建筑结构抗火设计问题研究

郭海明

(赣州振华装饰工程有限公司)

建筑结构抗火设计问题研究

郭海明

(赣州振华装饰工程有限公司)

高层建筑的火灾已经成为危害人们生命财产安全的主要灾害之一，仅仅依靠高层建筑内部的消防系统是无法完全解决火灾造成的损失。现代建筑大多数是由钢结构与钢筋混凝土结构作为承重结构。这些材料在持续的高温作用下，很容易出现变形或温度变化不均匀等，继而发生建筑物坍塌事件。本文主要针对目前我国建筑结构扛活设计方法的不足讨论，探究我国建筑结构抗火设计应有的发展方向。

建筑结构；抗火设计；设计问题

引言

现代建筑物大部分是采用钢筋混凝土结构或钢结构建设的，虽然这两种材料本身就是热惰性材料，在火灾中并不会燃烧。但如果火灾的温度过高，热惰性材料的性质也会发生变化。当周围的温度达到300℃以上，钢材的承载力和耐火极限就会出现严重的下降；当周围的温度达到400℃的时候，混凝土材料就会在截面上出现不均匀温度场，继而改变截面的应力分布情况[1]。这些都会对建筑结构产生致命的破坏。

1.我国建筑结构抗火设计方法的不足

1.1 建筑结构抗火等级的划分不全面

我国目前所使用的建筑结构抗火设计方法是依据建筑物的性质、重要性、扑救难度来确定及抗火等级的，然后再考虑建筑建构的抗火稳定性。这样的抗火设计方法全面没有考虑建筑物的火灾荷载量的大小所造成的影响，而是过于强调建筑物失火的可能性。

发生火灾时，火灾荷载较大的建筑物的温度会在短时间内升高，火灾的燃烧时间也长，如此必然会对建筑结构造成重大的损伤。如果建筑物的火灾荷载较小，其温度就不会在短时间升高，燃烧的时间也就缩短，对建筑结构的负面影响自然也就会降低[2]。当建筑物的火灾荷载量大小相等时，火灾房间的形状、火灾与空气的接触程度以及火灾热量的散发的不同也会对建筑结构产生不同的作用。

1.2 对于建筑物的抗火极限的计算过于粗糙

建筑物的抗火极限的计算是需要在一定的条件下，根据有限次数的抗火实验的结果才能得到其抗火极限的正确数值。但由于影响抗火实验的结果因素比较多，因此很难得到一个较为合理且正确的抗火极限数值。在我国现有的建筑结构的抗火设计中，对于柱的抗火极限是按照截面尺寸来计算的，忽视了截面的配筋情况、受力状态及长度等因素的影响[3]。对于梁的抗火极限也仅仅是从其配筋情况进行计算，没有考虑到配筋的具体种类与荷载大小、截面的形状等因素。由于对于抗火极限的计算过于粗糙，在火灾中出现结构失效导致坍塌或局部失效的情况的几率自然比较高。

2.关于建筑结构抗火设计的方向

2.1 加大对建筑材料性能、热传导及温度场分布的研究

由于混凝土与钢材的化学成分本身就存在很大的差异性，因此在高温的影响下二者的力学性能是一定会产生离散性的。因此要对不同的建筑材料进行实验，以确定其基本的性能和变化情况。尽量选择即便在高温下也具有良好性能的建筑材料，以提升建筑结构的抗火性能。通过计算建筑材料的热传统及热度场的分布情况，来确定钢筋保护层的厚度及选择建筑表面的防火材料，以提升建筑结构的抗火性能。

2.2 重视对建筑结构在火灾下的可靠度分析

目前使用概率计算的方式来评估工程建筑结构的安全度已经成为工程界内最常使用的方式。但该方式是否在火灾中也同样使用，还需要进一步的研究。因为当火灾发生几率、火灾的持续时间、峰值强度及结构所承载的火灾负载都充满了不确定性。而一些建筑材料会在高温条件下出现离散型，进而影响到建筑结构的抗火性能。因此重视建筑结构在火灾中的可靠度将是提升建筑结构抗火性能设计中的一个重要课题。

2.3 做好火灾后的鉴定与修复工作

由于经济条件或技术条件的限制，一些建筑在设计或施工是往往没有采取必要的抗火措施，导致在发生火灾后出现建筑结构破坏、倒塌的事件。我国对于火灾后的鉴定与修复工作的研究还处于起步阶段，大多数建筑在经历火灾时发生建筑结构破坏或坍塌后，只能废弃或重新建筑。这样无疑加重了火灾之后的重建工作的经济压力。在火灾后对建筑进行修复加固，并加大对火灾后重建建筑结构的抗火性能的鉴定，尽可能的提升建筑结构的抗火性能。

2.4 研究并建立建筑结构抗火设计计算机模块

根据相关研究可以了解，对特定结构进行火灾全过程非线性有限元分析在理论上是行的通的，但由于其运算过程非常的繁琐复杂，因此并没有建立有效的计算模型，被广泛的应用。但相关人员可以以此为基础，运用先用的结构设计软件，建立一个操作简单、概念清晰且计算准确度较高的计算机程序，用于提升建筑结构抗火性能设计的计算。一旦该计算机模块被设计出，将会大大提升建筑结构的抗火性能，提升抗火设计的有效性和实操性。

结论

随着人们对现代建筑的安全性要求越来越高，建筑结构不仅要具备应有的消防系统、抗震性能，还有应该具备足够的抗火性能。当建筑发生火灾时，如果其具备良好的抗火性能，不仅能够有效的防止火势的蔓延，为人们疏散、逃离争取到足够的时间，还能在火灾之后对建筑进行再次使用，大大降低了火灾造成的损失。但目前我国对于建筑结构的抗火性能并没有一个专业的、有效的、准确的设计方式。对于建筑结构抗火等级的划分不全面及抗火极限的计算过于粗糙，都导致因火灾造成的建筑物破坏、坍塌的事件时有发生。因此，在加大对建筑结构抗火设计的理论研究的同时，还要加大对其实验数据的收集，为建立有效的计算机模型提供前提条件。

[1]卢文清,李振华.由典型火灾论钢结构建筑防火与抗火设计[J].山西建筑, 2015,23:19-20.

[2]丁志耀. 钢结构抗火性能化设计若干问题分析[J]. 中国科技投资,2012, 26:80.

[3]张玉锁. 我国现行结构抗火设计的问题及对策[J]. 山西建筑,2003,04:6-7.

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1007-6344（2016）08-0073-01