1、建筑耐火設計建筑耐火設計建筑耐火等級的選定 1鋼結構耐火設計 2 混凝土構件的耐火性能 3建筑耐火構造 4第第1 1節節 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的耐火安全貯備，既利于安全，又節約投資。確定建筑物的耐火等級時，要受到許多因素的影響，如，要根據火災統計資料分析、建筑物的使用性質與重要程度、建筑物的高度和面積、生產和貯存物品的火災危險性類別等。返回目錄 火災資料統計分析與建筑耐火等級 火災統計資料分析：火災持續時間在2h以內的占火災總數的90以上；火災持續時間在1.5h以內的占總數的88；在1h以內的占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，凡比樓板重要的構件，其耐火極限都應有相應的提高。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。一級耐火等級的構件全是不燃燒體；二級耐火等級的構件除吊頂為難燃燒體之外，其余都是不燃燒體；三級耐火等級的構件除吊頂和屋頂承重構件外，也都是不燃燒體；四級耐火等級的構件，除防火墻為不燃燒體外，其余的構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、設備復雜、性質重要、撲救困難的重要建筑，應優先采用一級耐火等級。包括多功能高層建筑、高級機關重要的辦公樓、通信中心大樓、廣播電視大廈、重要的科學研究樓、圖書檔案樓、重要的旅館及公寓、重要的高層工業廠房、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與火災危險性使用性質與火災危險性 對于民用建筑來說，醫院的住院部、外科手術室等，不僅病人行

4、動不便、疏散困難，而且手術中的病人也不能轉移和疏散。大型公共建筑，使用人數多，疏散困難，而且建筑空間大，火災撲救困難。旅游賓館、飯店等建筑，投宿旅客多，并對疏散通道不夠了解，發生火災時，旅客不易找到疏散出口，因而疏散時間長，易造成傷亡事故，應選一、二級耐火等級。 甲、乙類廠房和庫房應采用一、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低于四級。 廠房或庫房如有貴重的機器設備、貴重物資時，應該采用一級耐火等級的建筑。第2節 鋼結構耐火設計 1.1 1.1 鋼材在高溫下的強度鋼材在高溫下的強度 鋼材的強度是隨溫度的升高而逐漸下降的。當溫度小于175時，

5、受熱鋼材強度略有升高，隨后，強度伴隨溫度急劇地下降；當溫度為500時，受熱鋼材強度僅為其常溫強度的30；而當溫度達到750時，可認為鋼材強度已全部喪失。 1 1 鋼材在高溫下的物理力學性能鋼材在高溫下的物理力學性能返回目錄 圖圖2-1 鋼材強度隨溫度變化鋼材強度隨溫度變化 16Mn16Mn、25MnSi25MnSi鋼筋高溫下屈服強度降低系數鋼筋高溫下屈服強度降低系數 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，表中括號內的值系根據 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地下降。當溫度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在高溫下彈性模量降低系數 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 熱膨脹系數熱膨脹系數 鋼材在高溫作用下產生膨脹，如圖2-3所示。當溫度在0T600時，鋼材的熱膨脹系數與溫度成正比，鋼材的熱膨脹系數s可采用如下常數： (2-3)/(104 . 15Cmms 2 鋼結構防火保護材料鋼結構防火保護材料 2.1 混凝土混凝土混凝土可以延緩金屬構件的升溫，而且可承受與其面積和剛度成比例的一部分荷載根據耐火試驗，耐火性能最佳的粗集料為石灰巖碎

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。當其暴露在高溫下時，可釋放出20的結晶水而被火災的熱量所氣化(每蒸發l kg的水，吸收232.4104J的熱)。所以，火災中石膏一直保持相對穩定的狀態，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，粘貼于鋼構件表面；也可制成灰漿，噴涂或手工抹灰到鋼構件表面上(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防火材料，它不燃燒，抗化學侵蝕，導熱

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 由無機纖維、水泥類膠結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展前景的防火材料，它極似油漆，直接噴涂于金屬表面，粘結和硬化與油漆相同。涂料層上可直接噴涂裝飾油漆，不透水，抗機械破壞性能好，耐火極限可達2h。鋼結構防火做法鋼結構防火做法 我國幾個鋼結構工程的防火做法我國幾個鋼結構工程的防火做法 表表2-32-3建筑名稱層數/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，無需防

10、火層。位于平頂以內的鋼梁噴涂巖棉，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公共服務層、設備層和避難層鋼柱用少筋混凝土現澆層，厚65mm；標房層壁柜內鋼柱噴涂蛭石水泥灰漿厚20mm，耐火極限為2h。吊頂以內鋼梁以及設備和避難層鋼梁噴涂蛭石水泥灰漿，厚20mm，耐火極限為2h；標準客房層客房內外露的鋼柱、鋼梁部分粘貼礦棉石膏板，厚20mm。北京長富宮飯店25/94m鋼結構耐火等級要求為一級，防火采用國產STIA型蛭石水泥灰漿噴涂防火涂料，厚度35mm，干料密度為460kg/m3，噴涂前清理構件表面油污、浮銹、塵土、刷防銹漆包扎鋼絲網，與其構件

