防电源和配电449.1.1 消防电源449.1.2 火灾应急电源种类、供电范围和容量449.2 建筑应急照明与疏散指示指标459.2.1 设置范围、照度和位置459.2.2 疏散指示指标灯的布置469.2.3 电光源和灯具的选择4610 地下建筑防火设计4710.1 建筑防火设计4710.1.1 总平面布局和平面布置4710.1.2 安全疏散4710.2 消防设施设计4710.2.1 消防给水和排水4710.2.2 防烟、排烟设施4811 结论与展望4911.1 结论4911.2 展望49参考文献50致 谢51iv阳泉职业技术学院毕业论文建筑物防火研究摘要火灾是一种违反人们意志、在时间和空间上失去控制的燃烧现象。弄清燃烧的条件，对于预凡是事故皆有起因，火灾亦不例外。分析建筑起火的原因是为了在建筑设计时，更有针对性地采取防火技术措施，防止和减少火灾危害。防火灾、控制火灾和扑救火灾有着十分重要的指导意义建筑物是由许多建筑构件组成的，因此建筑物的耐火程度高低，直接决定于这些建筑构件在火灾高温作用下的耐火性能，即建筑构件的燃烧性能和耐火极限。一次火灾的全过程通常分为初期阶段、全面发展阶段和衰减熄灭阶段。一般而言，火灾的起初阶段不会对建筑结构构成实质性损坏。火灾的发展阶段是指，火灾经过初起阶段一定时间后，房间顶棚下充满烟气，在某些条件下，从而导致室内绝大部分可燃物起火燃烧，使全室都着火，这种现象称为轰燃。火灾轰燃后，对建筑结构会造成不同程度的破坏，甚至使建筑结构失效倒塌。随着我国社会主义建设事业的发展，地下建筑发展很快，而且规模不断扩大，用途越来越广，功能越来越复杂。由于地下建筑位于地下，其火灾危险和危害性很大，因此要务必做好其防火设计，确保其消防安全。关键词：建筑火灾 火灾控制 设计方法。 1 建筑火灾1.1关于火灾燃烧的基本知识 火灾是一种违反人们意志、在时间和空间上失去控制的燃烧现象。弄清燃烧的条件，对于预防火灾、控制火灾和扑救火灾有着十分重要的指导意义。1.1.1 燃烧条件燃烧是一种同时伴有放热和发光效应的剧烈的氧化反应。放热、发光、生成新物质是燃烧现象的三个特征。要发生燃烧必须同时具备下列三个条件： 1. 可燃物 一般来说，凡是能在空气、氧气或其他氧化剂中发生燃烧反应的物质都称为可燃物。可燃物按其组成可分为无机可燃物和有机可燃物两类。 2. 氧化剂 凡是能和可燃物发生反应并引起燃烧的物质，称为氧化剂。 3. 点燃源 点燃源是指具有一定能量，能够引起可燃物质燃烧的能源。有时也称着火源。点燃源的种类很多，如：明火、电火花、冲击与摩擦火花、高温表面等。1.1.2 燃烧条件在消防工作中的应用一切防火与灭火措施的基本原理，就是根据物质燃烧的条件。阻止燃烧三要素同时存在、互相结合、互相作用。 1. 防火的基本措施 一切防火措施，都是为了防止产生燃烧的条件。防止火灾的基本措施有：（1） 控制可燃物。以难燃或不燃的材料代替易燃或可燃的材料；用防火涂料刷涂可燃材料，改变其燃烧性能；对于具有火灾、爆炸危险性的厂房，采取通风方法，以降低易燃气体、蒸汽和粉尘在厂房空气中的浓度，使之不超过最高允许厚度。 （2）隔绝气体。使用易燃易爆物质的生产，应在密闭设备中进行。 （3）消除着火源。如采取隔离、控温、接地、避雷、安装防爆灯、遮挡阳光、设禁止烟火的标志等等。 （4）阻止火势蔓延。如在相邻两建筑之间留出一定的防火间距。 2.灭火的基本方法 一切灭火措施，都是为了破坏已经产生的燃烧条件，使燃烧熄灭。灭火的基本方法有： （1）隔离法。就是将火源处或其周围的可燃物质隔离或移开，使燃烧因隔离可燃物而停止。 （2）窒息法。就是阻止空气流入燃烧区或用不然物质冲淡空气，使燃烧物得不到足够的氧气而熄灭。 （3）冷却法。就是将灭火剂直接喷射到燃烧物上，以降低燃烧物的温度于燃点之下，使燃烧停止;或者将灭火剂喷洒在火源附近的物体上，使其不受火焰辐射热的威胁，避免形成新的火点。 （4）仰制法。就是使灭火剂参与到燃烧反应历程中去，使燃烧过程中产生的游离基消失，而形成稳定分子或底活性的游离基，使燃烧反应终止。1.1.3 燃烧类型及常用术语1.闪燃与闪点在一定的温度条件下，液态可燃物质表面会产生蒸汽，有些固态可燃物质也因蒸发、升华或分解产生可燃气体或蒸汽。这些可燃气体或蒸汽与空气混合而成可燃气体，当遇明火时会产生一闪即灭的火苗或闪光，这种燃烧现象称为闪燃。能引起可燃物质发生闪燃的最低温度称为该物质的闪点。 2.着火与燃点可燃物质在与空气共存的条件下，当达到某一温度时与火源接触，立即引起燃烧，并在火源移开后仍能继续燃烧，这种持续燃烧的现象称为着火。 可燃物质开始持续燃烧所需的最低温度，叫做燃点或着火点。 3.自燃和自燃点 自燃是可燃物质不用明火点燃就能够自发着火燃烧的现象。可分为受热自燃和自热燃烧两类。 可燃物质在没有外部火花或火焰的条件下，能自动引起燃烧和继续燃烧时的最低温度称为自燃点。 4.爆炸与爆炸极限爆炸是物质有一种状态迅速地转变为另一种状态，并在极短时间内释放大量能量的现象。1.2 建筑起火的原因凡是事故皆有起因，火灾亦不例外。分析建筑起火的原因时为了在建筑设计时，更有针对性地采取防火技术措施，防止和减少火灾危害。 建筑物起火的原因归纳起来大致可分为六类。 1.生活和生产用火不慎 我国城乡居民家庭火灾绝大多数为生活用火不慎引起。属于这类火灾的原因，大体有：吸烟不慎、饮事用火不慎、取暖用火不慎、灯火照明不慎、小孩玩火、燃放烟花爆炸不慎等。 2.违反生产安全制度 如在易燃易爆的车间内动用明火，引起爆炸起火等。 3.电气设备设计、安装、使用及维护不当 电气设备引起火灾的原因，主要有电气设备过负荷、电气线路接头接触不良、电气线路短路；照明灯具设置使用不当等。 4.自然现象引起 5.纵火 纵火分刑事犯罪纵火及精神病人纵火。 6.建筑布局不合理，建筑材料选用不当在建筑布局方面，防火间距不符合消防安全要求，没有考虑风向、地势等因素对火灾蔓延的影响，往往会造成发生火灾时火烧连营，形成大面积火灾。1.3 建筑火灾典型案例及教训巴西焦玛大楼火灾 基本情况 焦玛大楼于1973年建成，地上25层，地下一层。首层和地下1层是办公档案及文件储存室。210层是汽车库，1125层是办公用房。标准层面积585m2.设有一座楼梯和四台电梯，全部敞开地布置在走道两边。建筑主体是钢筋混凝土结构，隔墙和房间吊顶使用的是木材、铝合金门窗。办公室设窗式空调器，铺地毯。 起火经过和扑救情况 1974年2月1日上午8时50分，第12层北侧办公室的窗式空调器起火。窗帘引燃房间吊顶和隔断墙，房间在十多分钟就达到轰燃。9时10分消防队到达现场时，火焰已窜出窗外沿外墙向上蔓延，起火楼层的火势在水平方向传播开来。