第2章建筑耐火設(shè)計

1、建筑耐火設(shè)計建筑耐火設(shè)計建筑耐火等級的選定 1鋼結(jié)構(gòu)耐火設(shè)計 2 混凝土構(gòu)件的耐火性能 3建筑耐火構(gòu)造 4第第1 1節(jié)節(jié) 建筑耐火等級的選定建筑耐火等級的選定 選定建筑物耐火等級的目的在于使不同用途的建筑物具有與之相適應(yīng)的耐火安全貯備，既利于安全，又節(jié)約投資。確定建筑物的耐火等級時，要受到許多因素的影響，如，要根據(jù)火災(zāi)統(tǒng)計資料分析、建筑物的使用性質(zhì)與重要程度、建筑物的高度和面積、生產(chǎn)和貯存物品的火災(zāi)危險性類別等。返回目錄 火災(zāi)資料統(tǒng)計分析與建筑耐火等級 火災(zāi)統(tǒng)計資料分析：火災(zāi)持續(xù)時間在2h以內(nèi)的占火災(zāi)總數(shù)的90以上；火災(zāi)持續(xù)時間在1.5h以內(nèi)的占總數(shù)的88；在1h以內(nèi)的占80。一級建筑的樓板的

2、耐火極限定為1.5h，二級的定為1h，三級定為0.5h。這樣，80以上的一、二級建筑物不會被燒垮。 樓板的耐火極限確定之后，凡比樓板重要的構(gòu)件，其耐火極限都應(yīng)有相應(yīng)的提高。例如，在二級耐火等級建筑中，支撐樓板的梁比樓板更重要，其耐火極限應(yīng)比樓板高，定為1.5h。柱和承重墻比梁更為重要，定為2.53h，依此類推。 除了建筑構(gòu)件的耐火極限外，其燃燒性能也是耐火等級的決定條件。一級耐火等級的構(gòu)件全是不燃燒體；二級耐火等級的構(gòu)件除吊頂為難燃燒體之外，其余都是不燃燒體；三級耐火等級的構(gòu)件除吊頂和屋頂承重構(gòu)件外，也都是不燃燒體；四級耐火等級的構(gòu)件，除防火墻為不燃燒體外，其余的構(gòu)件按其作用與部位不同，有難燃

3、燒體，也有燃燒體。建筑物的重要性建筑物的重要性 對于功能多、設(shè)備復(fù)雜、性質(zhì)重要、撲救困難的重要建筑，應(yīng)優(yōu)先采用一級耐火等級。包括多功能高層建筑、高級機(jī)關(guān)重要的辦公樓、通信中心大樓、廣播電視大廈、重要的科學(xué)研究樓、圖書檔案樓、重要的旅館及公寓、重要的高層工業(yè)廠房、自動化多層及高層庫房，等等。 建筑物的高度建筑物的高度 我國規(guī)定：一類高層建筑的耐火等級為一級，二類高層建筑的耐火等級不低于二級。 對于高度超過50米的建筑，其耐火等級可以分段考慮，50米一下不低于一級耐火等級，50米以上不低于二級耐火等級使用性質(zhì)與火災(zāi)危險性使用性質(zhì)與火災(zāi)危險性 對于民用建筑來說，醫(yī)院的住院部、外科手術(shù)室等，不僅病人行

4、動不便、疏散困難，而且手術(shù)中的病人也不能轉(zhuǎn)移和疏散。大型公共建筑，使用人數(shù)多，疏散困難，而且建筑空間大，火災(zāi)撲救困難。旅游賓館、飯店等建筑，投宿旅客多，并對疏散通道不夠了解，發(fā)生火災(zāi)時，旅客不易找到疏散出口，因而疏散時間長，易造成傷亡事故，應(yīng)選一、二級耐火等級。 甲、乙類廠房和庫房應(yīng)采用一、二級耐火等級建筑；丙類廠房和庫房不得低于三級耐火等級建筑；丁、戊類廠房和庫房的耐火等級不應(yīng)低于四級。 廠房或庫房如有貴重的機(jī)器設(shè)備、貴重物資時，應(yīng)該采用一級耐火等級的建筑。第2節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)耐火設(shè)計 1.1 1.1 鋼材在高溫下的強(qiáng)度鋼材在高溫下的強(qiáng)度 鋼材的強(qiáng)度是隨溫度的升高而逐漸下降的。當(dāng)溫度小于175時，

