建筑結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計問題研究

郭海明

(贛州振華裝飾工程有限公司)

建筑結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計問題研究

郭海明

(贛州振華裝飾工程有限公司)

高層建筑的火災(zāi)已經(jīng)成為危害人們生命財產(chǎn)安全的主要災(zāi)害之一，僅僅依靠高層建筑內(nèi)部的消防系統(tǒng)是無法完全解決火災(zāi)造成的損失?，F(xiàn)代建筑大多數(shù)是由鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)作為承重結(jié)構(gòu)。這些材料在持續(xù)的高溫作用下，很容易出現(xiàn)變形或溫度變化不均勻等，繼而發(fā)生建筑物坍塌事件。本文主要針對目前我國建筑結(jié)構(gòu)扛活設(shè)計方法的不足討論，探究我國建筑結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計應(yīng)有的發(fā)展方向。

建筑結(jié)構(gòu)；抗火設(shè)計；設(shè)計問題

引言

現(xiàn)代建筑物大部分是采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)的，雖然這兩種材料本身就是熱惰性材料，在火災(zāi)中并不會燃燒。但如果火災(zāi)的溫度過高，熱惰性材料的性質(zhì)也會發(fā)生變化。當(dāng)周圍的溫度達到300℃以上，鋼材的承載力和耐火極限就會出現(xiàn)嚴(yán)重的下降；當(dāng)周圍的溫度達到400℃的時候，混凝土材料就會在截面上出現(xiàn)不均勻溫度場，繼而改變截面的應(yīng)力分布情況[1]。這些都會對建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生致命的破壞。

1.我國建筑結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計方法的不足

1.1 建筑結(jié)構(gòu)抗火等級的劃分不全面

我國目前所使用的建筑結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計方法是依據(jù)建筑物的性質(zhì)、重要性、撲救難度來確定及抗火等級的，然后再考慮建筑建構(gòu)的抗火穩(wěn)定性。這樣的抗火設(shè)計方法全面沒有考慮建筑物的火災(zāi)荷載量的大小所造成的影響，而是過于強調(diào)建筑物失火的可能性。

發(fā)生火災(zāi)時，火災(zāi)荷載較大的建筑物的溫度會在短時間內(nèi)升高，火災(zāi)的燃燒時間也長，如此必然會對建筑結(jié)構(gòu)造成重大的損傷。如果建筑物的火災(zāi)荷載較小，其溫度就不會在短時間升高，燃燒的時間也就縮短，對建筑結(jié)構(gòu)的負面影響自然也就會降低[2]。當(dāng)建筑物的火災(zāi)荷載量大小相等時，火災(zāi)房間的形狀、火災(zāi)與空氣的接觸程度以及火災(zāi)熱量的散發(fā)的不同也會對建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同的作用。

1.2 對于建筑物的抗火極限的計算過于粗糙

建筑物的抗火極限的計算是需要在一定的條件下，根據(jù)有限次數(shù)的抗火實驗的結(jié)果才能得到其抗火極限的正確數(shù)值。但由于影響抗火實驗的結(jié)果因素比較多，因此很難得到一個較為合理且正確的抗火極限數(shù)值。在我國現(xiàn)有的建筑結(jié)構(gòu)的抗火設(shè)計中，對于柱的抗火極限是按照截面尺寸來計算的，忽視了截面的配筋情況、受力狀態(tài)及長度等因素的影響[3]。對于梁的抗火極限也僅僅是從其配筋情況進行計算，沒有考慮到配筋的具體種類與荷載大小、截面的形狀等因素。由于對于抗火極限的計算過于粗糙，在火災(zāi)中出現(xiàn)結(jié)構(gòu)失效導(dǎo)致坍塌或局部失效的情況的幾率自然比較高。

2.關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計的方向

2.1 加大對建筑材料性能、熱傳導(dǎo)及溫度場分布的研究

由于混凝土與鋼材的化學(xué)成分本身就存在很大的差異性，因此在高溫的影響下二者的力學(xué)性能是一定會產(chǎn)生離散性的。因此要對不同的建筑材料進行實驗，以確定其基本的性能和變化情況。盡量選擇即便在高溫下也具有良好性能的建筑材料，以提升建筑結(jié)構(gòu)的抗火性能。通過計算建筑材料的熱傳統(tǒng)及熱度場的分布情況，來確定鋼筋保護層的厚度及選擇建筑表面的防火材料，以提升建筑結(jié)構(gòu)的抗火性能。

