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淺淡鋼筋混凝土構(gòu)件與火災(zāi) |消防檢測(cè)
發(fā)布日期：2016-08-01 07:54:07
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展，城市建設(shè)也進(jìn)入了大發(fā)展階段，由于建筑要求和施工技術(shù)的提高，城市用地緊張和地價(jià)昂貴，以及對(duì)建筑物使用功能多樣性，高標(biāo)準(zhǔn)的要求，結(jié)合現(xiàn)代化城市規(guī)劃的制定與實(shí)施，高層建筑已在國(guó)內(nèi)外大中城市以空前的規(guī)模和速度發(fā)展著。而鋼筋混凝土構(gòu)件在高層建筑中廠泛運(yùn)用，目前世界上最高的鋼筋混凝土高層建筑是美國(guó)芝茄哥的德賴夫大樓，65層總高296m。我國(guó)目前已建成的最高的鋼筋混凝土高層建筑是廣州國(guó)際貿(mào)易中心大樓，地上60層，地下3層，總高度達(dá)200m。雖然這些鋼筋混凝土高層建筑給我們?nèi)祟悇?chuàng)造了美好的生活環(huán)境和空間，給城市增添了美麗的景觀，但是也給人類帶來了許多不便和災(zāi)害，湖南衡陽發(fā)生的“11.3”火災(zāi)事件與近幾年國(guó)內(nèi)外許多高層建筑重特大火災(zāi)事故的發(fā)生，許多無辜的生命葬身火海，給許多家庭留下深刻的悲痛， 國(guó)家和人民生命財(cái)產(chǎn)的損失觸目驚心。筆者就如今建筑史上普遍運(yùn)用鋼筋混凝土構(gòu)件與一些火災(zāi)案例分析，就火災(zāi)對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件的危害和采取措施談點(diǎn)初淺的認(rèn)識(shí)，供參考。
一、火災(zāi)中火對(duì)鋼筋混凝土的影響
火對(duì)鋼筋混凝土的影響和損傷可以分為兩種類型，一種是單個(gè)構(gòu)件受到火的直接灼燒，產(chǎn)生損傷；如構(gòu)件表面混凝土爆裂脫落和燒傷層產(chǎn)生細(xì)微裂逢；另一種是梁柱組成的整體結(jié)構(gòu)由于升溫不同，產(chǎn)生很大的結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力而引起構(gòu)件的損傷，例如：許多鋼筋混凝土構(gòu)件受到火災(zāi)后，表面粉刷層基本剝落，梁和柱混凝土表面產(chǎn)生大面積龜裂，局部混凝土爆落和主筋外露，混凝土表面呈現(xiàn)紅色、灰色、黃色均有，預(yù)應(yīng)力圓孔板的混凝土保護(hù)層剝落露筋，鋼筋失去性能等現(xiàn)象發(fā)生，這些現(xiàn)象都明顯地表明了火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)溫度，是火災(zāi)原因調(diào)查分析的依據(jù)。
二、火災(zāi)中溫度對(duì)鋼材的影響
鋼材的物理性質(zhì)：鋼材在正溫范圍內(nèi)，溫度約在200℃以上時(shí)，隨著溫度的升高，鋼材的抗拉強(qiáng)度、屈服點(diǎn)和彈性模量都有變化，總的趨勢(shì)是強(qiáng)度降低、塑性增大；溫度在250℃左右，鋼材的抗拉強(qiáng)度略有提高，而塑性卻降低，因而鋼材呈現(xiàn)脆性，在此區(qū)域?qū)︿摬脑偌訜?，鋼材可能產(chǎn)生裂逢。此外，當(dāng)溫度達(dá)到250-350℃范圍內(nèi)時(shí)。鋼材將產(chǎn)生徐變現(xiàn)象，鋼材的性能受到不同程度的損傷。據(jù)一些專家對(duì)鋼材進(jìn)行溫度試驗(yàn)分析，當(dāng)鋼材在升溫1h，恒溫加熱1小時(shí)后進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果是有屈服臺(tái)階的16Mn鋼筋在900℃以下時(shí)的強(qiáng)度和延伸率變化很小，溫度達(dá)到1000℃時(shí)，鋼材強(qiáng)度下降10％；無屈服臺(tái)階的冷拔低碳鋼絲經(jīng)過2h升溫至600℃以下，則強(qiáng)度受到影響不大；而溫度在600℃以上時(shí)的極限強(qiáng)度下降達(dá)40％。