混凝土柱耐火极限综述

张俊杰 许 诺 黄金龙

(黑龙江科技大学，黑龙江哈尔滨 150022)

柱是房屋、桥梁、水工等各种工程结构中最基本的承重构件，即建筑结构中最主要的承重构件之一。据统计，几十年来我国火灾给人民带来的人身伤害和重大财产损失不计其数。因此建筑结构在遭受火灾情况下对主要的承重构件柱子耐火极限的研究是十分有必要的。国内外学者就此做了一系列的实验研究和有限元模拟对柱的耐火极限进行研究。

1 混凝土柱耐火性国内外研究现状

1.1 普通混凝土柱

1.1.1 钢管混凝土耐火性

1)四面受火。Ding等进行的34根柱子的火灾，发现了初弯曲作用不大但在L/1 000时对耐火极限是最有益的;柱子内的钢管和柱子内的核心混凝土，两者之间粗的界面热阻在一定程度上也能提高钢管混凝土柱的耐火极限。查晓雄等在一些理论指导和实验研究的基础之上，对影响钢管混凝土耐火极限的一系列参数做了系统的理论研究，通过查等人的研究得出了:a.柱子的轴压比增大和柱子管壁增大都使构件耐火极限降低;b.框架结构的柱子的端部约束越多，越能提高钢管混凝土柱的耐火极限;c.柱子的截面尺寸增大则耐火极限提高。

日本的Inha提出一种耐火极限的计算方法，该方法能够应用于没有保护层的钢管外部情况。经过大量的实验研究之后，Lie等发现了是什么原因使柱子的承载能力一直很低，如果说在钢筋混凝土柱中配置一些钢筋，柱子的耐火极限会因为钢筋的存在而延长，由于配置钢筋会对柱子的截面尺寸有要求，Lie想出了钢纤维钢筋混凝土柱，这样不但能使柱子的开裂时间延长，而且还增加了柱子的承载力。经过多年长期的实验，Lie［1］终于研究出了一套耐火极限的计算公式。中国学者贺军利［2］对钢管混凝土柱对偏心、轴心受压两种情况进行了初步的探讨研究，在大量的回归计算基础上得到了耐火极限公式。2)非四面受火。吕学涛进行了4根三面受火和2根单面受火的方钢管混凝土柱的耐火试验，总结出了热对阻对钢管混凝土耐火极限的影响规律。同年，刘发起［3］做了三面受火钢管混凝土矩形柱的受火实验，得出了耐火极限简化计算公式。陶烨［4］经过对各参数的分析，并通过回归计算的方法推导出了相邻两面受火情况下方钢管混凝土柱耐火极限的公式。学者还对三面、相邻两面、相对两面以及单面受火柱的耐火极限进行了相互比较分析得出:耐火极限:单面受火＞相对两面受火＞相邻两面受火＞三面受火以及四面受火。

1.1.2 钢筋混凝土柱

1)四面受火。德国的 Hass、加拿大的 Lie和Wollerton、比利时的Dotreppe和Franssen分别做了不同数量的钢筋混凝土柱耐火极限的检测，为以后的实验研究做出了充足的准备。瑞典的Forsen编制出了一套能够算出在输入一定荷载情况下柱的耐火极限的名为CONFIRE的有限元程序。Lie也研发出了一种SAFIR软件，这种软件能够计算钢、混凝土和钢筋混凝土组合结构的抗火性。吴波、梁悦欢进行了受火情况下钢筋、混凝土随机强度的耐火极限的研究，对钢筋混凝土柱耐火极限进行了统计分析，得到柱的耐火极限是服从正态分布的。吴波，洪洲［5］在研究截面尺寸、荷载偏心率、轴压比和配筋率组合下的480种工况回归总结出了耐火极限的经验公式。

2)非四面受火。黄时飞［6］等在4 800种工况下对三面受火混凝土柱的受火实验研究中，推导出了耐火极限公式。徐玉野［7］对相邻和三面受火的钢筋混凝土矩形柱进行了耐火极限的研究，此次研究中引入了新的参量荷载角，在研究11 520种工况中推导出了耐火极限的经验公式。

