火灾后预应力型钢混凝土结构受力性能研究现状分析

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(山西建筑职业技术学院，山西 太原 030006)

引言

当前，随着我国经济的发展和科技的进步，人们对建筑物的使用功能要求日渐提高。因此，现在的建筑设计进入了设计体型越来越复杂、功能越来越多样的时代。我们周边的高层及超高层建筑逐渐增多，各种大跨度、重载结构不断涌现出来。预应力型钢混凝土结构由于其刚度大、承载力高、抗震性能好等优点，主要在重载结构、大跨和高层及超高层建筑的转换结构等关键的结构构件中应用，因此保证这些关键部位重要构件的安全以及增强其抵御灾害的能力，对于提高整个建筑结构的可靠性至关重要。

为提高预应力型钢混凝土结构在火灾作用下的受力性能，减轻火灾造成的损失，本文对当前我国预应力型钢混凝土结构的耐火性能研究进行了简要归纳和评述，以方便预应力型钢混凝土结构工程中选用。

1 预应力型钢混凝土结构

预应力型钢混凝土结构是结合了预应力结构和型钢混凝土结构的双重优点的一种新型组合结构体系。型钢混凝土结构在普通混凝土构件中配置了型钢，提高了结构的承载能力和刚度。同时与纯钢结构建筑相比，还节省了大量钢材，降低了造价。但是，随着结构跨度的增加或者荷载的加大，型钢混凝土结构的优越性就会受到限制，例如正常使用极限状态的限制(如裂缝控制条件)会超出规范要求。为了改善结构构件在正常使用阶段的工作性能，特在型钢混凝土结构中引入了预应力技术，其优点是可以有效地改善结构使用阶段的性能(如控制裂缝和消除结构挠度等)[1]。因此形成了一种新型组合结构——预应力型钢混凝土结构。目前，该组合结构在不少的工程中已有应用，如山西晋中市榆次文化中心大跨结构、山东世界贸易中心叠层空腹桁架大跨度转换结构、南京金山大厦大跨度转换结构以及济南第十一届全运会综合训练馆大跨度结构等，都成功采用了预应力型钢混凝土结构[2]。由此可见，预应力型钢混凝土结构在今后的大跨、重载结构以及高层或超高层结构的转换层有很好的应用前景。

2 火灾的危害

在各种自然灾害中，火灾是最经常、最普遍的威胁公众安全和社会发展的主要灾害之一。火灾的发生对人们的生命财产安全及社会稳定都造成了巨大的危害。根据联合国“世界火灾统计中心”(WFSC)近年来的统计，全世界每年大约发生600多万起火灾，全球每年死于火灾的人数约有6.5万～7.5万人[3]。在各种火灾事故中，建筑火灾发生的数量最多，造成的经济损失和人员伤亡在所有火灾事故中所占的比例也最大。至今，国内外建筑火灾给人类带来的巨大灾难和惨痛教训不胜枚举。2001年，美国“911恐怖袭击事件”中，纽约世界贸易中心的两幢摩天大楼在遭到飞机的猛烈撞击后倒塌，造成大楼内2 600余人死亡。事后权威部门调查发现，大楼的整体倒塌不是因为飞机的撞击和爆炸造成的，而是由于爆炸引发的大火造成[3]。2009年2月9日，央视主体大楼北侧的配楼“北京文化东方酒店”发生特大火灾，该酒店建筑高约130 m，东、南两面着火，火势有80～100 m高，大火持续6 h，造成直接经济损失16 383万元。据统计，全世界每年的火灾造成的经济损失可达整个社会生产总值的0.2%，火灾的间接损失更是直接损失的3倍左右。

火灾对预应力型钢混凝土组合构件的受力性能影响极大，构件截面温度梯度的作用可能使结构产生较大的温度应力和变形。在火灾作用下，组合构件的材料强度和弹性模量降低，改变了原有结构的破坏形态，降低了结构的承载能力。因此，开展预应力型钢混凝土组合构件抗火性能的研究，对于提高此类工程的耐火性能尤为重要。

3 火灾后预应力型钢混凝土结构受力性能研究现状

人们在意识到火灾对人类生命和财产造成的危害后，便开始重视建筑结构的耐火性能研究，世界上许多国家建立了结构耐火性能研究中心。例如，英国建成了目前世界上最先进的建筑火灾实验室，可以对高达10层的结构进行足尺耐火性能试验。我国对建筑结构耐火性能的研究虽然起步较晚，但目前已经取得了一定的研究成果。本文对火灾后预应力型钢混凝土结构的研究成果进行了归纳(见表1)，分析了目前研究的主要内容及方向，汇总了初步的研究结果。

表1 国内对预应力型钢混凝土结构耐火性能的研究

从表1可见，关于预应力型钢混凝土结构在火灾后的受力性能研究，大多数从简支梁、单根柱或普通板等各个简单的构件入手研究其火灾后的受力性能，采用的研究方法大部分是通过试验获取数据，进而推导出相应的计算公式，或者直接采用有限元软件进行数值模拟。但是，在实际结构遭遇火灾情况时，远非一根梁或一根柱在简单地抵抗火灾作用，而是整个结构在抵抗，此时结构的整体受力性能是比较复杂的。为了提高整体结构的耐火性能，有必要在当前研究的基础上开展进一步的研究。

4 结语

对于火灾后预应力型钢混凝土结构力学性能的研究尚处于初级阶段，大部分研究者是针对灾后某个结构构件受力性能的研究。结论的获取大部分是通过试验或者数值模拟而来，但是实际灾害发生后的情况远非如此简单，因此今后应在此基础上对整体结构在火灾后的受力性能及结构灾后的损伤定位情况进行深入研究。如果能得到对今后预应力型钢混凝土结构的耐火设计有一定的指导意义的结论，则为该结构的应用提供了更广阔的应用前景。

另外，火灾的发生在多数情况下是地震或者碰撞、爆炸后产生的次生灾害，造成重大人员伤亡和财产损失的真正原因正是由次生灾害引发的。因此，今后还应研究预应力型钢混凝土结构构件在先发生地震或者撞击、爆炸后发生火灾的情况下的受力性能，为预应力型钢混凝土结构在实际工程中的运用提供参考，这具有重要的意义。

参考文献：

[1] 于德帅.预应力型钢混凝土结构耐火性能试验研究[D].济南：山东建筑大学，2011.

[2] 商圣强.火灾作用下预应力型钢混凝土梁承载性能试验研究与理论分析[D].济南：山东建筑大学，2012.

[3] 韩建.预应力型钢混凝土梁火灾后的力学性能试验研究[D].济南：山东建筑大学，2011.

Abstract：This paper states the features of pretensioning-type steel reinforced concrete structure system，then the author summarizes and analyses the research achievement of pretensioning-type steel reinforced concrete structure loaded property after fire.This article presents suggestions for future research direction.

Key words：steel reinforced concrete；pretensioning；fire resistance