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来源：职称驿站所属分类：建筑设计论文 发布时间：2012-10-15浏览：30次
摘要：火灾是建筑物较为常见的意外侵害之一，严重地威胁着人民的生命财产安全。因此，建筑的耐火设计就成了建筑设计的重中之重。文章将就建筑结构的耐火设计进行探究。
关键词：建筑结构；防火；设计
通常情况下，建筑防火设计主要包括结构耐火设计、防火分区设计、安全疏散设计、建筑灭火系统，火灾自动报警系统、装修防火设计等。而结构耐火设计主要是为了保证结构的稳定性，确保建筑不会因为火灾发生后，建筑结构能保持整体的稳定性，而不会整体倒塌，这样才能为人员的疏散争取到时间，为消防人员扑救火灾创造条件，同时也为灾后修复提供可能的条件。
一、建筑结构的耐火性能
一般来说，判定建筑材料高温性能的指标有5个：燃烧性能、力学性能、发烟性能、毒气性和隔热性能。而燃烧性能和耐火极限，则是衡量结构构件耐火性能的两个指标。
（一）构件的燃烧性能
构件的燃烧性能反映了遇火烧或高温作用时的燃烧特点，它是由结构构件材料的燃烧性能决定的。
经过标准燃烧试验确定，不同结构材料的燃烧性能可以分为不燃烧体、难燃烧体和燃烧体这三类。在空气中受到火烧或高温作用时，不起火、不微燃、不碳化，可以称为不燃烧体。在空气中受到火烧或高温作用时，难起火、难微燃、难碳化，而当移走火源后，停止燃烧的，称为难燃烧体。燃烧体则是指，在明火或高温作用下，能够立即燃烧，而且即使是移走火源，其仍能继续燃烧或微燃。
（二）耐火极限
在标准耐火试验中，从构件受到火的作用起，到失去稳定性或完整性或绝热性为止的时间，称为结构构件的耐火极限，其实以h计算的。
通过燃烧试验炉进行，以明火加热测定为方式，是测定构件的耐火极限的方法。影响构件的耐火时间的因素，主要是其材料本身性能，但同时还与升温过程、受火条件等因素有关。所以，如果要确定耐火极限，还必须要考虑到失去稳定性、完整性和绝热性的判别条件。标准的耐火试验，都是采用火灾标准升温曲线，炉内温度随时间的变化由下式控制：
（式中：t——试验经历的时间(min)；T——在2时间的炉内温度(℃)；T——试验开始时的炉内温度，应控制在5—40℃）
这测试中，为了准确的模拟火灾发生时结构构件的实际受火状态，必须根据不同的部位的构件，进行有差异的，有针对性的受火条件设置：墙：一面受火；楼板：下面受火；梁：两侧和底面共三面受火；柱：所有垂直面受火。
构件在试验中失去支撑能力或抗变形，是判别构件达到耐火极限的标准。如果在试验过程中，出现坍塌，则表明已丧失承载能力，判定梁或板是否失去抗变形能力的标准是，在试件的最大挠度是否已经超过跨度的1／20；而对于柱子而言，当试件的轴向变形速率超过3H(mm／min)，那就说明试件已经失去了抗变形能力，其中／H／是试件在试验炉内的受火高度，以m计。
失去完整性，指的是在构件一面受火作用的情况下，产生穿透性裂缝或穿火孔隙，导致背火面可燃物发生燃烧，进而导致使构件失去阻止火焰和高温气体穿透，或者是丧失阻止其背火面出现火焰的性能。
失去绝热性，指的是构件失去隔绝过量热传导的性能。在试验中一般是以背火面测点平均温度超过初始温度140℃，或背火面任一测点温度超过初始温度180℃为标志。
因为隔墙，吊顶、门窗等分隔构件不承重，所以往往是以完整性和绝热性作为判别依据；而因为梁，柱屋架等承重构件，不具备隔断火焰和过量热的功能，所以应该以稳定性作为判别依据；而对于承重墙，楼板等承重分隔构件，就必须要以稳定性、完整性和绝热性，这三个控制条件作为判别依据。
二、提高耐火极限的措施
为了保证建筑的安全使用，在设计防火设施时，必须要尽可能的提高结构构件耐火极限。主要的方法可以分为两大类：设计构造和防护层。
在建筑结构耐火设计时，适当增加构件的截面尺寸，是提高构件耐火极限的有效方法。而，在处理混凝土构件时，合理的增加保护层厚度，也是一种非常简便、有效的措施。因为钢筋的强度变化，是决定混凝土构件的耐火性能的标准。基本原理是：通过增加保护层厚度，能够有效的延缓热量向内部钢筋的传递速度，这样可以很好的防止钢筋强度下降的速度，这样就教好的提高了构件的耐火能力。
