1、浅淡火灾对钢筋混凝土构件的影响中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号： 由于建筑要求和施工技术的提高，城市用地日渐紧张及地价昂贵，加之对建筑物使用功能多样性、高标准的要求，高层建筑已在国内外大中城市以空前的规模快速发展。随之而来的，是钢筋混凝土构件在高层建筑中的广泛运用。虽然这些钢筋混凝土高层建筑给我们创造了美好的生活环境和空间，给城市增添了美丽的景观，但是也给火灾防范工作。例如，上海胶州路“1115”火灾事件与近几年国内外许多高层建筑重特大火灾事故的发生，使许多无辜的生命葬身火海，给国家和人民生命财产带来巨大的损失。 一、火灾中，火对钢筋混凝土的影响 火对钢筋混凝土的影响和损伤可分为
2、两种类型：一种是单个构件受到火的直接灼烧而产生损伤，如构件表面混凝土爆裂脱落和烧伤层产生细微裂缝；另一种是梁柱组成的整体结构由于升温不同，产生很大的结构温度应力而引起构件的损伤。例如，许多钢筋混凝土构件受到火灾后，表面粉刷层基本剥落，梁和柱混凝土表面产生大面积龟裂，局部混凝土爆落和主筋外露，混凝土表面呈现红色、灰色、黄色均有，预应力圆孔板的混凝土保护层剥落露筋，钢筋失去性能等这些现象都明显地表明：火灾现场温度是火灾原因调查分析的依据。 二、火灾中，温度对钢材的影响 钢材的物理性质如下：钢材在正常温度范围内，温度约在 200以上时，随着温度的升高，钢材的抗拉强度、屈服点和弹性模量都有变化，总的趋
3、势是强度降低、塑性增大；温度在 250左右，钢材的抗拉强度略有提高，而塑性却降低，因而钢材呈现脆性，在此区域对钢材再加热，钢材可能产生裂缝。此外，当温度达到 250至 350范围内时，钢材将产生徐变现象，钢材的性能受到不同程度的损伤。据专家对钢材进行温度试验分析，对钢材在升温 l 小时、恒温加热 1 小时后进行检测，结果是有屈服台阶的 16Mn 钢筋在 900以下时的强度和延伸率变化很小；当温度达到 1000时，钢材强度下降 10 ；无屈服台阶的冷拔低碳钢丝经过 2h 升温至 600以下，则强度受到影响不大；而温度在 600以上时的极限强度下降达 40 。据有关专家对大多数火灾事故现场中构件钢
4、筋的测试结果表明，混凝土保护层爆落的预应力板钢丝受热温度超过600，梁柱构件钢筋温度低于 600，因而在一般情况下，火灾对钢筋的影响较比混凝土小，对于 I、II 级钢筋在温度达到 900以上时才有明显的影响，由于钢筋构件混凝土保护层的作用，通常构件中的钢筋温度低于此值，可以说火灾一般对 I、II 级钢筋的影响不很大。但是，在600以上的高温却使冷却后的冷拔低碳钢丝强度大幅下降 40左右，从中可以说明火灾对预应力钢筋混凝土板的影响较大，又由于建筑荷载大部分承重在板上，从而破坏结构的整体性，会造成更大的危害。 三、火场温度对钢筋混凝土构件板的影响 温度对钢筋混凝土构件板的影响，按板的损坏或大致的温
5、度范围，可分为三种情况：第一种是混凝土表面颜色变化不大，粉刷层完好或基本完好(粉刷层熏黑)或者粉刷层部分脱落，混凝土表面熏黑，此时混凝土表面温度大致在 300以下；第二种是钢筋混凝土粉刷层基本剥落，混凝土表面颜色为浅红或红灰，无横向裂缝或纵向裂逢，此时混凝土表面温度大致在 300500范围；第三种是钢筋混凝土粉刷层全部剥落，混凝土表面颜色灰黄或浅黄，有纵横裂缝，自重下板的挠度明显大于L400(L 为板的净跨长度)，或者混凝土保护层爆落露筋，混凝土表面温度在 500 600 以上。 为了进一步确定板的刚度和强度，根据有关资料对一些火灾后板的试验分析表明：不大的温差对板的刚度有非常明显的影响，板的