烟、火充满了唯一的开场楼梯间，并使上部各楼层燃烧起来。外墙上的火焰也逐层向上燃烧。消防队到达现场后仅半个小时，大火就燃到25层。虽然消防局出动了大批登高车、水泵车和其他救险车辆，但消防队员无法达到起火层进行补救。10时30分，1225层的可燃物烧尽之后，火势才开始减弱。 火灾损失 造成179人死亡，300人受伤，经济损失300余万美元 火灾原因 由于空调器电线短路引起。 主要经验教训 焦玛大楼火灾造成惨重的人员伤亡的一个主要原因，是总高度约70m、集办公和车库成一体的综合性高层建筑，从标准层平面看，楼梯和电梯敞开在连接东、西两部分的走道上，是极其错误的。根据高层建筑的火灾规律，楼梯间的作用是保证起火层及起火层以上的人员疏散的安全，阻止起火层的烟、火向其他楼层传播。为此，设计时要采取技术措施，使之成为防烟楼梯间。焦玛大楼火灾失去控制的主要原因，在于消防队员无法到达起火层进行火灾补救。因为建筑设计中，没有设置火灾时能保证消防队员迅速到达起火层的消防电梯。消防电梯可保证发生火灾情况下正常运行而不受到火灾的威胁，电梯厅门外有一个可阻止烟火侵袭的安全地区，即前室，并以此为据点可开展火灾补救。由于设计时没有这样考虑，消防队员到达现场后，只能望火兴叹。焦玛大楼钢筋混凝土结构的高层建筑，但隔墙和前室吊顶使用的木材是可燃物。当初期火灾不能及时扑灭，可燃材料容易失去控制而酿成大灾。可见选材不当所造成的严重后果。这是建筑设计中应该认真吸取的经验教训。火灾时因消防设备不足，缺少消防水源，导致火灾蔓延扩大。焦玛大楼自动和手动火灾报警装置、自动喷水灭火设备，无火灾事故照明和疏散指示标志；虽然没有消防栓给水系统，但未设消防水泵，也无消防水泵接合。2 建筑材料的高温性能 在建筑防火方面，判定建筑材料高温下的性能好坏应考虑以下五个方面： 1.燃烧性能 建筑材料的燃烧性能包括着火性、火焰传播性、燃烧速度和发热量等。 2.力学性能 研究材料在高温性能下，力学性能随温度的变化关系。对于结构材料，在火灾高温作用下保持一定的强度是至关重要的。 3.发烟性能 材料燃烧时会产生大量的烟，它除了对人身造成危害之外，还严重妨碍人员的疏散行动和消防补救工作进行。在许多火灾中，大量死难者并非烧死，而是烟气窒息造成 。 4.毒性性能 在烟气生成的同时，材料燃烧或解热中还产生一定的毒性气体。据统计，建筑火灾中人员死亡80%为烟气中毒而死，因此对材料的潜在毒性必须加以重视。 5.隔热性能在隔绝火灾高温热量方面，材料的导热系数和热容量时两个最为重要的影象因素 。2.1 有机材料有机材料都具有可燃性。由于有机材料在3000C以前会发生碳化、燃烧、熔融变化，因此在热温定性方面一般比无机材料差。有机材料的特点是重量轻，隔热性能好，耐热应力作用，不易发生裂缝核爆炸等。建筑材料中常用的有机材料有木材、塑料等。 2.1.1 木材木材具有重量轻、强度大、导热系数小、容易加工、装饰性耗、取材广泛等优点，因此作为一种重要的建筑材料在建筑工程中得到了广泛应用，木材的明显缺点设容易燃烧，在火灾高温下的性能主要表现为燃烧性能和发烟性能。 为克服木材容易燃烧的缺点，可以通过如下三种方法有效地对木材进行阻燃处理： 1.加压浸注 这种方法是将木材浸在容器内的阻燃剂溶液中，对容器内加压一段时间，将阻燃剂压入木材细胞中。 