2.2 重視對建筑結(jié)構(gòu)在火災(zāi)下的可靠度分析

目前使用概率計算的方式來評估工程建筑結(jié)構(gòu)的安全度已經(jīng)成為工程界內(nèi)最常使用的方式。但該方式是否在火災(zāi)中也同樣使用，還需要進一步的研究。因為當(dāng)火災(zāi)發(fā)生幾率、火災(zāi)的持續(xù)時間、峰值強度及結(jié)構(gòu)所承載的火災(zāi)負載都充滿了不確定性。而一些建筑材料會在高溫條件下出現(xiàn)離散型，進而影響到建筑結(jié)構(gòu)的抗火性能。因此重視建筑結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中的可靠度將是提升建筑結(jié)構(gòu)抗火性能設(shè)計中的一個重要課題。

2.3 做好火災(zāi)后的鑒定與修復(fù)工作

由于經(jīng)濟條件或技術(shù)條件的限制，一些建筑在設(shè)計或施工是往往沒有采取必要的抗火措施，導(dǎo)致在發(fā)生火災(zāi)后出現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)破壞、倒塌的事件。我國對于火災(zāi)后的鑒定與修復(fù)工作的研究還處于起步階段，大多數(shù)建筑在經(jīng)歷火災(zāi)時發(fā)生建筑結(jié)構(gòu)破壞或坍塌后，只能廢棄或重新建筑。這樣無疑加重了火災(zāi)之后的重建工作的經(jīng)濟壓力。在火災(zāi)后對建筑進行修復(fù)加固，并加大對火災(zāi)后重建建筑結(jié)構(gòu)的抗火性能的鑒定，盡可能的提升建筑結(jié)構(gòu)的抗火性能。

2.4 研究并建立建筑結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計計算機模塊

根據(jù)相關(guān)研究可以了解，對特定結(jié)構(gòu)進行火災(zāi)全過程非線性有限元分析在理論上是行的通的，但由于其運算過程非常的繁瑣復(fù)雜，因此并沒有建立有效的計算模型，被廣泛的應(yīng)用。但相關(guān)人員可以以此為基礎(chǔ)，運用先用的結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件，建立一個操作簡單、概念清晰且計算準(zhǔn)確度較高的計算機程序，用于提升建筑結(jié)構(gòu)抗火性能設(shè)計的計算。一旦該計算機模塊被設(shè)計出，將會大大提升建筑結(jié)構(gòu)的抗火性能，提升抗火設(shè)計的有效性和實操性。

結(jié)論

隨著人們對現(xiàn)代建筑的安全性要求越來越高，建筑結(jié)構(gòu)不僅要具備應(yīng)有的消防系統(tǒng)、抗震性能，還有應(yīng)該具備足夠的抗火性能。當(dāng)建筑發(fā)生火災(zāi)時，如果其具備良好的抗火性能，不僅能夠有效的防止火勢的蔓延，為人們疏散、逃離爭取到足夠的時間，還能在火災(zāi)之后對建筑進行再次使用，大大降低了火災(zāi)造成的損失。但目前我國對于建筑結(jié)構(gòu)的抗火性能并沒有一個專業(yè)的、有效的、準(zhǔn)確的設(shè)計方式。對于建筑結(jié)構(gòu)抗火等級的劃分不全面及抗火極限的計算過于粗糙，都導(dǎo)致因火災(zāi)造成的建筑物破壞、坍塌的事件時有發(fā)生。因此，在加大對建筑結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計的理論研究的同時，還要加大對其實驗數(shù)據(jù)的收集，為建立有效的計算機模型提供前提條件。

[1]盧文清,李振華.由典型火災(zāi)論鋼結(jié)構(gòu)建筑防火與抗火設(shè)計[J].山西建筑, 2015,23:19-20.

[2]丁志耀. 鋼結(jié)構(gòu)抗火性能化設(shè)計若干問題分析[J]. 中國科技投資,2012, 26:80.

[3]張玉鎖. 我國現(xiàn)行結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計的問題及對策[J]. 山西建筑,2003,04:6-7.

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