建筑構(gòu)件的耐火試驗

建筑構(gòu)件的耐火試驗第1頁/共50頁2011.327.1建筑構(gòu)件的燃燒性能建筑構(gòu)件的耐火性能包括兩部分內(nèi)容：組成構(gòu)建材料的燃燒性能和構(gòu)件的耐火極限。建筑構(gòu)件按其燃燒性能分為四大類：

一、不燃燒體：用不燃材料制成的構(gòu)件。不燃材料：在空氣中遇到火燒或高溫作用時不起火、不微燃不炭化的材料。如磚、石、鋼材、砼(混凝土）等。二、難燃燒體：用難燃性材料做成的構(gòu)件或用燃燒性材料做成而用不燃燒材料做保護(hù)層的構(gòu)件。難燃性材料：在空氣中遇到火燒或高溫作用時難起火、難微燃、難炭化，當(dāng)火源移走后燃燒或微燃立即停止的材料。如經(jīng)過阻燃處理的木材、瀝青砼、水泥刨花板等。

第2頁/共50頁2011.33三、可燃燒體：用燃燒材料做成的構(gòu)件。

可燃燒性材料：在空氣中遇到火燒或高溫作用時立即起火或微燃，且火源移走后仍繼續(xù)燃燒或微燃的材料。如木材。四、易燃燒體：用易燃燒材料做成的構(gòu)件。易燃燒材料：凡達(dá)不到可燃性等級的材料均為易燃燒材料。如：油氈、裝飾用的錦緞等。第3頁/共50頁2011.347.2建筑構(gòu)件的耐火極限7.2.1概述

1.定義:對任一建筑構(gòu)件，按照時間—溫度標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行耐火試驗，從受火作用時起，到構(gòu)件失去穩(wěn)定性或完整性或絕熱性(隔火作用)時止，這段抵抗火的作用時間，稱為耐火極限，通常用小時（h）來表示。第4頁/共50頁2011.351)失去穩(wěn)定性：構(gòu)件在試驗中失去支持能力或抗變形能力。（1）外觀判斷（2）受力主筋溫度變化Mn鋼510℃2)失去完整性：分隔構(gòu)件失去阻止火焰和高溫氣體穿透或阻止其背火面出現(xiàn)火焰的性能。（出現(xiàn)穿透性裂縫或孔隙；在2-3cm處放一新鮮棉花墊100×100×20mm，停留時間10-30秒，發(fā)生炭化或燃燒）3)失去絕熱性：指分隔構(gòu)件失去隔絕過量熱傳導(dǎo)的性能。背火面測平均溫度超過初始溫度140℃或任一測點溫度超過初始溫度180℃

或任一測點溫度達(dá)到220℃

。第5頁/共50頁2011.362.耐火極限的判定①分隔構(gòu)件：失去完整性或絕熱性②承重構(gòu)件：失去穩(wěn)定性③承重分隔構(gòu)件：由穩(wěn)定性、完整性、絕熱性三個條件控制3.建筑構(gòu)件耐火極限的意義①為正確制定和貫徹建筑防火法規(guī)提供科學(xué)依據(jù)。②為提高建筑結(jié)構(gòu)耐火性能和建筑物的耐火等級。降低防火投資，減少火災(zāi)損失提供技術(shù)措施。③為火災(zāi)燒損后建筑結(jié)構(gòu)的加固工作提供依據(jù)。④是衡量建筑物耐火等級的主要指標(biāo)。第6頁/共50頁2011.377.2.2建筑構(gòu)件的耐火試驗條件

《建筑構(gòu)件耐火試驗方法》GB/T9978－2008代替GB/T9978－1999

標(biāo)準(zhǔn)耐火試驗必須遵循的升溫條件、壓力條件、約束條件、受火條件和試件要求等。1.升溫條件

標(biāo)準(zhǔn)時間—溫度曲線（標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)升溫曲線）室內(nèi)火災(zāi)發(fā)展過程分為三個階段：

