消防工程学第6-9章建筑材料和构件

第6章建筑材料的高温性能第7章建筑构件的耐火试验第8章建筑物的耐火等级第9章钢结构耐火设计第10章防火分区与防烟分区第11章安全疏散第12章总平面防火设计第13章室内装修防火设计第二部分建筑火灾被动防护6.1概述建筑物组成：各种建筑材料。结构材料－承受荷载；装修材料－美化环境（生活或工作环境）；功能材料－保温、隔热、防水等第6章建筑材料的高温性能建筑材料高温性能→建筑物火灾危险性大小和发生火灾后火势扩大蔓延速度。结构材料：火灾高温作用下力学强度降低→建筑物的安全。研究建筑材料在火灾高温下各种性能，在建筑防火设计中科学合理地选用建筑材料，以减少火灾损失燃烧性能包括着火性、火焰传播性、燃烧速度和发热量等。力学性能高温作用下，力学性能(如强度性能)随温度变化关系。保证结构材料在火灾高温作用下保持一定强度。发烟性能燃烧生烟－危害人身，妨碍人员疏散和消防扑救，烟气窒息。•研究建筑材料高温下的性能包括以下五个方面毒性性能材料燃烧或热解中产生毒气。建筑火灾人员80％因中毒死，研究材料潜在毒性。隔热性能材料导热系数和热容量最重要；材料膨胀、收缩、变形、裂缝、熔化、粉化等影响隔热性能。•高温下材料性能：根据材料种类、使用目的和作用等确定侧重研究的内容。例如：–砖、石、混凝土、钢材等－无机材料（不燃），侧重高温下物理力学性能及隔热性能。–塑料、木材等－有机材料（可燃），建筑中装修和装饰，侧重高温性能时燃烧性能、发烟性能及潜在毒性性能。•本章着重介绍钢材、混凝土等建筑材料的高温性能，以及建筑材料燃烧性能分级及试验方法。6.2钢材的高温性能建筑用钢材：钢结构用钢材(各种型材、钢板)和钢筋混凝土结构用钢筋两类。严格技术控制下生产的材料。优点：强度大、塑性和韧性好、品质均匀、可焊可铆、制成的钢结构重量轻。防火：钢材－不燃性材料，耐火性能很差。•6.2.1钢的冶炼与分类•钢的冶炼主要成分：铁和碳，含碳量2％以下。冶炼：熔融生铁高温氧化→碳含量降低到预定范围→杂质含量降低到允许范围。冶炼方法分类：空气转炉炼钢法、氧气转炉炼钢法和平炉炼钢法。冶炼过程注意：铁被氧化成氧化铁，影响钢材质量，→脱氧。根据脱氧程度的不同钢可分：沸腾钢(脱氧不完全)、镇静钢(完全脱氧)和半镇静钢(脱氧程度介于沸腾钢与镇静钢之间)。•钢的分类–按化学成分:碳素钢和合金钢。碳素钢–主体为铁、碳，含碳量小于2％。含碳量0.25％-低碳钢；0.25~0.6％-中碳钢；0.6％-高碳钢。合金钢–普通低碳钢基础+少量合金元素(硅、锰、铬、钛、钒等）－保证钢的良好塑性、韧性，提高钢强度。–低合金钢合金元素总含量5％；中合金钢合金元素总含量为5％~10％；高合金钢合金元素总含量10％。6.2.3建筑钢材的高温性能•强度–随温度↑而↓，降低的幅度因钢材温度高低和钢材种类而不同。广泛使用普通低碳钢力学性质随温度升高的变化特性如图6—1所示。–由图可见：–250℃，极限强度比常温时略提高；温度250℃，下降；温度=500℃时强度降低约50％，600℃时降低约70％。–钢材屈服点随温度升高逐渐降低，在500℃时约为常温的50％。•导热系数–在常温下导热系数为58W／(m·℃)，约为混凝土的38倍。随着钢材温度升高，导热系数逐渐减小，当温度达到750℃时，导热系数几乎变成了常数，约为30W／(m·℃)。–钢材导热系数大是造成钢结构在火灾条件下极易破坏的主要原因之一。6.3混凝土的高温性能组成：胶凝材料、水和粗、细骨料－拌合物－一定时间硬化→人造石材。分类：–按照表观密度大小：重混凝土(密度2600kg/m3)、普通混凝土(1900-2500kg／m3)、轻混凝土(800~1900)。–重混凝土:骨料－重晶石、铁矿石，屏蔽X/Y射线。–普通混凝土:骨料－天然砂、石子，应用最广（桥梁承重、道路路面等）。–轻混凝土：轻骨料混凝土、多孔混凝土及无砂大孔混凝土，有保温隔热要求的墙体、屋面等，标号高的轻骨料混凝土也用于承重结构。