第7章建筑構(gòu)件的耐火試驗(yàn).ppt

第7章建筑構(gòu)件的耐火試驗(yàn),2011.3,西安科技大學(xué)安全教研室李莉,2,7.1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(shí)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(shí)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。,2011.3,西安科技大學(xué)安全教研室李莉,3,三、可燃燒體：用燃燒材料做成的構(gòu)件?？扇紵圆牧希涸诳諝庵杏龅交馃蚋邷刈饔脮r(shí)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。,2011.3,西安科技大學(xué)安全教研室李莉,4,7.2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(shí)間溫度標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行耐火試驗(yàn)，從受火作用時(shí)起，到構(gòu)件失去穩(wěn)定性或完整性或絕熱性(隔火作用)時(shí)止，這段抵抗火的作用時(shí)間，稱為耐火極限，通常用小時(shí)（h）來表示。,2011.3,西安科技大學(xué)安全教研室李莉,5,1)失去穩(wěn)定性：構(gòu)件在試驗(yàn)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5102)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10010020mm，停留時(shí)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(diǎn)溫度超過初始溫度180或任一測點(diǎn)溫度達(dá)到220。,2011.3,西安科技大學(xué)安全教研室李莉,6,2.耐火極限的判定分隔構(gòu)件：失去完整性或絕熱性承重構(gòu)件：失去穩(wěn)定性承重分隔構(gòu)件：由穩(wěn)定性、完整性、絕熱性三個(gè)條件控制3.建筑構(gòu)件耐火極限的意義為正確制定和貫徹建筑防火法規(guī)提供科學(xué)依據(jù)。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。為火災(zāi)燒損后建筑結(jié)構(gòu)的加固工作提供依據(jù)。是衡量建筑物耐火等級的主要指標(biāo)。,2011.3,西安科技大學(xué)安全教研室李莉,7,7.2.2建筑構(gòu)件的耐火試驗(yàn)條件,建筑構(gòu)件耐火試驗(yàn)方法GB/T99782008代替GB/T99781999標(biāo)準(zhǔn)耐火試驗(yàn)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(shí)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(gè)階段：OA火災(zāi)初起階段AC火災(zāi)發(fā)展階段C點(diǎn)以后火災(zāi)熄滅階段,2011.3,西安科技大學(xué)安全教研室李莉,8,在實(shí)際的火災(zāi)中，每一起火災(zāi)的時(shí)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(shí)驗(yàn)，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(shí)間-溫度標(biāo)準(zhǔn)曲線。時(shí)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(shí)驗(yàn)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(yàn)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(shí)間有一個(gè)統(tǒng)一的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。,2011.3,西安科技大學(xué)安全教研室李莉,9,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(yàn)加熱時(shí)間，minTt時(shí)刻爐內(nèi)溫度，T0爐內(nèi)初始溫度，,應(yīng)在540范圍內(nèi)。,2011.3,西安科技大學(xué)安全教研室李莉,10,圖7.1標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間-溫度曲線,2011.3,西安科技大學(xué)安全教研室李莉,11,（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(yàn)開始5min后壓力值為（155）Pa，10min后壓力值為（173）Pa。2.垂直構(gòu)件試驗(yàn)爐運(yùn)行時(shí)，應(yīng)控制試件底面以下100mm處的水平面或者檢測梁時(shí)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(yàn)荷載設(shè)計(jì)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,2011.3,西安科技大學(xué)安全教研室李莉,12,（四）構(gòu)件的約束及邊界條件反映構(gòu)件實(shí)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(shí)際中的使用情況2、尺寸：應(yīng)與實(shí)際尺寸相同，當(dāng)構(gòu)件尺寸試驗(yàn)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,2011.3,西安科技大學(xué)安全教研室李莉,13,7.2.3耐火極限的判定條件,（一）失去穩(wěn)定性構(gòu)件在試驗(yàn)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。,2011.3,西安科技大學(xué)安全教研室李莉,14,（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(gè)條件之一試件背火面測溫點(diǎn)平均溫升達(dá)140；試件背火面測溫點(diǎn)任一點(diǎn)溫升達(dá)180.,2011.3,西安科技大學(xué)安全教研室李莉,15,建筑構(gòu)件耐火極限的三個(gè)判定條件，實(shí)際應(yīng)用時(shí)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。