6、刚度(即混凝土弹性模量)随着温度的升高而急剧下降，比强度的下降大得多。这一特性是因为板的厚度通常较小，升温较快(火灾升温速度大约在 150h)，加上板的截面惯性矩小，往往使得标准荷载下的变形超出允许值而受到更大的破坏。 四、火灾中，火对梁的影响 火灾中火对梁的破坏影响可以分为两种：一种是直接灼烧危害，另一种是梁结构性能受到破坏。首先是火对梁的直接灼烧。一般梁的截面积较大，火的直接灼烧使得钢筋混凝土梁在表面一定厚度内达到较高温度，梁的强度受到一定损失，而梁截面内部升温慢，温度低，在降温过程中，温度高的混凝土的收缩量大，导致梁表面大面积龟裂(梁的龟裂比板严重得多)，其灼烧深度即灼烧厚度与火场温度的
7、大小有关。例如，对一起火灾事故后火场主梁进行分析，主梁截面积为 03m085m，高跨比为 160(板的高跨比为 1333)，可以看出梁混凝土弹性模量的下降，温度对梁的变形的影响比板小，原建筑设计主梁的反拱范围为Ocm30cm，实测梁跨中仍处于反供状态，大部有 1Ocm2Ocm 的反拱，说明此起火灾对梁的变形影响不突出。因此，火灼烧对主梁的主要影响是烧伤层强度和耐火性的变化。其次是梁结构性的破坏。在火灾发生时，由于板和梁升温不同，产生温度应力，梁受到拉力造成现浇梁的上部出现分布垂直裂缝。如有一起火灾中屋面梁的最大裂缝宽度达到30mm 一 50mm，又由于混凝土构件的连接处被拉裂破坏了承重体系的整
8、体性，降低了整体结构的安全性，也不同程度地影响了梁端局部承压能力和端部钢筋锚固，导致梁承压破坏。 五、火灾中，火对钢筋混凝土柱子的影响 火对柱的影响与梁的影响相似，大致有直接灼烧和结构性破坏这两种情况。首先说说火对柱的直接灼烧，情况与梁相似。柱子表面有大量龟裂逢，柱子的受力为轴向受压和小偏心受压，由于柱子混凝土弹性模量受火后下降，将使柱子内纵向钢筋压力有一定的增加，可以说在火灾中火对柱子的整体受压能力影响不很大，但是火对柱子表面烧伤导致柱子保护层脱落，降低了柱子的有效截面积。其次是火对柱子结构性的破坏。由于火场中温度对钢筋混凝土构件产生温度应力，温度应力作用使梁受拉，使得部分柱子被拉裂，柱子局
9、部承压力降低，又由于梁拉裂后继续产生膨胀位移，使得柱子产生偏移，降低了柱子的承载能力。 六、火灾中，针对各种因素对钢筋混凝土构件产生不同程度的影响所采取的措施 增强火灾中各种因素对钢筋混凝土构件产生不同程度的影响，主要采取的措施是提高钢筋混凝土构件的耐火极限，方法有以下几种：一是增加钢筋混凝土构件的切面尺寸(如：30cm X 30cm 的钢筋混凝土柱，耐火极限 3OOh；37cm X 37cm 的钢筋混凝土柱，耐火极限 500h；)；二是增加钢筋混凝土构件的钢筋保护层厚度(如：简支钢筋混凝土梁，非预应力钢筋，当保 护层厚度分别为 20cm、25cm、3Ocm 时，耐火极限分别为175h、2OOh、230h；简支钢筋混凝土圆孔空心板，非预应力钢筋，当保护层厚度分别为 1Ocm、2cm、3Ocm 时，耐火极限分别为09h、125h、15h；)，可采取增加抹灰层厚度；三是预应力钢筋混凝土圆孔楼板下面喷涂防火涂料，预应力钢筋混凝土圆孔楼板的耐火极限较差，当保护层厚度 lcm 时，耐火极限 04h；保护层厚度 3cm 时，耐火极限 085h。若在该预应力钢筋混凝土圆孔楼板下喷涂 5cm 厚的防火涂料，可提高耐火极限到 18h。