混凝土的高温力学性质–强度：抗压强度等在此略混凝土构件在火灾时升温速度及内部温度分布，－混凝土热学性质和构件的截面尺寸、形状等。导热系数–普通混凝土常温下导热系数1.63W／(m·℃)，随T升高而减小；500℃时为常温80％，1000℃时常温的50％。比热–温度升高时比热缓慢↑，火灾高温下混凝土比热取常值921J／(kg·℃)。密度–升温条件下，混凝土因内部水分蒸发和发生热膨胀，密度降低。普通混凝土密度随其温度变化关系为：ρ＝2400－0.56T(6-1)ρ－普通混凝土在高温下的密度；T-混凝土温度。混凝土的热学性质6.4其它建筑材料的高温性能石材粘土砖砂浆石膏石棉水泥材料玻璃防火隔热材料–无机纤维材料：矿渣棉、岩棉、玻璃棉、硅酸铝纤维。–粉状和粒状材料：膨胀珍珠岩等第7章建筑构件的耐火试验7.1建筑构件耐火性能建筑物：建筑构件组成。耐火能力取决于建筑构件抵抗火的能力。包括：组成构件材料的燃烧性能、构件耐火极限。构件的燃烧性能–1)不燃性材料：火烧或高温－不起火、不微燃、不炭化。如钢材、混凝土、砖、砂浆、石材、陶瓷棉砖、石膏板、石棉瓦等。–2)难燃性材料：火烧或高温－难起火，火源移走－燃烧停止。阻燃处理木材、塑料、板条抹灰隔墙等。–3)可燃性材料：明火和高温－起火，火源移走－燃烧。如天然木材、竹子、塑料制品等。–4)易燃性材料：凡达不到可燃性等级的材料。如油毡、装饰用的锦缎等。构件的耐火极限–耐火极限：标准耐火试验中，构件受到火作用时→到失去稳定性或完整性或绝热性(隔火作用)止，这段抵抗火作用的时间，(h)。–失去稳定性:试验过程中失去承载能力或抗变形能力－承重构件。如墙、梁或板、柱。–失去完整性：分隔构件(楼板、屋面板、门、窗、墙体、吊顶等)当其一面受火作用时，试验过程中，构件出现穿透性裂缝，火穿过空隙，火焰穿过构件，使其背面可燃物起火。构件失去阻火和阻高温烟气穿透或阻止背面出现火焰的性能。–失去绝热性：分隔构件失去隔绝过量热传导性能。试验中，试件背火面测点平均温度超过初始温度140℃，或背火面任一测点温度超过初始温度180℃时→构件失去绝热性。耐火极限的判定条件–国标《建筑构件耐火试验方法》－分隔构件、承重构件及具有承重、分隔双重作用的承重分隔构件。–分隔构件：隔墙、吊顶、门、窗等，构件失去完整性或绝热性时，构件达到耐火极限。耐火性由完整性、绝热性两个条件共同控制。–承重构件：梁、柱、屋架等－无隔断火焰－失去稳定性单一条件判断承重构件是否达耐火极限。–承重分隔构件：承重墙、楼板、屋面板等－具有承重、分隔双重功能－构件在试验中失去稳定性或完整性或隔热性任何一条时，构件即达到耐火极限－耐火极限由三个条件共同控制。耐火极限的意义–对建筑构件进行耐火试验，研究构件的耐火极限，可以为正确制定和贯彻建筑防火法规提供依据，为提高建筑结构耐火性能和建筑物的耐火等级，降低防火投资，减小火灾损失提供技术措施，也和火灾烧损后建筑结构加固补强工作直接相关。–我国防火设计中，构件的耐火极限是衡量建筑物耐火等级的主要指标，而承重构件的耐火极限是结构能否于火灾中保持稳定而不倒塌的惟一保证。第八章建筑物耐火等级本章重点：建筑物耐火等级的分级标准：构建耐火极限的选定；构建燃烧性能特点。高层民用建筑耐火等级的分级标准：高层民用建筑的划分标准。建筑物耐火等级的选定：高层民用建筑耐火等级的选定。本章难点：高层民用建筑耐火等级的选定。耐火等级：衡量建筑物耐火程度的分级标准。规定建筑物耐火等级：建筑防火设计技术措施。不同类型、性质建筑物－耐火等级要求不同－消防安全、节约投资。建筑物耐火等级作用：–火灾时，确保其一定时间内不破坏，不传播火灾，延缓和阻止火势的蔓延；–人们安全疏散提供必要的疏散时间，保证建筑物内的人员安全脱险；–消防人员扑救火灾创造条件；–为建筑物火灾后修复提供可能。8.1建筑物耐火等级的划分性质、重要程度、规模大小、层数高低和火灾危险性－耐火（要求）不同。