2.常压浸注 这种方法是在常压、室温或加温约95OC 状态下将木材浸泡在阻燃剂溶液中。 3.表面涂刷在木材表面涂刷一层具有一定防火作用的防火涂料，造成保护性的阻火膜。2.1.2 塑料塑料是一种天然树脂或人工合成树脂为主要原料，加入填充剂、增塑剂、润滑剂和颜料等制成的一种高分子有机物。它具有可塑性好、密度小、耐油浸、防腐性、耐腐性等性能，因此，被广泛用作建筑材料。大部分塑料制品容易着火燃烧，燃烧时温度高、发烟量大、毒性大，给火灾中人员逃生和消防人员扑救火灾带来很大困难。 塑料的燃烧特点： 1.火焰温度高 塑料燃烧时放热量大，火焰温度高。许多塑料着火，其温度比木材在类似情况下着火的温度高。 2.燃烧速度 大多数塑料燃烧速度快。不同的塑料，由于比热。导热系数、燃烧热不同，因而燃烧速度为7.630.5mm/min。 3.发烟量大塑料燃烧时产生大量又浓又黑的烟，远远超过木材燃烧的烟，严重妨碍人员疏散和火灾扑救。2.2 无机材料建筑中使用的无机材料在高温性能方面存在不同的问题是导热、变形、爆裂、强度降低等，这些问题往往时由于高温时的热膨胀收缩不一致引起的。2.2.1 建筑钢材 建筑钢材可分为钢结构用钢材和钢筋混凝土结构用钢筋两类。它是在严格的技术控制下生产的材料，具有强度大、塑性和韧性好、品质均匀、制成的钢结构重量轻等优点。但就防火而言，钢材虽然属于不燃性材料，耐火性能却很差。2.2.2 混凝土 混凝土热容量大，导热系数小，火灾高温下升温慢，时一种耐火性能良好的材料。2.2.3 石材石材是一种耐火性较好的材料。石材在温度超过500OC以后，强度降低较明显，含石英质的石材还发生爆裂。出现这种情况的原因是：石材在火灾高温作用，沿厚度方向存在较大的温度梯度，由于内外膨胀大小不一致而产生内应力，使石材强度降低，甚至使石材破裂。3 建筑耐火设计3.1 概述3.1.1 建筑耐火设计方法 目前，大多数国家的建筑设计防火规范中对建筑结构的耐火设计都采用耐火等级设计方法，我国也不例外。这种耐火设计方法的原理如图31所示。 图31 按标准耐火试验划分耐火等级进行建筑耐火设计原理图 这种设计方法主要包括两部分： （1）按照ISO834标准给定的标准升温曲线，即T-TO=345(8T+1)DE 关系对构建加热，进行耐火试验，确定构件的耐火时间。 （2）按照建筑设计防火规范，确定与建筑物耐火等级相对应的所有构件应具有的耐火时间。 若试验所得的构件耐火事件符合所要求的耐火时间，就认为这个构件满足防火设计要求。这是目前国际上最通用的一种方法，广泛用于对墙、隔断、柱、梁、楼板及屋面等建筑构件的耐火性进行评价和分级。3.1.2 建筑等级的定义和作用耐火等级是衡量建筑物耐火程度的分级标度。规定建筑物的耐火等级是建筑设计防火规范中规定的防火技术措施中最基本的措施之一。 火灾实例说明，耐火等级高的建筑物，发生火灾的次数少，火灾时被火烧坏、倒塌的很少；耐火等级低的建筑，发生火灾概率大，火灾时往往容易被烧坏，造成局部或整体倒塌，火灾损失大。对于不同类型、性质的建筑提出不同的耐火等级要求，可做到既有利于消防安全，又有利于节约基本建设投资。建筑物具有较高的耐火等级，可以起到以下几方面的作用： （1）在建筑物发生火灾时，确保其能在一定的时间内不破坏，不传播火灾，延缓和阻止火势的蔓延。 （2）为人们安全疏散提供必要的疏散时间，保证建筑物内人员安全脱险。建筑物层数越多，疏散到地面的距离就越长，所需疏散时间也越长。为了保证建筑内人员安全疏散，在设计中除了要周密地考虑完善的安全疏散设施外，还要做到承重构件具有足够的耐火能力。 （3）为消防人员补救或在创造有利条件。补救建筑火灾，消防人员大多要进入建筑物内补救。如果其主体结构没有足够的抵抗火烧的能力，在较短时间内发生局部或全部倒塌、破坏，不仅会给消防补救工作造成许多困难，而且还可能造成重大伤亡事故。3.2 建筑构件的耐火性能建筑物是由许多建筑构件组成的，因此建筑物的耐火程度高低，直接决定于这些建筑构件在火灾高温作用下的耐火性能，即建筑构件的燃烧性能和耐火极限。3.2.1 建筑构件的燃烧性能 建筑构件的燃烧性能，反应了建筑构件遇火烧或高温作用时的燃烧特点，它由制成建筑构件的材料的燃烧性能而定。不同燃烧性能建筑材料制成的建筑构件，可分为三类： 1.不燃烧体 用通过国家建筑材料不燃性试验方法（GB 546485）试验合格的材料，即不燃性材料制成的建筑构件称为不燃烧体。 2.难燃烧体 用通过国家标准建筑材料难燃性试验方法（GB 862588）试验合格的材料制成的构建，或用可燃性材料作基层，而用不燃性材料做保护层的构建称为难燃烧体。 3.燃烧体用普通可燃性或易燃性材料制成的建筑构件称为燃烧体。3.2.2 建筑构件的耐火极限建筑构件的耐火极限是划分建筑耐火等级的基础数据，也是进行建筑物构造防火设计和火灾后制定建筑物修复方案的科学依据。 （一）耐火极限定义 建筑构件的耐火等级极限是指在构件在标准耐火试验中，从受到火的作用时起，到失去稳定性或完整性或隔热性止，这段抵抗火作用的时间，一般以小时记。 对构件进行标准耐火极限是通过燃烧试验炉进行的。耐火试验采用明火加热，使试验构架受到与实际火灾相似的火焰作用。为了模拟一般室内火灾的全面发展阶段，试验时，炉火温度随时间推移而上升并按下列关系式控制： T-TO=345log（8t+1） （3.1）式中 t试验经历的时间（min )； T在t 时间时的炉内温度（OC）； TO试验开始时的炉内温度（OC），TO应在540OC范围内。 式（3.1）表示的曲线称为火灾标准升温曲线。 将不同时间代入式（3.1）中，计算得出试验炉升温值见表31。实验炉升温值 表31时间t(min) 炉内温度T-TO(OC)时间t(min)炉内温度T-TO(OC)555690986106501201029157181801090308212401133609253601193 目前，世界上大多数国家都采用火灾标准升温曲线来升温，这就在基本试验条件上趋于一致。 构件的受火条件是：墙壁合隔板、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。 判断构建达到耐火极限的条件有三个，即失去稳定性、失去完整性、失去绝热性。 （二）耐火极限的判定 国家标准建筑构件耐火试验方法（GB 997888）规定，耐火极限的判定分为分隔构件、承重构件以及具有承重、分隔双重作用的承重分割构件。 分割构件，如隔墙、吊顶、门窗等，当构件失去完整性或绝热性时，构件达到其耐火极限。 承重构件，如梁、柱、屋架等，此类构件不具备割断火焰和过量热的功能，所以由失去稳定性单一条件来控制是否达到其耐火极限。 