OA—火災(zāi)初起階段

AC—火災(zāi)發(fā)展階段

C點以后—火災(zāi)熄滅階段第7頁/共50頁2011.38在實際的火災(zāi)中，每一起火災(zāi)的時間--溫度曲線是各不相同的，但為了對建筑構(gòu)件進(jìn)行耐火實驗，進(jìn)而對其耐火極限進(jìn)行度量，必須人為規(guī)定一種能反映、模擬一般火災(zāi)規(guī)律的標(biāo)準(zhǔn)溫升條件，把它繪制成曲線就稱為時間--溫度標(biāo)準(zhǔn)曲線。時間-溫度標(biāo)準(zhǔn)曲線是指按特定的加溫方法，在標(biāo)準(zhǔn)的實驗室條件下，所表示的現(xiàn)場火災(zāi)發(fā)展情況的一條理想化了的試驗曲線。該曲線以被國際標(biāo)準(zhǔn)化組織采納，目的是為了對建筑構(gòu)件的極限耐火時間有一個統(tǒng)一的檢驗標(biāo)準(zhǔn)。第8頁/共50頁2011.39規(guī)定的熱電偶測得爐內(nèi)平均溫度，按以下關(guān)系式（見圖7.1）對其進(jìn)行監(jiān)測和控制：其中t—試驗加熱時間，minT—t時刻爐內(nèi)溫度，℃

T0—爐內(nèi)初始溫度，℃,應(yīng)在5—40℃范圍內(nèi)。第9頁/共50頁2011.310圖7.1標(biāo)準(zhǔn)時間-溫度曲線第10頁/共50頁2011.311（二）壓力條件：(正壓操作)1.一般要求保證沿爐內(nèi)高度處每米的壓力梯度值為8Pa。試驗開始5min后壓力值為（15±5）Pa，10min后壓力值為（17±3）Pa。2.垂直構(gòu)件試驗爐運行時，應(yīng)控制試件底面以下100mm處的水平面或者檢測梁時在吊頂水平底面以下10mm處的爐內(nèi)壓力值為20Pa。（三）加載條件：1、荷載的量值：試驗荷載＞設(shè)計荷載＞工作荷載2、加載的型式（1）墻：垂直加載（2）樓板和屋面板：均布加載（3）梁：垂直加載在總長度1/8，3/8，5/8，7/8四處加載（4）柱：垂直加載第11頁/共50頁2011.312（四）構(gòu)件的約束及邊界條件反映構(gòu)件實際使用中的情況（五）受火條件墻壁、隔板、門窗——一面受火樓板、屋面板、吊頂——下面受火橫梁——兩側(cè)和底面共三面受火柱子——所有垂直面受火（六）試件要求1、結(jié)構(gòu)：試件的制作與安裝應(yīng)反映構(gòu)件在實際中的使用情況2、尺寸：應(yīng)與實際尺寸相同，當(dāng)構(gòu)件尺寸＞試驗爐所容納尺寸，應(yīng)不得小于下述規(guī)定：墻：3m高×3m寬；梁：4m跨度；柱：3m高樓板及屋面板：四面支承，4m長×3m寬第12頁/共50頁2011.3137.2.3耐火極限的判定條件

（一）失去穩(wěn)定性

構(gòu)件在試驗過程中失去支持能力或抗變形能力。此條件主要針對承重構(gòu)件。（1）外觀判斷：如墻發(fā)生垮塌；梁板變形大于L/20（L為試件跨度）；柱發(fā)生垮塌或軸向變形大于h/100（mm）或軸向壓縮變形速度超過3h/1000（mm/min）（h為試件在載爐內(nèi)的受火高度）；（2）受力主筋溫度變化：16Mn鋼，510℃。第13頁/共50頁2011.314（二）失去完整性

適用于分隔構(gòu)件，如樓板、隔墻等。失去完整性的標(biāo)志：出現(xiàn)穿透性裂縫或穿火的孔隙。（三）失去絕熱性

適用于分隔構(gòu)件，如墻、樓板等。失去絕熱性的標(biāo)志：下列兩個條件之一試件背火面測溫點平均溫升達(dá)140℃；試件背火面測溫點任一點溫升達(dá)180℃.第14頁/共50頁2011.315建筑構(gòu)件耐火極限的三個判定條件，實際應(yīng)用時要具體問題具體分析：