5、受熱鋼材強(qiáng)度略有升高，隨后，強(qiáng)度伴隨溫度急劇地下降；當(dāng)溫度為500時，受熱鋼材強(qiáng)度僅為其常溫強(qiáng)度的30；而當(dāng)溫度達(dá)到750時，可認(rèn)為鋼材強(qiáng)度已全部喪失。 1 1 鋼材在高溫下的物理力學(xué)性能鋼材在高溫下的物理力學(xué)性能返回目錄 圖圖2-1 鋼材強(qiáng)度隨溫度變化鋼材強(qiáng)度隨溫度變化 16Mn16Mn、25MnSi25MnSi鋼筋高溫下屈服強(qiáng)度降低系數(shù)鋼筋高溫下屈服強(qiáng)度降低系數(shù) 表表2-12-1溫度（） 鋼材品種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資料； 2、鋼材加熱至400時，屈服平臺消失，表中括號內(nèi)的值系根據(jù) s0.5b 算出的 1.2 彈性模量彈性模量 鋼材的彈性模量隨著溫度升高而連續(xù)地下降。當(dāng)溫度T大于0而小于或等于600，時熱彈性模量ET與普通彈性模量E的比值方程為： (2-1)當(dāng)溫度T大于600小于1000時，方程為： (2-2)C)6000(1100log20000 . 1TTeTEETC)1000600(5 .5369. 0960TTTEET溫度（） 鋼材品種A A3 3、16Mn16Mn、25MnSi25MnSi在高溫下彈性模量降低系數(shù)在高溫下彈性模量降低系數(shù) 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資料1.3 熱膨脹系數(shù)熱膨脹系數(shù) 鋼材在高溫作用下產(chǎn)生膨脹，如圖2-3所示。當(dāng)溫度在0T600時，鋼材的熱膨脹系數(shù)與溫度成正比，鋼材的熱膨脹系數(shù)s可采用如下常數(shù)： (2-3)/(104 . 15Cmms 2 鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)材料鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)材料 2.1 混凝土混凝土混凝土可以延緩金屬構(gòu)件的升溫，而且可承受與其面積和剛度成比例的一部分荷載根據(jù)耐火試驗，耐火性能最佳的粗集料為石灰?guī)r碎

8、石集料；花崗巖、砂巖和硬煤渣集料次之；由石英和燧石顆粒組成的粗集料最差決定混凝土防火能力的主要因素是厚度2.2 石膏石膏 石膏具有較好的耐火性能。當(dāng)其暴露在高溫下時，可釋放出20的結(jié)晶水而被火災(zāi)的熱量所氣化(每蒸發(fā)l kg的水，吸收232.4104J的熱)。所以，火災(zāi)中石膏一直保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)，直至被完全煅燒脫水為止。石膏作為防火材料，既可做成板材，粘貼于鋼構(gòu)件表面；也可制成灰漿，噴涂或手工抹灰到鋼構(gòu)件表面上(圖2-5)。 (1) 石膏板 分普通和加筋的兩類。 (2) 石膏灰漿 既可機(jī)械噴涂，也可手工抹灰。 2.3 礦物纖維礦物纖維 礦物纖維是最有效的輕質(zhì)防火材料，它不燃燒，抗化學(xué)侵蝕，導(dǎo)熱

9、性低，隔音性能好。礦物纖維的原材料為巖石或礦渣，在1371高溫下制成。l 礦物纖維涂料 由無機(jī)纖維、水泥類膠結(jié)料以及少量的摻合料配成l 礦棉板 也可用巖棉板，它有不同的厚度和密度，密度越大，耐火性能越高2.4 膨脹涂料膨脹涂料 膨脹涂料是一種極有發(fā)展前景的防火材料，它極似油漆，直接噴涂于金屬表面，粘結(jié)和硬化與油漆相同。涂料層上可直接噴涂裝飾油漆，不透水，抗機(jī)械破壞性能好，耐火極限可達(dá)2h。鋼結(jié)構(gòu)防火做法鋼結(jié)構(gòu)防火做法 我國幾個鋼結(jié)構(gòu)工程的防火做法我國幾個鋼結(jié)構(gòu)工程的防火做法 表表2-32-3建筑名稱層數(shù)/高度 鋼柱防火層 鋼梁防火層北京香格里拉飯店26/82.75m鋼柱包裹在SRC柱內(nèi)，無需防