承重分隔构件，如承重墙、楼板、屋面板等，此类构件具有承重分隔双重功能。3.2.3 影响构件耐火极限的因素及提高耐火极限的措施 （一）影响构件耐火极限的因素 前已述及，构建耐火极限的判定条件有三，即稳定性、完整性和绝热性。所有影响构件这三条性能的因素都影响构建的耐火极限。 1.完整性 根据试验结果，凡易发生爆裂、局部破坏穿洞，构件接缝等都可能影响构件的完整性。当构件混凝土含水量较大时，受火时易于发生爆裂，使构件局部穿透，失去完整性。当构件接缝、穿管密封处不严密，或填缝材料不耐火时，构件也易于在这些地方形成穿透性裂缝而失去完整性。 2.绝热性 影响构件绝热性的因素主要有两个：材料的导温系数和构建厚度。材料导温系数越，热量越易于传到背火面，所以绝热性差；反之则好。由于金属的导温系数比混凝土、砖大得多，所以墙体或楼板当有金属管道穿过时，热量会由管道传向背火面而导致失去绝热性。当构件厚度较大时，背火面达到某一温度的时间则长，故其绝热性好。 3.稳定性 凡影响构件高温承载力的因素都影响构件的稳定性。 （1）构件材料的燃烧性能。可燃材料构件由于本身发生燃烧，截面不断削弱，承载力不断降低。当构件自身承载力小于有效荷载作用下的内力时，构件破坏而失去稳定性。 （2）有效荷载量值。所谓有效荷载是指试验时构件所承受的实际重力荷载。有效荷载大时，产生的内力大，构件失去承载力的时间短，所以耐火性差。 （3）钢材品种。不同的钢材，在温度作用下强度降低系数不同。普通低合金钢优于普通碳素钢，普通碳素钢优于冷加工钢，而高强钢丝最差。所以配置16Mn钢的构件稳定性好，而预应力构件稳定性差。 （4）实际材料强度。钢材和混凝土的强度受各种因素影响，是一个随机变量。构件材料实际测定强度高者，耐火性好；反之则差。 （5）截面形状与尺寸。同为矩形截面，当截面周长与截面面积比大者，截面接受热量多，内部温度高，耐火性较差。矩形截面宽度小者，温度易于传入内部，耐火性较差。构件截面尺寸大，热量不易传入内部，其耐火性好。 （6）配筋方式。当截面双层配筋或将大直径钢筋配于中部，小直径钢筋配于角部，则里层或中部钢筋温度低，强度高，耐火性好；反之则差。 （7）表面保护。当构件表面有不燃性材料保护同时，如抹灰、喷涂防火材料等，构件温度低，耐火性好。 （8）之承条件和计算长度。连续梁或框架梁受火后会产生塑性变形出现内力重分布现象，所以耐火性大大优于简支梁。柱子计算长度越大，纵向弯曲作用越明显，耐火性越差。 （二）提高建筑构件耐火极限和改变燃烧性能的方法 建筑构件的耐火极限和燃烧性能，与建筑构件所采用的材料性质、构件尺寸、保护层厚度以及构件的构造做法、支承情况等有着密切的关系。在进行卖货构造设计时，当遇到某些建筑构件的耐火极限和燃烧性能达不到规范的要求时，应采用适当的方法加以解决。常用的方法有： 1.适当增加构件的截面尺寸 建筑构件的截面尺寸越大，其耐火极限越长。此法对提高建筑构件的耐火极限十分有效。 2.对钢筋混凝土构件增加保护层厚度 这是对提高钢筋混凝土构件耐火极限的一种简单而常用的方法，对钢筋混凝土屋架、梁、版、柱都适用。钢筋混凝土构件的耐火性能主要取决于其受力筋高温下的强度变化情况。增加保护层厚度可以延缓和减少火灾高温场所的热量向建筑构件内钢筋的传递，使钢筋温升减慢，强度不至减低过快，从而提高给偶加的耐火能力。 