據(jù)有關(guān)專家對(duì)大多數(shù)火災(zāi)事故現(xiàn)場(chǎng)中構(gòu)件鋼筋的測(cè)試結(jié)果表明，混凝土保護(hù)層爆落的預(yù)應(yīng)力板鋼絲受熱溫度超過600℃，梁柱構(gòu)件鋼筋溫度低于600℃，因而，在一般情況下，火災(zāi)對(duì)鋼筋的影響較比混凝土小，對(duì)于I、II級(jí)鋼筋在溫度達(dá)到900℃以上時(shí)才有明顯的影響，由于鋼筋構(gòu)件混凝土保護(hù)層的作用，通常構(gòu)件中的鋼筋溫度低于此值，可以說火災(zāi)一般對(duì)I、II級(jí)鋼筋的影響不很大。但是，在600℃以上的高溫卻使冷卻后的冷拔低碳鋼絲強(qiáng)度大幅下降40％左右，從中可以說明火災(zāi)對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土板的影響較大，由于建筑荷載大部分承重在板上，從而破壞結(jié)構(gòu)的整體性，造成更大的危害。
三、火場(chǎng)溫度對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件板的影響
溫度對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件板的影響，按板的損壞或大致的溫度范圍可以分為三種情況。
一種是混凝土表面顏色變化不大，粉刷層完好或基本完好（粉刷層熏黑）或者粉刷層部分脫落，混凝土表面熏黑，此時(shí)混凝土表面溫度大致在300℃以下。
二種鋼筋混凝土粉刷層基本剝落，混凝土表面顏色為淺紅或紅灰，無橫向裂逢或縱向裂逢，此時(shí)混凝土表面溫度大致在300-500℃范圍。
三種是鋼筋混凝土粉刷層全部剝落，混凝土表面顏色灰黃或淺黃，有縱橫裂縫，自重下板的撓度明顯大于L/400（L為板的凈跨長(zhǎng)度）,或者混凝土保護(hù)層爆落露筋，混凝土表面溫度在500-600℃以上。為了進(jìn)一步確定板的剛度和強(qiáng)度，根據(jù)有關(guān)資料對(duì)一些火災(zāi)后板的試驗(yàn)分析表明：不大的溫差對(duì)板的剛度有非常明顯的影響，板的剛度（即混凝土彈性模量）隨著溫度的升高而急劇下降，比強(qiáng)度的下降大得多。這一特性是因?yàn)榘宓暮穸韧ǔ］^小，升溫較快（火災(zāi)升溫速度大約在150℃/h）,加上板的截面慣性矩小，往往使得標(biāo)準(zhǔn)荷載下的變形超出允許值而受到更大的破壞。
四、火災(zāi)中火對(duì)梁的影響
火災(zāi)中火對(duì)梁的破壞影響可以分為兩種：一種是直接灼燒危害，另一種是梁結(jié)構(gòu)性能受到破壞。
一是火對(duì)梁的直接灼燒。一般梁的截面積較大，火的直接灼燒使得鋼筋混凝土梁在表面一定厚度內(nèi)達(dá)到較高溫度，梁的強(qiáng)度受到一定損失，而梁截面內(nèi)部升溫慢，溫度低，在降溫過程中，溫度高的混凝土的收縮量大，導(dǎo)致梁表面大面積龜裂（梁的龜裂比板嚴(yán)重得多），其灼燒深度即灼燒厚度與火場(chǎng)溫度的大小有關(guān)。例如：對(duì)一起火災(zāi)事故后火場(chǎng)主梁的分析：主梁截面積為0.3×0.85m，高跨比為l/60(板的高跨比為l/33.3),可以看出梁混凝土彈性模量的下降，溫度對(duì)梁的變形的影響比板小，原建筑設(shè)計(jì)主梁的反拱范圍為0-3.0cm，實(shí)測(cè)梁跨中仍處于反供狀態(tài)，大部有1.0-2.0cm的反拱，說明此起火災(zāi)對(duì)梁的變形影響不突出。因此，火灼燒對(duì)主梁的主要影響是燒傷層強(qiáng)度和耐火性的變化；二是梁結(jié)構(gòu)性的破壞，在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，由于板和梁升溫不同，產(chǎn)生溫度應(yīng)力，梁受到拉力造成現(xiàn)澆梁的上部出現(xiàn)分布垂直裂逢。如有一起火災(zāi)中屋面梁的最大裂逢寬度達(dá)到30-50mm，又由于混凝土構(gòu)件的連接處被拉裂破壞了承重體系的整體性，降低了整體結(jié)構(gòu)的安全性，也不同程度地影響了梁端局部承壓能力和端部鋼筋錨固，導(dǎo)致梁承壓破壞。
五、火災(zāi)中火對(duì)鋼筋混凝土柱子的影響
