浅谈建筑结构抗火性能研究现状

刘敬涛 郭文杨

（1.盘锦经济开发区建设工程服务中心 辽宁 盘锦 123000；2.盘锦市建设工程招标投标管理办公室 辽宁 盘锦 123000）

0 引言

火灾的定义是火在时间和空间上失去控制而形成的灾害，随着人类经济的发展，城市的建设，火灾发生频度已经高居各个灾害之首，而其中建筑火灾就约占所有火灾中的80%。震惊世界的美国“9.11”事件使纽约市标志性建筑“世贸中心”毁之一炬并造成重大人员伤亡；1994年的新疆克拉玛依大火，使288名中小学生和37名干部教师遇难，给无数家庭造成了难以忘却的伤痛。全世界每年因火灾产生的直接和间接经济损失约为2000亿美元，近年来，我国建筑物火灾发生的次数也逐年递增，不仅直接造成了巨大的人员和财产损失，火灾造成的间接经济损失约为直接经济损失的3倍以上。

减少火灾的损失，从本质上来说，应该是以防为主，但是随着国民经济的高速发展与城镇人口的日趋集中，人们物质生活水平逐步提高，人口密度逐步增大，高层建筑物越来越多，装修也越来越高档，这中间采用了大量的可燃材料，增大了火荷载密度，使建筑物火灾的发生概率和危险性进一步增加，面对愈发不可收拾的建筑物火灾，我们应该努力做好防范措施。

1 建筑物结构抗火性能

目前，主流的建筑结构是钢筋混凝土结构，也有部分建筑是使用其他类型的结构，如木制结构，钢架结构等等，本文主要从钢筋混凝土结构的抗火性能来进行阐述。

钢筋混凝土结构抗火研究的目的有两方面：

1.1 制定一套合理、方便、实用的结构抗火设计方法，确保结构在火灾的一定期限内具有足够的承载力，以便组织人员撤离，消防人员灭火等工作的进行；

1.2 对火灾后结构的损伤程度作科学、准确的评价，并据此制定受损结构的修复和加固方案，确保火灾后经修复结构的安全性，最大限度地发挥经济效益。

2 火灾中钢筋混凝土结构性能分析

依据目前的研究状况，钢筋混凝土结构的抗火性能与常温下性能相比还是有很大的差异。有如下些特点：

2.1 其内部温度场不均匀；混凝土的热传导系数很小，结构受火后表面温度迅速升高，而截面内部的温度增长缓慢，形成不均匀的温度场，表层的温度变化梯度最大。而且，温度场随着火灾时间的延续也会发生不断的变化，并对结构的内力、变形和承载力等将产生很大的影响。

2.2 材料性能的严重恶化；高温下，混凝土钢筋的强度值和弹性模量减小，出现变形，混凝土也会出现外观损伤，而且随着温度的省道而加剧。

2.3 应力应变关系与温度和时间的耦合作用效应；与常温时相比，高温时结构的温度和持续时间对于材料的性能有较大影响，因此，必须研究应力应变与温度和时间之间的耦合作用效应，才能较为准确的分析结构的高温性能。

2.4 构件截面应力和结构内力的重分布；构件截面的不均匀温度场必定产生不等的温度变形和截面应力重分布。超静定结构的高温区部分因为温度变形受到支座和节点的约束，以及相邻的非高温构件的约束，必产生内力(弯矩、剪力、轴力)重分布：而且随着温度的变化和时间的延续，会形成一个连续的力重分布过程，最终出现与常温结构不同的破坏机构和形态，从而影响了构件的高温极限承载力。

2.5 破坏的过程与形态；与常温相比，高温状态下的钢筋混凝土结构变形会因变形突然变大而遭到破坏，过程较短，破坏后构件也会有很大的残余变形。

3 钢筋混凝土结构抗火研究展望

就目前来说，钢筋混凝土结构抗火研究趋势为：研究方法由破坏性试验方法向结构分析方法转变，研究对象由单一构件想组合结构过渡等等，而对于其抗火性能的研究需要进一步深入的问题是：

3.1 火灾荷载的调查统计研究；火灾荷载的分布和大小决定了火灾的严重性，也是影响火灾现场环境温度的重要因素之一，因此，火灾荷载调查统计研究是钢筋混凝土结构抗火研究的基础。

3.2 钢筋混凝土结构火灾反应分析中混凝土本构模型的研究；混凝土在高温、多轴受力状态下的本构模型是准确计算钢筋混凝土结构火灾反应的基础。

3.3 钢筋混凝土结构火灾计算机模拟技术的研究。随着计算机技术的日益成熟，利用火灾计算机模拟技术来研究结构抗火已成为一个趋势。但是由于火灾计算机模拟技术涉及到结构工程，火灾科学，消防工程，计算机科学等多学科知识，目前世界范围内还没有通用的活在计算机模拟软件进行结构抗火性能的研究，因此在计算机模拟方面有很大的扩展空间。

3.4 钢筋混凝土结构灾后修复加固方案的研究；对火灾中并未失效或倒塌的结构进行加固修复后继续使用，可发挥巨大的经济效益，这方面的研究工作很多，包括建立和完善混凝土结构加固修护技术和质量标准体系，开发各种结构加固软件，研究新型加固材料和方法等。

3.5 地震与火灾共同作用下结构反应性能的研究；建筑火灾也常出现在地震后，在其共同作用下，建筑结构的变化更加复杂和难以预测，目前对地震火灾方面的研究主要集中在分析建筑结构在地震破坏状态下的火灾发生概率，地震火灾蔓延的模拟，以及建筑火灾危险性评估等方面。但如何进行火灾和地震共同作用下结构反应的分析，目前国内外尚无人涉及此研究领域。

4 结语

随着城市化建设的加快，以及建筑高层化、大规模化及复合化的发展，建筑火灾也呈上升趋势，而对建筑结构的抗火性能的研究也成为一个热点，钢筋混凝土这样一种主流建筑结构材料目前应用最为广泛，而对其在抗火领域的研究，可以进一步减少建筑火灾可能给我们造成的损失，着眼于此，本文主要介绍了关于火灾发生机理，建筑结构抗火性能研究进展及部分结构修复加固原则。当然，在这个领域内，还有很多问题亟待解决，这都为今后我们的研究提供了一个参考的方向。

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［4］张智梅，叶志明，刘涛.钢筋混凝土结构抗火研究进展[J].自然灾害学报，第16卷第1期.

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