3.在构件表面做耐火保护层 在钢结构表面做耐火保护层的构造做法有： （1）用现浇混凝土做耐火保护层 所使用的材料有混凝土、轻质混凝土及加气混凝土等。这些材料既有不燃性，又有较大的热容量，用做耐火保护层时能使构建的升温减缓。由于混凝土的表层在火灾高温下易于剥落，如能在钢材表面加敷钢丝网，便可进一步提高耐火的性能。 （2）用砂浆或灰胶泥做耐火保护层 所适用的材料一般有砂浆、珍珠岩砂浆或灰胶泥等。 （3）用矿物纤维做耐火保护层其材料有石棉、岩棉和矿渣棉等。3.3 防火涂料和防火板材在建筑防火设计中，经常会碰到预应力钢筋混凝土楼板达不到耐火极限，钢结构达不到耐火极限，有些塑料制品及屋面材料由于具有可燃性，使其使用受到了限制等问题。目前，解决这些问题行之有效的方法是使用防火涂料。防火涂料种类很多，按使用对象和涂层厚度一般可将防火涂料分为饰面型防火涂料和钢结构防火涂料两大类别。3.3.1 饰面型防火涂料饰面型防火涂料具有一定的装饰性和防火性，一般用作可燃基材的保护性材料。这种涂料受火焰高温作用迅速膨胀发泡，形成较为结识和致密的海绵状隔热泡沫层或空心泡沫层，使火焰不能直接作用于可燃基材上，有效地阻止火焰在基材上的传播蔓延，并对基材进行隔热保护从而达到阻止火灾发生和发展的作用。3.3.2 钢结构防火涂料钢结构防火涂料主要用作不燃烧体构件的保护性材料，该类防火涂料涂层较厚，并且有密度小、导热系数低的特性，所以在火焰作用下具有优良的隔热性能，可以使被保护的构件在火焰高温作用下材料强度降低缓慢、不易产生结构形变，从而提高钢结构或预应力混凝土楼板的耐火极限。3.3.3 钢结构用防火板材（一）防火板材的基本要求 对钢结构能起防火保护作用的板材，除了应具有常温状态下的各种良好物理力学性能外，高温下在要求的时间内还应具有以下性能： （1）防火板材一般应为不然材料； （2）在高温下应保持一定强度的尺寸稳定，不产生较大收缩变形； （3）受火时不炸裂、不产生裂纹； （4）应具有优良的隔热性，使被保护基材不致温升过快而受到损害。 （二）防火板材的类型及性能 钢结构用防火板材分二类，一类时密度大、强度高的薄板；一类是密度较小的厚板。 1.防火薄板 这种板特点是密度大，强度高，导热系数较大。 2.防火薄板该板特点时密度小，导热系数小，起厚度可按耐火极限需要确定，大致在2050mm之间。4 钢结构耐火设计4.1 裸露钢结构的耐火性能4.1.1 钢材的高温力学性能 钢材虽然属于不燃烧材料，但在火灾高温作用下，其力学性能和屈服强度、弹性模量等却会随温度升高而降低，在500C左右时，降低幅度更为明显。 1.应力应变曲线 根据试验资料，结构用钢当温度低于3000C时，强度略有增加而塑性降低；当温度高于3000C时，温度降低而塑性增加，同时屈服平台消失，但在拉断前，仍有显著的颈缩现象，所以在设计计算中，一般假定刚才应力应变曲线和常温下的简化曲线相似，如图41所示。 200C 图41 材料高温时曲线y高温 yT 2.有效屈服强度yT 在进行高温时承载力计算时，取钢材的有效屈服强度yT作为材料强度指标。所谓有效屈服强度是指钢材在某一温度水平T时的实际屈服强度或条件屈服强度，它时温度的函数。 4.1.2 构件截面的破坏过程钢构件受火时有效荷载作用下，截面将产生初始应力。