10、火層。位于平頂以內(nèi)的鋼梁噴涂巖棉，厚4.5cm，處在乎頂以下鋼梁粘貼石膏防火板，厚4cm。上海靜安-希爾頓飯店43/143.62m公共服務(wù)層、設(shè)備層和避難層鋼柱用少筋混凝土現(xiàn)澆層，厚65mm；標(biāo)房層壁柜內(nèi)鋼柱噴涂蛭石水泥灰漿厚20mm，耐火極限為2h。吊頂以內(nèi)鋼梁以及設(shè)備和避難層鋼梁噴涂蛭石水泥灰漿，厚20mm，耐火極限為2h；標(biāo)準(zhǔn)客房層客房內(nèi)外露的鋼柱、鋼梁部分粘貼礦棉石膏板，厚20mm。北京長富宮飯店25/94m鋼結(jié)構(gòu)耐火等級要求為一級，防火采用國產(chǎn)STIA型蛭石水泥灰漿噴涂防火涂料，厚度35mm，干料密度為460kg/m3，噴涂前清理構(gòu)件表面油污、浮銹、塵土、刷防銹漆包扎鋼絲網(wǎng)，與其構(gòu)件

11、表面的間隙為520mm，鋼絲網(wǎng)網(wǎng)格10mm25mm，鋼絲直徑0.8mm。 鋼結(jié)構(gòu)柱、梁、桁架通常采用的防火保護(hù)層鋼結(jié)構(gòu)柱、梁、桁架通常采用的防火保護(hù)層 表表2-4 2-4 鋼柱實腹鋼梁鋼桁架施工法現(xiàn)場施工工廠預(yù)制澆灌噴涂（射）板材異形板氈子形狀工字型工字型或箱型箱型材料石膏混凝土*噴射混凝土蛭石灰漿*礦物纖維灰漿*珍珠巖灰漿蛭石珍珠巖灰漿石膏板灰泥板石棉硅酸鹽板*纖維硅酸鹽板蛭石水泥板石棉硅酸鈣板石膏件珍珠巖石膏件硅酸鈣件礦物纖維氈 注：很適用；比較適用；帶*者為經(jīng)常采用的材料。3.1 3.1 現(xiàn)澆法現(xiàn)澆法 現(xiàn)澆法一般用普通混凝土、輕質(zhì)混凝土或加氣混凝土，是最可靠的鋼結(jié)構(gòu)防火方法3.2 3.2

12、 噴涂法噴涂法 噴涂法是目前鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)使用最多的方法，可分為直接噴涂和先在工字型鋼構(gòu)件上焊接鋼絲網(wǎng)，而將防火保護(hù)材料噴涂在鋼絲網(wǎng)上，形成中空層的方法，噴涂材料一般用巖棉、礦棉等絕熱性材料3.3 粘貼法(圖2-7) 先將石棉硅酸鈣、礦棉、輕質(zhì)石膏等防火保護(hù)材料預(yù)制成板材，用粘結(jié)劑粘貼在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件上，當(dāng)構(gòu)件的結(jié)合部有螺栓、鉚釘?shù)炔黄秸麜r，可先在螺栓、鉚釘?shù)雀浇硥|襯板材，然后將保護(hù)板材再粘到在墊襯板材上。圖2-7 粘貼法圖示3.4 吊頂法吊頂法 用輕質(zhì)、薄型、耐火的材料，制作吊頂，使吊頂具有防火性能，而省去鋼桁架、鋼網(wǎng)架、鋼屋面等的防火保護(hù)層。圖2-8 吊頂法圖示 3.5 組合法組合法 (圖2

13、-9、圖2-10)用兩種以上的防火保護(hù)材料組合成的防火方法圖2-9 鋼柱的組合法防火保護(hù)圖 圖2-10 鋼梁的組合法防火保護(hù) 第第3 3節(jié)節(jié) 混凝土構(gòu)件的耐火性能混凝土構(gòu)件的耐火性能1 1 混凝土在高溫下的抗壓強(qiáng)度混凝土在高溫下的抗壓強(qiáng)度 混凝土在火災(zāi)高溫作用下基本的變化規(guī)律是：混凝土在熱作用下，受壓強(qiáng)度隨溫度的上升而基本上呈直線下降。當(dāng)溫度達(dá)600時，混凝土的抗壓強(qiáng)度僅是常溫下強(qiáng)度45；而當(dāng)溫度上升到1000時，強(qiáng)度值變?yōu)榱??；炷猎诘陀?00時，對強(qiáng)度的影響不大，相當(dāng)一部分試驗中，出現(xiàn)了在300以前混凝土的抗壓強(qiáng)度高于常溫強(qiáng)度的現(xiàn)象(圖2-12)。返回目錄 圖2-11 混凝土受熱溫度、時間