（1）分隔構(gòu)件（隔墻、吊頂、門窗）：失去完整性或絕熱性；（2）承重構(gòu)件（梁、柱、屋架）：失去穩(wěn)定性；（3）承重分隔構(gòu)件（承重墻、樓板）：失去穩(wěn)定性或完整性或絕熱性。第15頁/共50頁2011.316影響耐火極限的因素

（1）材料的燃燒性能。材料的燃燒性能好，構(gòu)件耐火極限就低。

（2）構(gòu)件的截面尺寸。構(gòu)件的截面尺寸大，構(gòu)件的耐火極限就高。

（3）保護(hù)層的厚度。構(gòu)件的保護(hù)層厚度大，構(gòu)件的耐火極限就高。

第16頁/共50頁2011.3177.2.4耐火極限試驗裝置（一）燃燒試驗爐1、墻爐：適用于各類墻體、門窗的耐火試驗,3.06m×1.26m×3.05m2、梁板爐：適用于樓板、屋面板、梁、吊頂?shù)哪突鹪囼?.6m×4.6m×2.46m3、柱爐（天津與加拿大共同開發(fā)的項目）（1）燃燒爐特點：2.6m×2.6m×(3-4.2)m1）爐體：采用工業(yè)爐A型結(jié)構(gòu)：即232mm粘土質(zhì)耐火磚耐火層＋116mm厚硅藻土磚保溫層＋10mm厚硅酸鋁耐火纖維氈隔熱層＋5mm厚鋼板外殼，內(nèi)襯50mm厚耐高溫耐火纖維材料，試驗6h爐殼升溫只有12oC。2）燃燒室內(nèi)：每面墻設(shè)4個噴嘴，使?fàn)t溫均勻性好，左右分設(shè)煙道，每條5個排煙口，并設(shè)觀察孔，測溫孔。3）采用可升降的輕質(zhì)爐頂，擴(kuò)大試驗范圍。4）爐體前面采用插板吊裝爐門。第17頁/共50頁2011.318（2）試驗范圍1）種類：鋼柱、鋼砼柱、偏心柱2）約束情況（3）加載系統(tǒng)加載能力：軸向荷載、偏心荷載加載方式：液壓系統(tǒng)第18頁/共50頁2011.319（二）燃燒系統(tǒng)1、燃料的選擇：天然氣、煤氣、輕柴油2、噴嘴設(shè)置：小而多3、爐溫控制（1）增減燃燒噴嘴的數(shù)量（2）調(diào)整噴嘴的油壓及風(fēng)壓（3）調(diào)整煙道閘板的位置第19頁/共50頁2011.320（三）加載設(shè)備可模擬均布荷載、集中荷載、軸心荷載、偏心荷載。在試驗前一次加足，試驗中保持其大小及方向不變。

1、試驗荷載：應(yīng)按國家有關(guān)設(shè)計規(guī)范來確定，或有關(guān)設(shè)計單位提供的技術(shù)數(shù)據(jù)來確定。

2、加載型式主要包括墻—垂直加載，沿整個寬度通過加載梁加載；樓板和屋面板—均布加載；梁—垂直加載，折算成集中荷載；柱—垂直加載，分軸壓、偏心兩種情況。

3、加載設(shè)備：液壓方式、機(jī)械方式或重質(zhì)塊。第20頁/共50頁2011.321（四）測溫儀器1、爐內(nèi)溫度測量：絲徑為0.75-1.0mm熱電偶和記錄儀2、試件背火面溫度測量：絲徑為0.5mm的熱電偶與銅片焊接，并用石棉墊覆蓋。3、試件內(nèi)部溫度測量：把熱電偶預(yù)埋在構(gòu)件內(nèi)。（五）壓力、變形測試系統(tǒng)1、爐內(nèi)應(yīng)保持正壓2、水平構(gòu)件需測撓度第21頁/共50頁2011.3227.2.5建筑構(gòu)件的耐火試驗過程