此外，有效的改善结构的细部构造，也可以很好的提高耐火性能。如增加构件的约束可以减少挠曲；加强易受高温影响的部位，或者尽量避免；增加钢筋的锚固长度和改变锚固方式，比如将直线锚固改为吊钩、弯钩或机械锚固；处理好构件之间的接缝，避免穿透性缝隙。
通常情况下，构件的防护层有三类：耐火保护层、耐火吊顶和防火涂料。实践表明，钢构件的耐火性能很低，如果不加其他保护措施，钢构件的耐火极限一般仅为0．25h，这无疑是不能满足防火设计要求的，所以钢结构往往需要做防护层。对于像网架、屋架一类的钢构件，通过防火吊顶，可以使钢构件的升温大大延缓。
使用防火涂料，可以利用其在火焰高温作用下能迅速膨胀发泡，形成较为结实和致密的海绵状隔热泡沫层或空心泡沫层的特点，将火焰与基材相隔离，可以有效的阻止火焰在基材上的传播和蔓延，进而可以阻止火灾的扩大。
从种类上看，防火涂料的种类多种多样，从涂层厚度的角度上看，可以分为薄涂型和厚涂型。薄涂型厚度在2—7mm，用于钢构件时，耐火极限可以达到0.5-1.5h；厚涂型厚度在8—50mm，耐火极限可以达到0.5—3.0h。
三、耐火设计
当前，我国建筑结构的耐火设计方法，主要是根据建筑设计防火规范，来确定与建筑物耐火等级相对应的，所有结构构件应该具有的耐火时间，在时间限制上，一般会要求所设计的结构构件的耐火极限，大于其应具有的耐火时间。
在建筑物的耐火等级分类上，可以分为4个等级，即建筑物的重要性、火灾的危险性、建筑物高度、火灾荷载因素。
建筑物的重要性。建筑的重要与否决定了，火灾所造成的经济、政治和社会等各方面影响的大小，而这是确定建筑物耐火等级的重要因素。比如说生命线工程、重要文物、资料的存放场所等，如果发生火灾带来的后果是不可弥补的，所以在等级的确定上应该高一些。
火灾危险性越大，就意味着火灾发生频率较高。从分类上看，如果在工业建筑中，存放易燃，易爆物品的建筑物，就意味着火灾的危害大；而在民用建筑中，一般住宅的火灾危险性通常是较小的，但是人员密集的大型公共建筑的危险性就很大。
在进行防火设计时，一般用火灾荷载，来衡量建筑物室内所容纳可燃物数量的多少。从可燃物的分类上看，建筑物内的可燃物分为两种：固定可燃物和容载可燃物。前者指墙壁，楼板等结构材料，以及装修材料所使用的可燃物和固定家具采用的可燃物；后者指室内存放的可燃物。
可燃物的种类很多，所以必须要统一的衡量标准，就是把各种可燃物，按照燃烧热量换算成等效发热量的木材。火灾荷载就是火灾范围内单位地板面积的等效可然物木材的重量，通常用q表示。火灾荷载的单位与一般重力荷载相同。
在使用上，一般用火灾荷载密度来衡量其大小。火灾荷载的密度定义为房间中所有可燃物完全燃烧忻产生的总热量与房间的特征参考面积之比。房间的特征参考面积可采用地板面积或室内居长面积。当采用地板面积时，火灾荷载密度与火灾荷载有以下关系：qF=qHo（Ho——单位重量木材的发热量；qF火灾荷载密度）
可见，荷载越大，建筑在遭遇火灾时，其持续燃烧的时间越长，火场的温度就越高，对建筑物的破坏作用当然也就越严重。
四、结束语
总之，在建筑设计阶段，设计人员必须针对各种可能出现的火灾隐患，结合建筑工程的实际状况，在设计时采用先进的理念，采用实用的设计方案，确保建筑结构的耐火限度达到相关的标准。
参考文献：
[1]李昀晖.钢筋混凝土梁高温极限承载力计算及抗火设计方法研究[D].中南大学.2007年
[2]杨冰.空间网架和混凝土无梁楼盖大跨度结构施工研究[D].天津大学.2003年
[3]龚世康.简支连续小箱梁桥施工质量控制与影响因素分析[D].浙江大学.2007年
《对建筑结构的耐火设计的探究》
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文章名称： 对建筑结构的耐火设计的探究
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