鋼筋混凝土結構在火災環境下的性能探討

趙 鶴

南華大學城市建設學院

鋼筋混凝土結構在火災環境下的性能探討

趙 鶴

南華大學城市建設學院

鋼筋混凝土結構是在建筑中被廣泛應用的結構形式，因此鋼筋混凝土結構在火災中的表現行為將對我們提升建筑的安全性能具有著及其重要的意義。由于其建筑構件在火災作用下會發生高溫變形，影響其承載力和安全性。故本文將對鋼筋混凝土結構在火災環境下的行為進行總結分析，并指出鋼筋混凝土結構在承載力和安全性方面受到的影響，希望能給廣大學者進一步提高鋼筋混凝土結構的耐火性能提供一些幫助。

鋼筋混凝土結構；火災；承載力；安全性；耐火性能

隨著社會經濟的迅速發展，建筑物在城市建設中呈現出了高密集的趨勢，逐漸增大了火災發生的概率，建筑損失日益嚴重，其危害也越發的引起人們的重視，建筑結構的耐火性能已經成為了廣大研究學者的重要課題。鋼筋混凝吐結構作為建筑結構中的代表結構，對其在火災環境下的性能探討具有代表意義。

1 鋼筋混凝土結構的耐火性能的研究現狀

從20世紀70年代開始國際上便開始重視對于鋼筋混凝土結構的耐火性能的研究。在波蘭的水泥協會和在美國的混凝土協會、預應力混凝土協會，以及在歐洲的國際混凝土協會先后成立了混凝土研究小組，進行抗火性能的研究。其中關于混凝土的高溫特性、框架的火災行為、梁柱板的抗火性能和計算方法均取得了重大進展。

在國內來說，對于鋼筋混凝土結構的耐火性能的研究進展較晚。清華大學和同濟大學在這方面屬于先驅者，但也僅僅是在20世紀80年代開始了研究工作，研究方向主要集中在混凝土的材料特性，構件特性。目前來說，我國對于混凝土結構的耐火性能的研究已經取得了一定的突破。

2 鋼筋混凝土結構在火災中所處的環境分析及其行為分析

2.1鋼筋混凝土結構在火災中所處的環境

鋼筋混凝土結構在火災中所處的環境可以大致用火災開始，發展和結束的時候，其溫度和范圍對于鋼筋混凝土結構的影響來說明。當大型建筑發生火災的時候，一般情況下，在一開始建筑首先從局部燃燒，溫度并不高，對于整體建筑結構的影響也較小，不易對建筑產生破壞。但是在進行一段時間后，火災的范圍會逐漸覆蓋到整個建筑，高溫火焰將直接對于建筑表面和內里結構造成破壞。大概要承受1500攝氏度左右的灼燒，對于建筑物的整體影響較大。在火災逐漸熄滅的時候，雖然溫度在逐步降低，但由于內外受力不均勻，不可否認對于建筑的整體結構仍有形成較大影響。

2.2鋼筋混凝土結構在火災中的行為分析

鋼筋混凝土結構在火災中的行為與多方面的因素有關，但研究鋼筋混凝土結構的各個構件和整體在火災高溫的作用下會發生怎樣的物理變化和化學變化是提高鋼筋混凝土建筑耐火性能的關鍵因素。在火災的高溫條件下，鋼筋混凝土表現為熱惰性，其內部的各個部分溫度由于熱傳導的速度并不能完全相同，導致其結構力學發生變化，進而對其承載能力產生了改變。

3 鋼筋混凝土結構的高溫材料性能分析

3.1鋼筋的高溫特性分析

鋼筋在鋼筋混凝土結構中主要表現為受力結構的特性。因此，我們在研究鋼筋混凝土結構的耐火性能時主要是對鋼筋在高溫下的力學特性進行分析。鋼筋的材質一般采用的是低碳鋼。鋼在高溫下的彈性模量和泊松比鋼材的彈性模量E和泊松比是結構形狀變化的敏感參數。彈性模樣隨著溫度的升高而逐漸降低，越過臨界點之后，便會迅速下降，其抗拉性和塑形也隨之降低，鋼材就會表現出脆性特性。隨著溫度的進一步升高，強度會逐步降低。當溫度達到500攝氏度以上時，強度基本降低至0.但是由于鋼筋表面的混凝土會對鋼筋起到極大的保護作用。因此在低于500攝氏度時，火災中的高溫并不會對鋼筋的力學性能產生較大改變。但在600攝氏度左右，就會導致鋼筋受熱前與受熱后在強度上產生較大的改變。這一點是我們在設計鋼筋混凝土結構的耐火性能時必須要注意的。

3.2混凝土的高溫特性分析

在通常情況下，混凝土具有較大的抗壓強度。但是在火災中的高溫下，會導致混凝土的分解，進而使其力學和熱學性能都要發生不同程度的改變。隨著溫度從200攝氏度到600攝氏度不斷的升高，明顯會導致水分子、碳酸鈣和鋁酸鈣、氫氧化鈣逐漸按順序脫離，最終導致其結構失效，建筑強度下降，因此失去混凝土本省該承載的作用，也將不能對混凝土鋼筋結構中的鋼筋起到保護作用，使得建筑產生極大的倒塌危險。

4 火災對于鋼筋混凝土結構的影響

在上文中已經分別提到了鋼筋和混凝土的高溫特性，因此我們將對于鋼筋混凝土的整個結構的材料進行進一步分析。鋼筋和混凝土結合在一起，有助于兩者把自己的劣勢彌補，更好的發揮自身材料所具有的優勢，超過簡單疊加的效果。通過兩者彼此之間所具有的咬合力，混凝土能多不易承受高溫的鋼筋起到一定的保護作用。另外，混凝土在高溫下也不易膨脹，避免材料變形，在火災中有利于建筑結構。

火災對于鋼筋混凝土結構的破壞主要可以分成兩種：一是種直接灼燒造成破壞，第二種是對結構造成破壞。在直接灼燒的情況下會使得混凝土的表層直接溫度升高，但由于混凝土本身所具有的惰性特性，構件內部溫度并不高，但也因此在降溫以后，由于內外的溫度變化太大，會對鋼筋混凝土表面產生較大的龜裂，結構性破壞主要體現在高溫產生了溫度效應，使得構件變形，破壞了構件的整體性，降低了構建的承載力。

結語

在對于建筑的安全性能要求越來越高的今天，鋼筋混凝土結構作為建筑結構里的代表結構類型，關于它的耐火性能的研究必將是我們的重中之重。通過本文對于鋼筋混凝土結構里的鋼筋和混凝土進行分別的高溫性質分析，以及在火災中其本身結構受到的影響，我們總結出一些趕緊混凝土結構在火災下的性能特點，希望能從中尋找到進一步提高耐火特性的方法。

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趙鶴（1994-），女，滿族，山東青島人，南華大學，土木工程專業建筑工程方向本科生。