表1 各类型柱耐火极限公式

1.1.3 型钢混凝土柱

1)四面受火。Hass进行了40根型钢混凝土柱耐火极限试验。ECCS提出了在已定条件下的型钢混凝土柱耐火极限设计曲线。Eurocode4计算出了型钢混凝土柱达到耐火极限时型钢和混凝土尺寸的最小值。同济大学的张彬［8］对钢骨混凝土柱即型钢混凝土柱进行了耐火极限各种参数的影响研究。综合并总结7种因素的影响规律，得出了相对准确的型钢混凝土耐火极限的简化计算公式。

2)非四面受火。李丽丽［9］和高伟华［10］分别做了小偏心荷载和大偏心荷载在三面受火情况下两个型钢混凝土柱的火灾实验，通过各参数对耐火极限的影响，归纳出了型钢混凝土在受拉、压侧受火的简化计算公式。

1.2 混凝土异形柱

徐玉野、吴波［11］分别对11根钢筋混凝土异形柱进行了标准升温情况下的耐火性研究，并在大量的实验研究的基础上给出了精度较高的钢筋混凝土异形柱耐火极限的简化计算公式。分别对三种类型截面的异形柱在不同工况下的耐火性进行了研究。

荆亚涛对三榀钢筋混凝土异形柱框架做火灾实验，在高温下和梁柱刚度比、荷载比对钢筋混凝土异形柱耐火极限等的影响分析。

徐玉野［12］等对T形截面柱受火在15 552种工况条件下，并在三种典型的受火方式下进行研究，推导出了考虑荷载偏心率、配筋率、截面尺寸、轴压比、计算长度和荷载角等参数情况下的耐火极限简化公式。各类型柱耐火极限公式见表1。

2 对混凝土柱的展望

型钢混凝土异形柱结构作为一种新型的型钢混凝土构件除了具备异形柱能够加大建筑结构室内使用面积、能有效的避免柱子在建筑结构室内的凸出并且具有很好的建筑美观效果的优点之外，还兼具备型钢混凝土结构延性好、变形能力优、承载力大、不易开裂和耗能能力好的特点，因此型钢混凝土异形柱在未来必将有广阔的前景并得到更广泛的应用。

3 结语

本文对混凝土柱结构耐火极限做了较为完整的简要综述。总结了各类型柱在四面或非四面受火情况下的耐火极限，并总结了各位学者推导出的耐火极限简化公式。对混凝土柱结构做了展望，但由于国内外对型钢混凝土异形柱的研究尚处在起步阶段，对其耐火极限的研究更是空白，由此可见对型钢混凝土耐火极限的研究有着非常重要的意义。希望本文对以后各位学者在这方面的研究有一定的借鉴作用。

［1］Lie T T，Irwin R J.Fire Resistance of Rectangular Steel Columns Filled with Bar-Reinforced Concrete［J］.Journal of Structural Engineering，1995，121(5):797-805.

［2］贺军利，钟善桐.钢管混凝土柱耐火性能研究初探［J］.消防科技，1997(4):3-5.

［3］刘发起.三面受火的矩形钢管混凝土柱抗火性能研究［D］.哈尔滨:哈尔滨工业大学土木工程学院，2010.

［4］陶 烨.相邻两面受火的方钢管混凝土柱温度场与耐火极限研究［D］.哈尔滨:哈尔滨工业大学硕士学位论文，2011.

［5］吴 波，洪 洲.钢筋混凝土柱的耐火极限研究［J］.自然灾害学报，2005，14(5):119-126.

［6］黄时飞，唐贵和，赵良恒.三面受火高强混凝土柱耐火极限研究［J］.工程结构，2008，28(1):140-142.

［7］徐玉野，王全凤，柴振岭.相邻两面受火和三面受火混凝土矩形柱的耐火极限研究［J］.工程结构，2008，25(11):70-77.

［8］张 彬.钢管混凝土柱耐火极限的研究［D］.上海:同济大学硕士学位论文，2007.

［9］李丽丽.小偏心荷载作用下三面受火型钢混凝土(SRC)柱耐火极限研究［D］.苏州:苏州科技学院硕士学位论文，2011.

［10］高伟华.大偏心荷载作用下3面受火SRC柱耐火极限研究［D］.苏州:苏州科技学院硕士学位论文，2011.

［11］吴 波，徐玉野.钢筋混凝土T形柱的耐火极限研究［J］.土木工程学报，2007，40(3):32-39.

［12］徐玉野，王全凤，邱政和.典型受火方式下等肢T形柱的耐火性能［J］.华侨大学学报，2010，31(2):118-223.