（一）試件設(shè)計、安裝及加荷（二）試驗的開始和結(jié)束（三）測量與觀察1、測量的次數(shù)2、熱電偶布置3、試件變形測量4、試件完整性測量5、荷載測量及其它觀測（四）試驗報告第22頁/共50頁2011.323建筑中的燃燒試驗第23頁/共50頁2011.324墻爐第24頁/共50頁2011.325

防火門試驗第25頁/共50頁2011.326試驗爐右第26頁/共50頁2011.327試驗爐左第27頁/共50頁2011.328試驗結(jié)束后的防火門第28頁/共50頁2011.329第29頁/共50頁2011.330柱爐第30頁/共50頁2011.331控制室第31頁/共50頁2011.3327.3常用建筑構(gòu)件的耐火極限一、墻的耐火極限

1、普通粘土磚墻、鋼砼墻的耐火極限：大量試驗證明，耐火極限與厚度成正比。

厚度（mm）120180240370耐火極限（h）2.503.505.5010.50第32頁/共50頁2011.3332、加氣砼墻的耐火極限

耐火極限與厚度也基本是成正比。如加氣砼砌塊墻（非承重墻）

加氣混凝土是以硅質(zhì)材料（砂、粉煤灰及含硅尾礦等）和鈣質(zhì)材料（石灰、水泥）為主要原料，摻加發(fā)氣劑（鋁粉），經(jīng)加水?dāng)嚢?，由化學(xué)反應(yīng)形成孔隙，通過澆注成型、預(yù)養(yǎng)切割、蒸壓養(yǎng)護(hù)等工藝過程制成的多孔硅酸鹽制品。

厚度（mm）75100200耐火極限（h）2.506.008.00第33頁/共50頁2011.334

3、輕質(zhì)隔墻木龍骨——鋼絲網(wǎng)抹灰：0.85h

石膏板：0.30h

水泥刨花板：0.30h

板條抹灰：0.85h

鋼龍骨——單層石膏板：1.00h

雙層石膏板：1.00h以上第34頁/共50頁2011.3354、金屬墻板的耐火極限

采用鋁、鋼、鋁合金等薄板作兩面，中間或是空氣層或填礦棉、巖棉等隔熱材料，耐火極限可達(dá)1.50~2.00h。第35頁/共50頁2011.336二、柱的耐火極限

1、鋼砼柱的耐火極限

在通常情況下隨柱截面增大而增大。如C20砼柱：截面積（mm×mm)耐火極限（h）200×2001.40h300×3003.00h370×3705.00h2、鋼柱的耐火極限：0.25h第36頁/共50頁2011.337三、梁的耐火極限1、鋼砼梁的耐火極限：主要取決于主筋保護(hù)層的厚度。如非預(yù)應(yīng)力鋼砼簡支梁：保護(hù)層厚度（mm）10202530耐火極限（h）1.201.752.002.302、無保護(hù)鋼梁耐火極限：0.25h。第37頁/共50頁2011.338四、樓板的耐火極限簡支鋼砼圓孔空心板保護(hù)層厚度（mm）102030耐火極限（h）0.91.251.50預(yù)應(yīng)力鋼砼圓孔空心板保護(hù)層厚度（mm）102030耐火極限（h）0.40.70.85第38頁/共50頁2011.339五、吊頂?shù)哪突饦O限

木吊頂擱柵——鋼絲網(wǎng)抹灰：0.25h

板條抹灰：0.25h

紙面石膏板：0.25h

鋼絲網(wǎng)抹灰：0.25h

雙層石膏板：0.30h

鋼吊頂擱柵——石棉板：0.85h

第39頁/共50頁2011.340六、屋頂承重構(gòu)件——屋架無保護(hù)鋼屋架的耐火極限為0.25h；鋼砼屋架的耐火極限主要取決于保護(hù)層厚度，一般保護(hù)層厚度為25~30mm，耐火極限為1.50~1.70h。第40頁/共50頁2011.3417.4影響構(gòu)件耐火極限的因素及提高構(gòu)件耐火極限的措施一、影響構(gòu)件耐火極限的因素