一、建筑物耐火等级分级标准–建筑物耐火等级：由组成建筑物的墙、柱、梁、楼板、屋顶承重构件和吊顶等主要建筑构件的燃烧性能和耐火极限决定的。–按照我国建筑设计、施工及建筑结构的实际情况，并考虑到发展趋势，分为四个级别(见表8-1)。–建筑物所要求的耐火等级确定之后，其各种建筑构件的燃烧性能和耐火极限均不应低于表中相应耐火等级的规定（标准）。燃烧性能耐火等级和耐火极限／h构件名称一级二级三级四级墙防火墙非燃烧体4.00非燃烧体4.00非燃烧体4.00非燃烧体4.00承重墙、楼梯间、电梯井的墙非燃烧体3.00非燃烧体2.50非燃烧体2.50难燃烧体0.50非承重外墙，疏散走道两侧的隔墙非燃烧体1.00非燃烧体1.00非燃烧体0.50难燃烧体0.25房间隔墙非燃烧体0.75非燃烧体0.50非燃烧体0.50难燃烧体0.25柱支承多层的柱非燃烧体3.00非燃烧体2.50非燃烧体2.50难燃烧体0.50支承单层的柱非燃烧体2.50非燃烧体2.00非燃烧体2.00燃烧体梁非燃烧体2.00非燃烧体1.50非燃烧体1.00难燃烧体0.50楼板非燃烧体1.50非燃烧体1.00非燃烧体0.50难燃烧体0.25屋顶承重构件非燃烧体1.50非燃烧体0.50燃烧体燃烧体疏散楼梯非燃烧体1.50非燃烧体1.00非燃烧体1.00燃烧体吊顶(包括吊顶格栅)非燃烧体0.25难燃烧体0.25难燃烧体0.15燃烧体构件耐火极限选定原则–在建筑结构中，楼板直接承受着人和物品等的重量，并将之传给梁、墙、柱等构件－最基本的承重构件。–划分建筑物耐火等级时选择楼板耐火极限作基础。–确定各耐火等级建筑物中楼板耐火极限后，其他构件耐火极限根据在建筑结构中的地位，与楼板相比较而确定。–建筑结构中地位比楼板重要，如梁、柱、承重墙等，其耐火极限高于楼板；比楼板次要者，如隔墙、吊顶等，其耐火极限低于楼板。楼板耐火极限值具体选定–根据我国火灾发生实际情况和建筑构件构造特点。–火灾统计表明，我国95％火灾延续时间均在2h以内，1h内扑灭的火灾约占80％，在1.5h以内扑灭的火灾约占90％。–此外，建筑物中大量使用的普通钢筋混凝土空心楼板，保护层厚度为10mm，其耐火极限约为1.0h；现浇钢筋混凝土整体式楼板耐火极限1.5h。–故将二级耐火等级建筑物楼板耐火极限选为1.0h；一级选为1.5h；三、四级分为0.5h、0.25h。–其他建筑构件耐火极限，以二级耐火等级建筑物为例，楼板由梁支承，梁的耐火极限楼板(1.5h);梁由柱或墙支承，耐火极限梁(2.5-3.0h)。依次类推。构建燃烧性能特点–各耐火等级建筑物建筑构件燃烧性能：相应要求。–一级耐火等级建筑物主要建筑构件：非燃烧体；二级耐火等级建筑物主要建筑构件：吊顶为难燃烧体外，余为非燃烧体；三级→屋顶承重构件为燃烧体；四级→除防火墙为非燃烧体外，其余难燃烧体和燃烧体。–根据各级耐火等级中建筑构件燃烧性能和耐火极限特点，大致判定不同结构类型建筑物的耐火等级。–钢筋混凝土结构：钢筋混凝土砖石结构建筑→一、二级耐火等级；砖木结构建筑→三级；以木柱、木屋架承重，以砖石等非燃烧或难燃烧材料为墙的建筑→四级。耐火等级划分特殊情况（略）–根据《建筑设计防火规范》规定，划分建筑物耐火等级时应注意以下特殊情况：–(1)以木柱承重且以非燃烧材料为墙体建筑物－四级。–(2)高层工业建筑预制钢筋混凝土装配式结构，其节点缝隙或金属承重构件节点外露部位，应做防火保护层，耐火极限不应低于表8-1中相应构件的规定。–(3)二级耐火等级建筑物吊顶，如采用非燃烧体时，其耐火极限不限。–(4)二级耐火等级建筑中－面积100m2房间隔墙，如执行表8-1规定有困难时，可采用耐火极限不低于0.3h的非燃烧体。–(5)一、二级耐火等级民用建筑疏散走道两侧的隔墙，按表8-l规定执行有困难时，可采用0.7h非燃烧体。–(6)二级耐火等级多层或高层工业建筑内存放可燃物的平均质量超过200kg/m2的房间，梁、楼板耐火极限符合一级耐火等级要求，但设自动灭火设备时，梁、