高层建筑结构防火探讨

高层建筑结构防火探讨

论文栏目:高层建筑论文

1高层建筑结构的性能分析
1．1建筑构件材料的性能分析高层建筑结构主要包括三方面:钢结构、预应力钢筋混凝土、钢筋混凝土结构，这三种结构的材料主要是混凝土和钢材。混凝土是一种水硬性复合材料，由水泥、骨料构成，用水和外加剂将其搅拌并硬化。高温下，混凝土内部受热分解，改变力学性能。温度不同时，混凝土会有不同的损坏:当超过100℃时，混凝土排出的是游离水;超过200℃时，混凝土排出化学结合水;达到350℃时，会造成铝酸钙和硅酸钙的脱水;而当超过570℃时，氢氧化钙粒子进行脱水分解，破坏混凝土的内部结构，降低物理强度。此外，混凝土的弹性也会受高温影响，500℃时，其结构的弹性只能达到原来的一半，当达到700℃时，弹性就降为原来的25%以下。由此我们可以看出，高温时对混凝土结构的防火性能影响较大。由于钢材的品种、规格不尽相同，但总体来说，无论是哪一品种，其耐火性能都不高，随着温度的升高，其弹性和强度都会大大降低。此外这种变化与钢材的负荷水平、温度上升的速度以及高温蠕变有关。1．2基本构件的性能高层建筑物的基本构件一般包括:墙体、梁、柱、板、屋架等。火灾发生时，高温条件下基本构件的力学性能发生变化，其内部结构由于形变被破坏，从而降低构件的承载力。墙，在高层建筑中起到了承重和围护的作用，一般有两种类型:钢筋混凝土墙、粘土砖墙。发生火灾时，墙体受热不均匀，产生热应力，这种力会造成墙体龟裂，进而影响墙体的承载力。柱，在高层建筑中是一种竖向的受压构件，起到承载楼板的作用，一般采用钢材料或钢筋混凝土材料。其中，在高温条件下，钢筋混凝土柱会降低其强度和弹性，造成形变，由于这种材料是有钢筋和混凝土两种材料混合握裹的，因此，形变会破坏握裹，最终影响柱的防火性能。梁，在高层建筑中起到支撑的作用。通常使用钢材料或者钢筋混凝土材料。通常都是在常温下设计的，而火灾发生时，过高的温度使梁的力学性能发生改变，严重影响梁的耐火性能。楼板，作为直接承载的水平构件，无论是低层建筑还是高层建筑，都起到了分隔楼层和传递荷载的作用。而楼板的耐火性能取决于板的支承条件和保护层厚度，而钢筋混凝土楼板在火灾中的耐火极限要高于预应力楼板。当超出极限值时，就会使楼板失去支承力而坍塌。1．3高层建筑物的结构性能对高层建筑物而言，其结构通常是多层框架的，材料也一般选用钢筋和混凝土两种，而这两种材料在高温条件下其弹性和强度都会明显下降，加之内部结构形变，承载力下降，进而引起建筑物坍塌。
2高层建筑结构的防火设计
2．1设计思想依据国家对高层建筑结构防火体系的相关规定，在设计中必须采取切实有效的防火措施，要求在经济合理的条件下保障人员安全，在规定的时间内，结构不得超出耐火性能的极限值，保证不会破坏结构，且在火灾后可以进行维修。基于以上的要求，我们设计时的基本思想就是要提高高层建筑的基本构件的耐火极限，最大限度地为消防人员的扑救以及人员的安全逃离提供时间。2．2民用高层建筑设计防火规范我国《高层民用建筑设计防火规范》GB50045－95(2001版)中规定:依据火灾危险性、使用性质以及扑救的难度，民用高层建筑，其耐火等级一般分为两级，即:一级和二级，且一类建筑物的耐火等级要高于二级。此外，对高层建筑的地下室和裙房的防火等级也做出规定，即:地下室是一级，裙房应高于二级。因此，基本构件的耐火性能直接影响着结构的耐火性能，由耐火极限决定。耐火极限按照时间—温度标准曲线确定。2．3高层建筑的防火设计在设计高层建筑的防火体系时，要对建筑的基本构件的耐火极限有严格要求。在极限所允许的范围内，保证消防人员及时扑救和人员的安全撤离。而基本构件设计的基础是概率理论，即:按照建筑结构能承受的耐火极限，建立相关的模型，理论计算防火系数Ｒf;利用力学的理论计算在温度和有效荷载的作用下构件的荷载效应Sf;对两者进行比较，要求Ｒf＞Sf，这样可以保证结构的稳定，符合要求。当Ｒf小于等于Sf时，需要重新设计。下文分别阐述了由钢材料和钢筋混凝土材料构成的结构的防火设计。2．3.1钢筋混凝土结构的防火设计为了避免在火灾中发生整体倒塌，在钢筋混凝土结构的防火设计中，首先要确定防火等级，依据不同的等级的防火要求确定火灾的设计荷载。一般可以将火灾产生的高温效应看做是一种荷载，考虑其与结构上的其他荷载共同产生的影响，估计其概率极限，并进行详细的防火设计。2．3.2钢结构的防火设计为保证发生火灾时钢结构的构件不被破坏，该设计要求实际的耐火时间要大于耐火极限。就目前的技术而言，以承载的极限状态为标准，在高温条件下，考虑到温度应力的影响，计算构件的内部温度以及内力，确定高温下材料的参数，并设计一定的防火覆盖厚度。最后，根据构件的材料和受载的类型，对耐火极限值以及极限状态进行验算，做出切实有效的防火构造设计。