火對(duì)柱的影響與梁的影響相似，大致有兩種情況，直接灼燒和結(jié)構(gòu)性破壞。
一是火對(duì)柱的直接灼燒，情況與梁相似，柱子表面有大量龜裂逢，柱子的受力為軸向受壓和小偏心受壓，由于柱子混凝土彈性模量受火后下降，將使柱子內(nèi)縱向鋼筋壓力有一定的增加，可以說在火災(zāi)中火對(duì)柱子的整體受壓能力影響不很大，但是火對(duì)柱子表面燒傷導(dǎo)致柱子保護(hù)層脫落，降低了柱子的有效截面積。
二是火對(duì)柱子結(jié)構(gòu)性的破壞，由于火場(chǎng)中溫度對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件產(chǎn)生溫度應(yīng)力，溫度應(yīng)力作用使梁受拉，使得部分柱子被拉裂，柱子局部承壓力降低，又由于梁拉裂后繼續(xù)產(chǎn)生膨脹位移，使得柱子產(chǎn)生偏移，降低了柱子的承截能力。
六、火災(zāi)中各種因素對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件有不同程度的影響采取的措施
增強(qiáng)火災(zāi)中各種因素對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件有不同程度的影響主要采取的措施是提高鋼筋混凝土構(gòu)件的耐火極限，方法有以下幾方面：一是增加鋼筋混凝土構(gòu)件的切面尺寸（如：30×30cm的鋼筋混泥土柱，耐火極限3.00h；37×37cm的鋼筋混泥土柱，耐火極限5.00h；）；二是增加鋼筋混泥土構(gòu)件的鋼筋保護(hù)層厚度（如：簡(jiǎn)支鋼筋混泥土梁，非預(yù)應(yīng)力鋼筋，當(dāng)保護(hù)層厚度分別為2.0、2.5、3.0cm時(shí)，耐火極限分別為1.75、2.00、2.30h；簡(jiǎn)支鋼筋混泥土圓孔空心板，非預(yù)應(yīng)力鋼筋，當(dāng)保護(hù)層厚度分別為1.0、2、3.0cm時(shí)，耐火極限分別為0.9、1.25、1.5h；），可采取增加抹灰層厚度；三是預(yù)應(yīng)力鋼筋混泥土圓孔樓板下面噴涂防火涂料，預(yù)應(yīng)力鋼筋混泥土圓孔樓板的耐火極限較差，當(dāng)保護(hù)層厚度1cm時(shí)，耐火極限0.4h；保護(hù)層厚度3cm時(shí)，耐火極限0.85h ，若在該預(yù)應(yīng)力鋼筋混泥土圓孔樓板下噴涂0.5cm厚的106防火涂料，可提高耐火極限到1.8h。
總之，綜上所述，望廣大建筑設(shè)計(jì)工作者和施工技術(shù)人員在高層鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工中，對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件提高安全設(shè)計(jì)可靠度和采取一些施工技術(shù)上的保護(hù)措施，增強(qiáng)建筑物的安全性，在火災(zāi)事故 發(fā)生時(shí)，減少國(guó)家和人民的生命財(cái)產(chǎn)的損失。
一、火災(zāi)中火對(duì)鋼筋混凝土的影響
火對(duì)鋼筋混凝土的影響和損傷可以分為兩種類型，一種是單個(gè)構(gòu)件受到火的直接灼燒，產(chǎn)生損傷；如構(gòu)件表面混凝土爆裂脫落和燒傷層產(chǎn)生細(xì)微裂逢；另一種是梁柱組成的整體結(jié)構(gòu)由于升溫不同，產(chǎn)生很大的結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力而引起構(gòu)件的損傷，例如：許多鋼筋混凝土構(gòu)件受到火災(zāi)后，表面粉刷層基本剝落，梁和柱混凝土表面產(chǎn)生大面積龜裂，局部混凝土爆落和主筋外露，混凝土表面呈現(xiàn)紅色、灰色、黃色均有，預(yù)應(yīng)力圓孔板的混凝土保護(hù)層剝落露筋，鋼筋失去性能等現(xiàn)象發(fā)生，這些現(xiàn)象都明顯地表明了火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)溫度，是火災(zāi)原因調(diào)查分析的依據(jù)。
二、火災(zāi)中溫度對(duì)鋼材的影響