（一）完整性

1、砼的含水量

2、構(gòu)件的接縫或填縫材料

（二）絕熱性

1、材料的導(dǎo)溫系數(shù)

2、構(gòu)件的厚度第41頁/共50頁2011.342（三）穩(wěn)定性（1）材料的燃燒性能。（2）有效荷載量值。（3）實際材料強(qiáng)度。（4）鋼筋混凝土梁支座截面優(yōu)于跨中截面。（5）鋼筋混凝土T形梁、十字形梁、花藍(lán)形梁優(yōu)于矩形梁。（6）鋼筋混凝土梁雙排配筋優(yōu)于單排配筋，二級鋼優(yōu)于一級鋼。第42頁/共50頁2011.343（7）連續(xù)梁優(yōu)于簡支梁。（8）鋼筋混凝土軸心受壓柱優(yōu)于小偏心受壓柱，小偏心受壓柱優(yōu)于大偏心受壓柱。（9）鋼筋混凝土偏心受壓構(gòu)件受拉邊受到保護(hù)時優(yōu)于受壓邊受到保護(hù)時。（10）鋼筋混凝土矩形柱優(yōu)于T形柱、L形柱、工形柱、十字形柱。（11）靠墻柱優(yōu)于四面受火柱。（12）截面（寬度）較大者優(yōu)于較小者。（13）鋼筋混凝土構(gòu)件配筋率低者優(yōu)于配筋率高者。（14）表面抹灰者優(yōu)于未抹灰者。（15）主筋保護(hù)層厚度大者優(yōu)于保護(hù)層厚度小者。

第43頁/共50頁2011.344二、提高構(gòu)件耐火極限的措施

1、處理好構(gòu)件接縫構(gòu)造，防止發(fā)生穿透性裂縫。2、使用導(dǎo)熱系數(shù)較低的材料，或加大構(gòu)件厚度以提高其絕熱性。3、使用非燃材料。4、采用T形、花藍(lán)形和十字形截面梁。5、改多跨簡支梁為連續(xù)梁。6、適當(dāng)加大主筋保護(hù)層厚度。7、采用低合金鋼。第44頁/共50頁2011.3458、改配較細(xì)的鋼筋，雙排配置，并把較粗的鋼筋配于截面中部和上層，較細(xì)的鋼筋配于截面角部和下層。9、增大截面，主要增大截面寬度，降低配筋率。10、構(gòu)件表面抹灰并驗收厚度。11、可能時在柱側(cè)面布置墻體以屏蔽熱量。12、采用截面長高比接近的矩形。13、軸心受壓和小偏心受壓柱提高混凝土強(qiáng)度等級。14、可能時減小柱偏心距。第45頁/共50頁2011.346作業(yè)1、鋼材為不燃材料，為什么鋼結(jié)構(gòu)在受火后約15分鐘出現(xiàn)變形和倒塌現(xiàn)象？2、混凝土爆裂的原因是什么？防止爆裂有哪些方法？3、影響耐火極限的因素有哪些？提高構(gòu)件耐火極限的措施有哪些？第46頁/共50頁2011.347加氣混凝土的概念加氣混凝土是以硅質(zhì)材料（砂、粉煤灰及含硅尾礦等）和鈣質(zhì)材料（石灰、水泥）為主要原料，摻加發(fā)氣劑（鋁粉），通過配料、攪拌、澆注、預(yù)養(yǎng)、切割、蒸壓、養(yǎng)護(hù)等工藝過程制成的輕質(zhì)多孔硅酸鹽制品。因其經(jīng)發(fā)氣后含有大量均勻而細(xì)小的氣孔，故名加氣混凝土。英文：Autoclavedaeratedconcrete(AAC)。第47頁/共50