钢结构耐火极限

概述
建筑构件按其燃烧性能分为三大类：
一、不燃烧体：用不燃材料制成的构件。不燃材料指的是在空气中遇到火烧或高温作用时不起火、不微燃、不炭化的材料。如砖、石、钢材、砼等。
二、难燃烧体：用难燃性材料做成的构件或用燃烧性材料做成而用不燃烧材料做保护层的构件。难燃性材料是指在空气中遇到火烧或高温作用时难起火、难微燃、难炭化，当火源移走后燃烧或微燃立即停止的材料。如经过 阻燃处理的木材、沥青砼、水泥刨花板等。
三、燃烧体：用燃烧材料做成的构件。燃烧性材料是指在空气中遇到火烧或高温作用时立即起火或微燃，且火源移走后仍继续燃烧或微燃的材料。如木材。

建筑构件的耐火极限：
一、定义
对任一建筑构件，按照时间—温度标准曲线进行耐火试验，从受火作用时起，到构件失去稳定性或完整性或绝热性时止，这段抵抗火的作用时间，称为耐火极限，通常用小时（h）来表示。
二、标准时间—温度曲线（标准火灾升温曲线）
回忆第一章内容：室内火灾发展过程分为三个阶段：
OA—火灾初起阶段
AC—火灾发展阶段
C点以后—火灾熄灭阶段
我国决定采用国际标准ISO834规定的标准火灾升温曲线：
其中t—试验加热时间，min
T—t时刻炉内温度，℃
T0—炉内初始温度，℃
三、耐火极限的判定条件
（一）失去稳定性
构件在试验过程中失去支持能力或抗变形能力。
（1）外观判断：如墙发生垮塌；梁板变形大于L/20；柱发生垮塌或轴向变形大于h/100（mm）或轴向压缩变形速度超过3h/1000（mm/min）；
（2）受力主筋温度变化：16Mn钢，510℃。
（二）失去完整性
适用于分隔构件，如楼板、隔墙等。失去完整性的标志：出现穿透性裂缝或穿火的孔隙。
（三）失去绝热性
适用于分隔构件，如墙、楼板等。
失去绝热性的标志：下列两个条件之一
试件背火面测温点平均温升达140℃；
试件背火面测温点任一点温升达180℃.
建筑构件耐火极限的三个判定条件，实际应用时要具体问题具体分析：
（1）分隔构件（隔墙、吊顶、门窗）：失去完整性或绝热性；
（2）承重构件（梁、柱、屋架）：失去稳定性；
（3）承重分隔构件（承重墙、楼板）：失去稳定性或完整性或绝热性。
四、耐火极限试验装置
（一）燃烧试验炉
1、墙炉：适用各类墙体、门窗的耐火试验。3.06m ×1.26m × 3.05m
2、梁板炉：适用于楼板、屋面板、梁、吊顶等构件的耐火试验。3.6m ×4.6m ×2.46m。
3、柱炉：天津所与加拿大共同开发的一个项目，达到国际先进水平。2.6m×2.6m×（3~4.2)m
（二）燃烧系统
1、燃料的选择：可采用轻柴油、天燃气、煤气或丙烷气等。
2、喷咀的设置：要求小而多。
3、炉温控制：
（1）增减燃烧喷咀的数量；
（2）调喷咀的油压及风压；
（3）调整烟道闸板的位置。
（三）加载系统
可模拟均布荷载、集中荷载、轴心荷载、偏心荷载。在试验前一次加足，试验中保持其大小及方向不变。
1、试验荷载：应按国家有关设计规范来确定，或有关设计单位提供的技术数据来确定。
2、加载型式
墙—垂直加载，沿整个宽度通过加载梁加载；
楼板和屋面板—均布加载；
梁—垂直加载，折算成集中荷载；
柱—垂直加载，分轴压、偏心两种情况。
3、加载设备：液压方式、机械方式或重质块。
（四）测温系统
1、炉内温度测量：丝径为0.75~1.00mm热电偶和记录仪。
2、试件背火面的温度：丝径为0.5mm的热电偶与铜片焊接，并用石棉堑覆盖。
3、试件内部温度测量：把热电偶预埋在构件内。
（五）压力、变形测试系统
1、炉压应保持正压，用压力传感器来测试。
2、水平构件需测挠度，可用测挠仪。
（六）试件要求
试件尺寸、制作养护、安装固定与实际一致。
（七）防火门耐火试验图片
常用建筑构件的耐火极限 ：
一、墙的耐火极限
1、普通粘土砖墙、钢砼墙的耐火极限大量试验证明，耐火极限与厚度成正比。
厚度（mm） 120 180 240 370
耐火极限（h） 2.50 3.50 5.50 10.50
2、加气砼墙的耐火极限
耐火极限与厚度也基本是成正比。
如加气砼砌块墙（非承重墙）
厚度（mm） 75 100 200
耐火极限（h） 2.50 6.00 8.00
3、轻质隔墙
木龙骨——钢丝网抹灰：0.85h
石膏板：0.30h
水泥刨花板：0.30h
板条抹灰：0.85h
钢龙骨——单层石膏板
双层石膏板：1.00h以上
4、金属墙板的耐火极限
采用铝、钢、铝合金等薄板作两面，中间或是空气层或填矿棉、岩棉等隔热材料，耐火极限可达1.50~2.00h。
二、柱的耐火极限
1、钢砼柱的耐火极限
在通常情况下随柱截面增大而增大。如C20砼柱：
截面积（mm×mm)
耐火极限（h）

200×200
1.40h

300×300
3.00h

370×370
5.00h

2、钢柱的耐火极限：0.25h
三、梁的耐火极限
1、钢砼梁的耐火极限主要取决于主筋保护层的
厚度。
如非预应力钢砼简支梁：
保护层厚度（mm） 10 20 25 30
耐火极限（h） 1.20 1.75 2.00 2.30

2、无保护钢梁耐火极限为0.25h。

四、楼板的耐火极限
简支钢砼圆孔空心板
保护层厚度（mm） 10 20 30
耐火极限（h） 0.9 1.25 1.50

预应力钢砼圆孔空心板
保护层厚度（mm） 10 20 30
耐火极限（h） 0.4 0.7 0.85

五、吊顶的耐火极限
木吊顶搁栅——钢丝网抹灰：0.25h
板条抹灰：0.25h
纸面石膏板：0.25h
钢吊顶搁栅——石棉板：0.85h
双层石膏板：0.30h
钢丝网抹灰：0.25h

六、屋顶承重构件——屋架

无保护钢屋架的耐火极限为0 .25h；钢砼屋架的耐火极限主要取决于保护层厚度，一般保护层厚度为25~30mm，耐火极限为1.50~1.70h。

影响构件耐火极限的因素及提高构件耐火极限的措施：

一、影响构件耐火极限的因素
（一）完整性
1、砼的含水量
2、构件的接缝或填缝材料
（二）绝热性
1、材料的导温系数
2、构件的厚度
（三）稳定性
1、构件材料的燃烧性能
2、有效荷载量
3、钢材品种
4、实际材料强度
5、截面形状与尺寸
6、配筋方式
7、配筋率
8、表面保护
9、受力状态
10、支承条件

二、提高构件耐火极限的措施
1、处理好接缝，防止出现穿透性裂缝；
2、使用导热(温)系数低的材料或加大构件厚度；
3、使用不燃材料；
4、构件表面抹灰或喷涂防火涂料；
5、加大构件截面，主要是加大宽度；
6、配16Mn、15MnV钢，把粗筋置于内层，细筋置于外层；
7、提高钢筋、砼的强度等级；
8、改变支承条件，增加约束。