鋼材的物理性質(zhì)：鋼材在正溫范圍內(nèi)，溫度約在200℃以上時(shí)，隨著溫度的升高，鋼材的抗拉強(qiáng)度、屈服點(diǎn)和彈性模量都有變化，總的趨勢(shì)是強(qiáng)度降低、塑性增大；溫度在250℃左右，鋼材的抗拉強(qiáng)度略有提高，而塑性卻降低，因而鋼材呈現(xiàn)脆性，在此區(qū)域?qū)︿摬脑偌訜?，鋼材可能產(chǎn)生裂逢。此外，當(dāng)溫度達(dá)到250-350℃范圍內(nèi)時(shí)。鋼材將產(chǎn)生徐變現(xiàn)象，鋼材的性能受到不同程度的損傷。據(jù)一些專家對(duì)鋼材進(jìn)行溫度試驗(yàn)分析，當(dāng)鋼材在升溫1h，恒溫加熱1小時(shí)后進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果是有屈服臺(tái)階的16Mn鋼筋在900℃以下時(shí)的強(qiáng)度和延伸率變化很小，溫度達(dá)到1000℃時(shí)，鋼材強(qiáng)度下降10％；無屈服臺(tái)階的冷拔低碳鋼絲經(jīng)過2h升溫至600℃以下，則強(qiáng)度受到影響不大；而溫度在600℃以上時(shí)的極限強(qiáng)度下降達(dá)40％。據(jù)有關(guān)專家對(duì)大多數(shù)火災(zāi)事故現(xiàn)場(chǎng)中構(gòu)件鋼筋的測(cè)試結(jié)果表明，混凝土保護(hù)層爆落的預(yù)應(yīng)力板鋼絲受熱溫度超過600℃，梁柱構(gòu)件鋼筋溫度低于600℃，因而，在一般情況下，火災(zāi)對(duì)鋼筋的影響較比混凝土小，對(duì)于I、II級(jí)鋼筋在溫度達(dá)到900℃以上時(shí)才有明顯的影響，由于鋼筋構(gòu)件混凝土保護(hù)層的作用，通常構(gòu)件中的鋼筋溫度低于此值，可以說火災(zāi)一般對(duì)I、II級(jí)鋼筋的影響不很大。但是，在600℃以上的高溫卻使冷卻后的冷拔低碳鋼絲強(qiáng)度大幅下降40％左右，從中可以說明火災(zāi)對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土板的影響較大，由于建筑荷載大部分承重在板上，從而破壞結(jié)構(gòu)的整體性，造成更大的危害。
三、火場(chǎng)溫度對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件板的影響
溫度對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件板的影響，按板的損壞或大致的溫度范圍可以分為三種情況。
一種是混凝土表面顏色變化不大，粉刷層完好或基本完好（粉刷層熏黑）或者粉刷層部分脫落，混凝土表面熏黑，此時(shí)混凝土表面溫度大致在300℃以下。
二種鋼筋混凝土粉刷層基本剝落，混凝土表面顏色為淺紅或紅灰，無橫向裂逢或縱向裂逢，此時(shí)混凝土表面溫度大致在300-500℃范圍。
三種是鋼筋混凝土粉刷層全部剝落，混凝土表面顏色灰黃或淺黃，有縱橫裂縫，自重下板的撓度明顯大于L/400（L為板的凈跨長(zhǎng)度）,或者混凝土保護(hù)層爆落露筋，混凝土表面溫度在500-600℃以上。為了進(jìn)一步確定板的剛度和強(qiáng)度，根據(jù)有關(guān)資料對(duì)一些火災(zāi)后板的試驗(yàn)分析表明：不大的溫差對(duì)板的剛度有非常明顯的影響，板的剛度（即混凝土彈性模量）隨著溫度的升高而急劇下降，比強(qiáng)度的下降大得多。這一特性是因?yàn)榘宓暮穸韧ǔ］^小，升溫較快（火災(zāi)升溫速度大約在150℃/h）,加上板的截面慣性矩小，往往使得標(biāo)準(zhǔn)荷載下的變形超出允許值而受到更大的破壞。
四、火災(zāi)中火對(duì)梁的影響
火災(zāi)中火對(duì)梁的破壞影響可以分為兩種：一種是直接灼燒危害，另一種是梁結(jié)構(gòu)性能受到破壞。