遭受火烧后，材料的有效屈服强度随温升而降低。对于受弯构件，在有效荷载作用下，截面上正应力按按三角形分布（弹性状态），如图42（a）所示。当有效屈服强度降低到和2相等时该截面开始屈服；随火烧时间持续，yT进一步降低。由于外荷载持续不变，根据图41假设，构件为维持平衡，必然是由外向内发展塑性，应力图形如图42（b）所示。温度继续升高，强度继续下降，最终结果是全截面屈服，形成塑性铰，应力图形如图42（c）所示。此时，该截面不适于继续承载而宣告破坏。在图42中，三种应力图形虽不同，但抵抗的弯矩值都相同。 2 10 （a)（b）（c） 0 12 图42 受弯构件破坏过程截面应力变化当为轴心受力时，截面上应力均匀分布，当材料有效屈服强度下降到和截面平均应力相等时，构件达到承载力极限状态而破坏。 当为偏心受力时，截面上正应力较大一侧先屈服，另一侧后屈服，进而全截面屈服而破坏。综上所述，由于钢结构由单一材料组成，温度均匀分布，截面呈薄壁状，受火面积大，火灾中升温快，强度降低严重，所以火灾对钢结构的威胁远大于钢筋混凝土结构。一般情况下，裸露钢结构的耐火极限仅15min。4.2 钢结构临界温度的计算4.2.1 构件的临界温度和初始应力所谓构件的临界温度是指当构件在火灾有效荷载作用下遭受火烧而达到承载力极限状态时的温度。临界温度与构件承受的有效荷载的大小、形式、作用位置和构件的界面形式、受力状态、约束条件等有关。 构建的初始应力是指构件在有效荷载和火灾温度共同作用下，达到承载力极限状态时截面上的正应力，用0表示。 构件临界温度为：Ts=750-4500/f通常00/f4.2.2 构件初始应力0的计算1.轴心受力构件 构件在轴心力作用下，截面上应力均匀分布。当截面上平均正应力达到屈服强度时截面屈服，构件达到承载力极限状态。所以，初始应力即构建的平均正应力。当为受拉时 0=N/N (4.1)当为轴心受压时 0=N/A （4.2）式中 N有效荷载作用下的轴心力； A构件截面面积； 轴心受压整体稳定系数，按钢结构设计规范（GBJ 1788）采用。 2.受弯构件 梁上大多铺有楼板，整体稳定可保证，初始应力仅按强度计算。 （1）静定梁 因为静定梁当受力最大的截面屈服时，形成塑性铰，结构变成了机构而达到承载力极限状态。所以，静定梁的初应力可按下式计算 0=Mx/rxWX 式中 Mx有效荷载产生的最大弯矩； WX截面地抗拒； Rx截面塑性发展系数，按钢结构设计规范（GBJ 1788）采用。 （2）一端固定、一端铰支超静定梁 现以图43（a）所示的梁说明其初应力的计算。梁承受不变荷载Q后遭火烧时，支座截面屈服，形成塑性铰。虽然这时该截面达到承载力极限状态，但梁并没有破坏，尚可以简支梁形式继续承载，产生内力重分布现象。此时，梁弯矩分布如图43（b）所示。由于温度继续升高，材料的屈服强度不断降低，所以支座的塑性弯矩M1=rxWXyT也不断降低，产生内力重分布现象跨中弯矩不断增加。最后当跨中截面屈服，出现第二个塑性铰时，梁成为机构而破坏，构件达到承载力极限状态。 QQ LLlL LL M1 22 （a） (b) 图43 一端固定、一端铰支超静定梁内力重分布有平衡条件有 式中 M1支座截面的塑性弯矩； M2跨中截面的塑性弯矩； M0有效荷载作用下按简支