14、 與強(qiáng)度的變化 圖2-12 混凝土抗壓強(qiáng)度 隨溫度的變化 2 混凝土的抗拉強(qiáng)度混凝土的抗拉強(qiáng)度 混凝土抗拉強(qiáng)度在50到600之間的下降規(guī)律基本上可用一直線表示，當(dāng)溫度達(dá)到600時，混凝土的抗拉強(qiáng)度為0。與抗壓相比，抗拉強(qiáng)度對溫度的敏感度更高。圖2-13 混凝土抗壓強(qiáng)度隨溫度的變化3 彈性模量的變化彈性模量的變化 在50的溫度范圍內(nèi)，混凝土的彈性模量基本沒有下降，之后到200之間混凝土彈性模量下降最為明顯。200400之間下降速度減緩，而400600時變化幅度已經(jīng)很小，可這時的彈性模量也基本上接近0。圖2-14 混凝土的彈性模量隨溫度的變化 4 保護(hù)層厚度對鋼筋混凝土構(gòu)保護(hù)層厚度對鋼筋混凝土構(gòu)件

15、耐火性能的影響件耐火性能的影響 沿混凝土深度其內(nèi)部溫度將由表及里呈遞減狀態(tài)。由圖可見，適當(dāng)加大受拉區(qū)混凝土保護(hù)層的厚度，是降低鋼筋溫度、提高構(gòu)件耐火性能的重要措施之一。圖2-15 混凝土保護(hù)層厚度、受火時間 與內(nèi)部溫度的關(guān)系 建筑構(gòu)件的耐火極限與構(gòu)件的材料性能、構(gòu)件尺寸、保護(hù)層厚度、構(gòu)件在結(jié)構(gòu)中的連接方式等有著密切的關(guān)系。圖2-16表明磚墻、鋼筋混凝土墻的耐火極限基本上是與其厚度成正比增加的。圖2-17表明，鋼筋混凝土梁的耐火極限是隨著其主筋保護(hù)層厚度成正比增加的。樓板耐火極限隨著保護(hù)層厚度的增加而增加，隨著荷載的增加而減小，并且支撐條件不同時，耐火極限也不相同。其基本規(guī)律是，四面簡支現(xiàn)澆板非

16、預(yù)應(yīng)力板預(yù)應(yīng)力板。圖2-16 墻體厚度與耐火極限 圖2-17 梁的主筋保護(hù)層厚度與耐火極限 三種板的耐火極限比較三種板的耐火極限比較 表表2-5 受力主筋溫度與保護(hù)層厚度的關(guān)系，如表2-6所示火災(zāi)溫度作用下梁內(nèi)主筋溫度與保護(hù)層厚度的關(guān)系火災(zāi)溫度作用下梁內(nèi)主筋溫度與保護(hù)層厚度的關(guān)系 表表2-6 5 高溫時鋼筋混凝土的破壞高溫時鋼筋混凝土的破壞 當(dāng)鋼筋混凝土受到高溫時，鋼筋與混凝土的粘結(jié)力要隨著溫度的升高而降低。混凝土在300400時強(qiáng)度下降，最終導(dǎo)致鋼筋混凝土完全失去承載能力而破壞。第第4節(jié)節(jié) 建筑耐火構(gòu)造建筑耐火構(gòu)造1 玻璃幕墻防火設(shè)計玻璃幕墻防火設(shè)計 為了阻止火災(zāi)時幕墻與樓板、隔墻之間的洞隙

17、蔓延火災(zāi)，幕墻與每層樓板交界處的水平縫隙和隔墻處的垂直縫隙，應(yīng)該用不燃燒材料嚴(yán)密填實。 窗間墻、窗檻墻的填充材料應(yīng)采用不燃燒材料，以阻止火災(zāi)通過幕墻與墻體之間的空隙蔓延。 圖2-18 玻璃幕墻的防火構(gòu)造 返回目錄 對于無窗間墻和窗檻墻的玻璃幕墻，應(yīng)在樓板外沿設(shè)置耐火極限不低于1h、高度不低于0.8m的不燃燒實體裙墻，如圖2-19所示。圖2-19 玻璃幕墻的防火構(gòu)造之二 2 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土樓板耐火構(gòu)造預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土樓板耐火構(gòu)造2.1 增加預(yù)應(yīng)力樓板保護(hù)層的厚度2.2 使用預(yù)應(yīng)力混凝土樓板防火涂料3 隔墻的耐火構(gòu)造隔墻的耐火構(gòu)造 加氣混凝土構(gòu)件的耐火極限加氣混凝土構(gòu)件的耐火極限 表表2-72-7構(gòu)件名稱規(guī)格(cm)結(jié)構(gòu)厚度(cm)耐火