一是火對(duì)梁的直接灼燒。一般梁的截面積較大，火的直接灼燒使得鋼筋混凝土梁在表面一定厚度內(nèi)達(dá)到較高溫度，梁的強(qiáng)度受到一定損失，而梁截面內(nèi)部升溫慢，溫度低，在降溫過程中，溫度高的混凝土的收縮量大，導(dǎo)致梁表面大面積龜裂（梁的龜裂比板嚴(yán)重得多），其灼燒深度即灼燒厚度與火場(chǎng)溫度的大小有關(guān)。例如：對(duì)一起火災(zāi)事故后火場(chǎng)主梁的分析：主梁截面積為0.3×0.85m，高跨比為l/60(板的高跨比為l/33.3),可以看出梁混凝土彈性模量的下降，溫度對(duì)梁的變形的影響比板小，原建筑設(shè)計(jì)主梁的反拱范圍為0-3.0cm，實(shí)測(cè)梁跨中仍處于反供狀態(tài)，大部有1.0-2.0cm的反拱，說明此起火災(zāi)對(duì)梁的變形影響不突出。因此，火灼燒對(duì)主梁的主要影響是燒傷層強(qiáng)度和耐火性的變化；二是梁結(jié)構(gòu)性的破壞，在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，由于板和梁升溫不同，產(chǎn)生溫度應(yīng)力，梁受到拉力造成現(xiàn)澆梁的上部出現(xiàn)分布垂直裂逢。如有一起火災(zāi)中屋面梁的最大裂逢寬度達(dá)到30-50mm，又由于混凝土構(gòu)件的連接處被拉裂破壞了承重體系的整體性，降低了整體結(jié)構(gòu)的安全性，也不同程度地影響了梁端局部承壓能力和端部鋼筋錨固，導(dǎo)致梁承壓破壞。
五、火災(zāi)中火對(duì)鋼筋混凝土柱子的影響
火對(duì)柱的影響與梁的影響相似，大致有兩種情況，直接灼燒和結(jié)構(gòu)性破壞。
一是火對(duì)柱的直接灼燒，情況與梁相似，柱子表面有大量龜裂逢，柱子的受力為軸向受壓和小偏心受壓，由于柱子混凝土彈性模量受火后下降，將使柱子內(nèi)縱向鋼筋壓力有一定的增加，可以說在火災(zāi)中火對(duì)柱子的整體受壓能力影響不很大，但是火對(duì)柱子表面燒傷導(dǎo)致柱子保護(hù)層脫落，降低了柱子的有效截面積。
二是火對(duì)柱子結(jié)構(gòu)性的破壞，由于火場(chǎng)中溫度對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件產(chǎn)生溫度應(yīng)力，溫度應(yīng)力作用使梁受拉，使得部分柱子被拉裂，柱子局部承壓力降低，又由于梁拉裂后繼續(xù)產(chǎn)生膨脹位移，使得柱子產(chǎn)生偏移，降低了柱子的承截能力。
六、火災(zāi)中各種因素對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件有不同程度的影響采取的措施
增強(qiáng)火災(zāi)中各種因素對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件有不同程度的影響主要采取的措施是提高鋼筋混凝土構(gòu)件的耐火極限，方法有以下幾方面：一是增加鋼筋混凝土構(gòu)件的切面尺寸（如：30×30cm的鋼筋混泥土柱，耐火極限3.00h；37×37cm的鋼筋混泥土柱，耐火極限5.00h；）；二是增加鋼筋混泥土構(gòu)件的鋼筋保護(hù)層厚度（如：簡(jiǎn)支鋼筋混泥土梁，非預(yù)應(yīng)力鋼筋，當(dāng)保護(hù)層厚度分別為2.0、2.5、3.0cm時(shí)，耐火極限分別為1.75、2.00、2.30h；簡(jiǎn)支鋼筋混泥土圓孔空心板，非預(yù)應(yīng)力鋼筋，當(dāng)保護(hù)層厚度分別為1.0、2、3.0cm時(shí)，耐火極限分別為0.9、1.25、1.5h；），可采取增加抹灰層厚度；三是預(yù)應(yīng)力鋼筋混泥土圓孔樓板下面噴涂防火涂料，預(yù)應(yīng)力鋼筋混泥土圓孔樓板的耐火極限較差，當(dāng)保護(hù)層厚度1cm時(shí)，耐火極限0.4h；保護(hù)層厚度3cm時(shí)，耐火極限0.85h ，若在該預(yù)應(yīng)力鋼筋混泥土圓孔樓板下噴涂0.5cm厚的106防火涂料，可提高耐火極限到1.8h。
總之，綜上所述，望廣大建筑設(shè)計(jì)工作者和施工技術(shù)人員在高層鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工中，對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件提高安全設(shè)計(jì)可靠度和采取一些施工技術(shù)上的保護(hù)措施，增強(qiáng)建筑物的安全性，在火災(zāi)事故 發(fā)生時(shí)，減少國(guó)家和人民的生命財(cái)產(chǎn)的損失。
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