淺談建筑結構抗火性能研究現狀

劉敬濤 郭文楊

（1.盤錦經濟開發區建設工程服務中心 遼寧 盤錦 123000；2.盤錦市建設工程招標投標管理辦公室 遼寧 盤錦 123000）

0 引言

火災的定義是火在時間和空間上失去控制而形成的災害，隨著人類經濟的發展，城市的建設，火災發生頻度已經高居各個災害之首，而其中建筑火災就約占所有火災中的80%。震驚世界的美國“9.11”事件使紐約市標志性建筑“世貿中心”毀之一炬并造成重大人員傷亡；1994年的新疆克拉瑪依大火，使288名中小學生和37名干部教師遇難，給無數家庭造成了難以忘卻的傷痛。全世界每年因火災產生的直接和間接經濟損失約為2000億美元，近年來，我國建筑物火災發生的次數也逐年遞增，不僅直接造成了巨大的人員和財產損失，火災造成的間接經濟損失約為直接經濟損失的3倍以上。

減少火災的損失，從本質上來說，應該是以防為主，但是隨著國民經濟的高速發展與城鎮人口的日趨集中，人們物質生活水平逐步提高，人口密度逐步增大，高層建筑物越來越多，裝修也越來越高檔，這中間采用了大量的可燃材料，增大了火荷載密度，使建筑物火災的發生概率和危險性進一步增加，面對愈發不可收拾的建筑物火災，我們應該努力做好防范措施。

1 建筑物結構抗火性能

目前，主流的建筑結構是鋼筋混凝土結構，也有部分建筑是使用其他類型的結構，如木制結構，鋼架結構等等，本文主要從鋼筋混凝土結構的抗火性能來進行闡述。

鋼筋混凝土結構抗火研究的目的有兩方面：

1.1 制定一套合理、方便、實用的結構抗火設計方法，確保結構在火災的一定期限內具有足夠的承載力，以便組織人員撤離，消防人員滅火等工作的進行；

1.2 對火災后結構的損傷程度作科學、準確的評價，并據此制定受損結構的修復和加固方案，確保火災后經修復結構的安全性，最大限度地發揮經濟效益。

2 火災中鋼筋混凝土結構性能分析

依據目前的研究狀況，鋼筋混凝土結構的抗火性能與常溫下性能相比還是有很大的差異。有如下些特點：

2.1 其內部溫度場不均勻；混凝土的熱傳導系數很小，結構受火后表面溫度迅速升高，而截面內部的溫度增長緩慢，形成不均勻的溫度場，表層的溫度變化梯度最大。而且，溫度場隨著火災時間的延續也會發生不斷的變化，并對結構的內力、變形和承載力等將產生很大的影響。

2.2 材料性能的嚴重惡化；高溫下，混凝土鋼筋的強度值和彈性模量減小，出現變形，混凝土也會出現外觀損傷，而且隨著溫度的省道而加劇。

2.3 應力應變關系與溫度和時間的耦合作用效應；與常溫時相比，高溫時結構的溫度和持續時間對于材料的性能有較大影響，因此，必須研究應力應變與溫度和時間之間的耦合作用效應，才能較為準確的分析結構的高溫性能。

2.4 構件截面應力和結構內力的重分布；構件截面的不均勻溫度場必定產生不等的溫度變形和截面應力重分布。超靜定結構的高溫區部分因為溫度變形受到支座和節點的約束，以及相鄰的非高溫構件的約束，必產生內力(彎矩、剪力、軸力)重分布：而且隨著溫度的變化和時間的延續，會形成一個連續的力重分布過程，最終出現與常溫結構不同的破壞機構和形態，從而影響了構件的高溫極限承載力。

2.5 破壞的過程與形態；與常溫相比，高溫狀態下的鋼筋混凝土結構變形會因變形突然變大而遭到破壞，過程較短，破壞后構件也會有很大的殘余變形。

3 鋼筋混凝土結構抗火研究展望

就目前來說，鋼筋混凝土結構抗火研究趨勢為：研究方法由破壞性試驗方法向結構分析方法轉變，研究對象由單一構件想組合結構過渡等等，而對于其抗火性能的研究需要進一步深入的問題是：

3.1 火災荷載的調查統計研究；火災荷載的分布和大小決定了火災的嚴重性，也是影響火災現場環境溫度的重要因素之一，因此，火災荷載調查統計研究是鋼筋混凝土結構抗火研究的基礎。

3.2 鋼筋混凝土結構火災反應分析中混凝土本構模型的研究；混凝土在高溫、多軸受力狀態下的本構模型是準確計算鋼筋混凝土結構火災反應的基礎。

3.3 鋼筋混凝土結構火災計算機模擬技術的研究。隨著計算機技術的日益成熟，利用火災計算機模擬技術來研究結構抗火已成為一個趨勢。但是由于火災計算機模擬技術涉及到結構工程，火災科學，消防工程，計算機科學等多學科知識，目前世界范圍內還沒有通用的活在計算機模擬軟件進行結構抗火性能的研究，因此在計算機模擬方面有很大的擴展空間。

3.4 鋼筋混凝土結構災后修復加固方案的研究；對火災中并未失效或倒塌的結構進行加固修復后繼續使用，可發揮巨大的經濟效益，這方面的研究工作很多，包括建立和完善混凝土結構加固修護技術和質量標準體系，開發各種結構加固軟件，研究新型加固材料和方法等。

3.5 地震與火災共同作用下結構反應性能的研究；建筑火災也常出現在地震后，在其共同作用下，建筑結構的變化更加復雜和難以預測，目前對地震火災方面的研究主要集中在分析建筑結構在地震破壞狀態下的火災發生概率，地震火災蔓延的模擬，以及建筑火災危險性評估等方面。但如何進行火災和地震共同作用下結構反應的分析，目前國內外尚無人涉及此研究領域。

4 結語

隨著城市化建設的加快，以及建筑高層化、大規模化及復合化的發展，建筑火災也呈上升趨勢，而對建筑結構的抗火性能的研究也成為一個熱點，鋼筋混凝土這樣一種主流建筑結構材料目前應用最為廣泛，而對其在抗火領域的研究，可以進一步減少建筑火災可能給我們造成的損失，著眼于此，本文主要介紹了關于火災發生機理，建筑結構抗火性能研究進展及部分結構修復加固原則。當然，在這個領域內，還有很多問題亟待解決，這都為今后我們的研究提供了一個參考的方向。

［1］楊曉光.火災后鋼筋混凝土結構的受損鑒定和修復加固[D].天津大學.

［2］吳波，唐貴和.近年來混凝土結構抗火研究進展[J].建筑結構學報，第31卷第6期.

［3］陸洲導，蘇磊.我國混凝土結構火災（高溫）后損傷機理與評估方法的研究進展和發展趨勢[J].建筑結構學報.

［4］張智梅，葉志明，劉濤.鋼筋混凝土結構抗火研究進展[J].自然災害學報，第16卷第1期.

［5］劉揚.論火災后建筑物的檢測、評估與加固[D].大連理工大學.