,2011.3,西安科技大學(xué)安全教研室李莉,16,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。,2011.3,西安科技大學(xué)安全教研室李莉,17,7.2.4耐火極限試驗(yàn)裝置,（一）燃燒試驗(yàn)爐1、墻爐：適用于各類墻體、門窗的耐火試驗(yàn),3.06m1.26m3.05m2、梁板爐：適用于樓板、屋面板、梁、吊頂?shù)哪突鹪囼?yàn)3.6m4.6m2.46m3、柱爐（天津與加拿大共同開發(fā)的項(xiàng)目）（1）燃燒爐特點(diǎn)：2.6m2.6m(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(yàn)6h爐殼升溫只有12C。2）燃燒室內(nèi)：每面墻設(shè)4個(gè)噴嘴，使?fàn)t溫均勻性好，左右分設(shè)煙道，每條5個(gè)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(yàn)范圍。4）爐體前面采用插板吊裝爐門。,2011.3,西安科技大學(xué)安全教研室李莉,18,（2）試驗(yàn)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),2011.3,西安科技大學(xué)安全教研室李莉,19,（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,2011.3,西安科技大學(xué)安全教研室李莉,20,（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(yàn)前一次加足，試驗(yàn)中保持其大小及方向不變。1、試驗(yàn)荷載：應(yīng)按國家有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范來確定，或有關(guān)設(shè)計(jì)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(gè)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。,2011.3,西安科技大學(xué)安全教研室李莉,21,（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,2011.3,西安科技大學(xué)安全教研室李莉,22,7.2.5建筑構(gòu)件的耐火試驗(yàn)過程,（一）試件設(shè)計(jì)、安裝及加荷（二）試驗(yàn)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(yàn)報(bào)告,2011.3,西安科技大學(xué)安全教研室李莉,23,建筑中的燃燒試驗(yàn),2011.3,西安科技大學(xué)安全教研室李莉,24,墻爐,2011.3,西安科技大學(xué)安全教研室李莉,25,防火門試驗(yàn),2011.3,西安科技大學(xué)安全教研室李莉,26,試驗(yàn)爐右,2011.3,西安科技大學(xué)安全教研室李莉,27,試驗(yàn)爐左,2011.3,西安科技大學(xué)安全教研室李莉,28,試驗(yàn)結(jié)束后的防火門,2011.3,西安科技大學(xué)安全教研室李莉,29,2011.3,西安科技大學(xué)安全教研室李莉,30,柱爐,2011.3,西安科技大學(xué)安全教研室李莉,31,控制室,2011.3,西安科技大學(xué)安全教研室李莉,32,7.3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(yàn)證明，耐火極限與厚度成正比。,2011.3,西安科技大學(xué)安全教研室李莉,33,2、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。,2011.3,西安科技大學(xué)安全教研室李莉,34,3、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,2011.3,西安科技大學(xué)安全教研室李莉,35,4、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)1.502.00h。,2011.3,西安科技大學(xué)安全教研室李莉,36,二、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：,2、鋼柱的耐火極限：0.25h,2011.3,西安科技大學(xué)安全教研室李莉,37,三、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：,2、無保護(hù)鋼梁耐火極限：0.25h。,2011.3,西安科技大學(xué)安全教研室李莉,38,四、樓板的耐火極限,簡支鋼砼圓孔空心板,預(yù)應(yīng)力鋼砼圓孔空心板,2011.3,西安科技大學(xué)安全教研室李莉,39,五、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,2011.3,西安科技大學(xué)安全教研室李莉,40,六、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2530mm，耐火極限為1.501.70h。,2011.3,西安科技大學(xué)安全教研室李莉,41,7.4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,2011.3,西安科技大學(xué)安全教研室李莉,42,（三）穩(wěn)定性（1）材料的燃燒性能。（2）有效荷載量值。（3）實(shí)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。,2011.3,西安科技大學(xué)安全教研室李莉,43,（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(shí)優(yōu)于受壓邊受到保護(hù)時(shí)。（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。,2011.3,西安科技大學(xué)安全教研室李莉,44,二、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。,2011.3,西安科技大學(xué)安全教研室李莉,45,8、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(yàn)收厚度。11、可能時(shí)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(shí)減小柱偏心距。,2011.3,西安科技大學(xué)安全教研室李莉,46,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？,2011.3,西安科技大學(xué)安全教研室李莉,47,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)。,2011.