11、表面的間隙為520mm，鋼絲網網格10mm25mm，鋼絲直徑0.8mm。 鋼結構柱、梁、桁架通常采用的防火保護層鋼結構柱、梁、桁架通常采用的防火保護層 表表2-4 2-4 鋼柱實腹鋼梁鋼桁架施工法現場施工工廠預制澆灌噴涂（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*者為經常采用的材料。3.1 3.1 現澆法現澆法 現澆法一般用普通混凝土、輕質混凝土或加氣混凝土，是最可靠的鋼結構防火方法3.2 3.2

12、 噴涂法噴涂法 噴涂法是目前鋼結構防火保護使用最多的方法，可分為直接噴涂和先在工字型鋼構件上焊接鋼絲網，而將防火保護材料噴涂在鋼絲網上，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、輕質石膏等防火保護材料預制成板材，用粘結劑粘貼在鋼結構構件上，當構件的結合部有螺栓、鉚釘等不平整時，可先在螺栓、鉚釘等附近粘墊襯板材，然后將保護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、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、鋼網架、鋼屋面等的防火保護層。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材料組合成的防火方法圖2-9 鋼柱的組合法防火保護圖 圖2-10 鋼梁的組合法防火保護 第第3 3節節 混凝土構件的耐火性能混凝土構件的耐火性能1 1 混凝土在高溫下的抗壓強度混凝土在高溫下的抗壓強度 混凝土在火災高溫作用下基本的變化規律是：混凝土在熱作用下，受壓強度隨溫度的上升而基本上呈直線下降。當溫度達600時，混凝土的抗壓強度僅是常溫下強度45；而當溫度上升到1000時，強度值變為零。混凝土在低于300時，對強度的影響不大，相當一部分試驗中，出現了在300以前混凝土的抗壓強度高于常溫強度的現象(圖2-12)。返回目錄 圖2-11 混凝土受熱溫度、時間

14、 與強度的變化 圖2-12 混凝土抗壓強度 隨溫度的變化 2 混凝土的抗拉強度混凝土的抗拉強度 混凝土抗拉強度在50到600之間的下降規律基本上可用一直線表示，當溫度達到600時，混凝土的抗拉強度為0。與抗壓相比，抗拉強度對溫度的敏感度更高。圖2-13 混凝土抗壓強度隨溫度的變化3 彈性模量的變化彈性模量的變化 在50的溫度范圍內，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 保護層厚度對鋼筋混凝土構保護層厚度對鋼筋混凝土構件

15、耐火性能的影響件耐火性能的影響 沿混凝土深度其內部溫度將由表及里呈遞減狀態。由圖可見，適當加大受拉區混凝土保護層的厚度，是降低鋼筋溫度、提高構件耐火性能的重要措施之一。圖2-15 混凝土保護層厚度、受火時間 與內部溫度的關系 建筑構件的耐火極限與構件的材料性能、構件尺寸、保護層厚度、構件在結構中的連接方式等有著密切的關系。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層厚度成正比增加的。樓板耐火極限隨著保護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。其基本規律是，四面簡支現澆板非

16、預應力板預應力板。圖2-16 墻體厚度與耐火極限 圖2-17 梁的主筋保護層厚度與耐火極限 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層厚度的關系，如表2-6所示火災溫度作用下梁內主筋溫度與保護層厚度的關系火災溫度作用下梁內主筋溫度與保護層厚度的關系 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 當鋼筋混凝土受到高溫時，鋼筋與混凝土的粘結力要隨著溫度的升高而降低。混凝土在300400時強度下降，最終導致鋼筋混凝土完全失去承載能力而破壞。第第4節節 建筑耐火構造建筑耐火構造1 玻璃幕墻防火設計玻璃幕墻防火設計 為了阻止火災時幕墻與樓板、隔墻之間的洞隙

17、蔓延火災，幕墻與每層樓板交界處的水平縫隙和隔墻處的垂直縫隙，應該用不燃燒材料嚴密填實。 窗間墻、窗檻墻的填充材料應采用不燃燒材料，以阻止火災通過幕墻與墻體之間的空隙蔓延。 圖2-18 玻璃幕墻的防火構造 返回目錄 對于無窗間墻和窗檻墻的玻璃幕墻，應在樓板外沿設置耐火極限不低于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 玻璃幕墻的防火構造之二 2 預應力鋼筋混凝土樓板耐火構造預應力鋼筋混凝土樓板耐火構造2.1 增加預應力樓板保護層的厚度2.2 使用預應力混凝土樓板防火涂料3 隔墻的耐火構造隔墻的耐火構造 加氣混凝土構件的耐火極限加氣混凝土構件的耐火極限 表表2-72-7構件名稱規格(cm)結構厚度(cm)耐火