第7章-建筑构件的耐火试验

第7章建筑构件的耐火试验2011.3西安科技大学安全教研室李莉27.1建筑构件的燃烧性能建筑构件的耐火性能包括两部分内容：组成构建材料的燃烧性能和构件的耐火极限。建筑构件按其燃烧性能分为四大类：一、不燃烧体：用不燃材料制成的构件。不燃材料：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(混凝土）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：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。2011.3西安科技大学安全教研室李莉3三、可燃烧体：用燃烧材料做成的构件。可燃烧性材料：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。四、易燃烧体：用易燃烧材料做成的构件。易燃烧材料：凡达不到可燃性等级的材料均为易燃烧材料。如：油毡、装饰用的锦缎等。2011.3西安科技大学安全教研室李莉47.2建筑构件的耐火极限7.2.1概述1.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(隔火作用)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。2011.3西安科技大学安全教研室李莉51)失去稳定性：构件在试验中失去支持能力或抗变形能力。（1）外观判断（2）受力主筋温度变化Mn钢510℃2)失去完整性：分隔构件失去阻止火焰和高温气体穿透或阻止其背火面出现火焰的性能。（出现穿透性裂缝或孔隙；在2-3cm处放一新鲜棉花垫100×100×20mm，停留时间10-30秒，发生炭化或燃烧）3)失去绝热性：指分隔构件失去隔绝过量热传导的性能。背火面测平均温度超过初始温度140℃或任一测点温度超过初始温度180℃或任一测点温度达到220℃。2011.3西安科技大学安全教研室李莉62.耐火极限的判定①分隔构件：失去完整性或绝热性②承重构件：失去稳定性③承重分隔构件：由稳定性、完整性、绝热性三个条件控制3.建筑构件耐火极限的意义①为正确制定和贯彻建筑防火法规提供科学依据。②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，减少火灾损失提供技术措施。③为火灾烧损后建筑结构的加固工作提供依据。④是衡量建筑物耐火等级的主要指标。2011.3西安科技大学安全教研室李莉77.2.2建筑构件的耐火试验条件《建筑构件耐火试验方法》GB/T9978－2008代替GB/T9978－1999标准耐火试验必须遵循的升温条件、压力条件、约束条件、受火条件和试件要求等。1.升温条件标准时间—温度曲线（标准火灾升温曲线）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2011.3西安科技大学安全教研室李莉8在实际的火灾中，每一起火灾的时间--温度曲线是各不相同的，但为了对建筑构件进行耐火实验，进而对其耐火极限进行度量，必须人为规定一种能反映、模拟一般火灾规律的标准温升条件，把它绘制成曲线就称为时间--温度标准曲线。时间-温度标准曲线是指按特定的加温方法，在标准的实验室条件下，所表示的现场火灾发展情况的一条理想化了的试验曲线。该曲线以被国际标准化组织采纳，目的是为了对建筑构件的极限耐火时间有一个统一的检验标准。2011.3西安科技大学安全教研室李莉9规定的热电偶测得炉内平均温度，按以下关系式（见图7.1）对其进行监测和控制：)18lg(3450tTT其中t—试验加热时间，minT—t时刻炉内温度，℃T0—炉内初始温度，℃,应在5—40℃范围内。2011.3西安科技大学安全教研室李莉10图7.1标准时间-温度曲线2011.3西安科技大学安全教研室李莉11（二）压力条件：(正压操作)1.一般要求保证沿炉内高度处每米的压力梯度值为8Pa。试验开始5min后压力值为（15±5）Pa，10min后压力值为（17±3）Pa。2.垂直构件试验炉运行时，应控制试件底面以下100mm处的水平面或者检测梁时在吊顶水平底面以下10mm处的炉内压力值为20Pa。（三）加载条件：1、荷载的量值：试验荷载＞设计荷载＞工作荷载2、加载的型式（1）墙：垂直加载（2）楼板和屋面板：均布加载（3）梁：垂直加载在总长度1/8，3/8，5/8，7/8四处加载（4）柱：垂直加载2011.3西安科技大学安全教研室李莉12（四）构件的约束及边界条件反映构件实际使用中的情况（五）受火条件墙壁、隔板、门窗——一面受火楼板、屋面板、吊顶——下面受火横梁——两侧和底面共三面受火柱子——所有垂直面受火（六）试件要求1、结构：试件的制作与安装应反映构件在实际中的使用情况2、尺寸：应与实际尺寸相同，当构件尺寸＞试验炉所容纳尺寸，应不得小于下述规定：墙：3m高×3m宽；梁：4m跨度；柱：3m高楼板及屋面板：四面支承，4m长×3m宽2011.3西安科技大学安全教研室李莉137.2.3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。此条件主要针对承重构件。（1）外观判断：如墙发生垮塌；梁板变形大于L/20（L为试件跨度）；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）（h为试件在载炉内的受火高度）；（2）受力主筋温度变化：16Mn钢，510℃。2011.3西安科技大学安全教研室李莉14（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℃.2011.3西安科技大学安全教研室李莉15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。2011.3西安科技大学安全教研室李莉16影响耐火极限的因素（1）材料的燃烧性能。材料的燃烧性能好，构件耐火极限就低。（2）构件的截面尺寸。构件的截面尺寸大，构件的耐火极限就高。（3）保护层的厚度。构件的保护层厚度大，构件的耐火极限就高。2011.3西安科技大学安全教研室李莉177.2.4耐火极限试验装置（一）燃烧试验炉1、墙炉：适用于各类墙体、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、吊顶的耐火试验3.6m×4.6m×2.46m3、柱炉（天津与加拿大共同开发的项目）（1）燃烧炉特点：2.6m×2.6m×(3-4.2)m1）炉体：采用工业炉A型结构：即232mm粘土质耐火砖耐火层＋116mm厚硅藻土砖保温层＋10mm厚硅酸铝耐火纤维毡隔热层＋5mm厚钢板外壳，内衬50mm厚耐高温耐火纤维材料，试验6h炉壳升温只有12ºC。2）燃烧室内：每面墙设4个喷嘴，使炉温均匀性好，左右分设烟道，每条5个排烟口，并设观察孔，测温孔。3）采用可升降的轻质炉顶，扩大试验范围。4）炉体前面采用插板吊装炉门。2011.3西安科技大学安全教研室李莉18（2）试验范围1）种类：钢柱、钢砼柱、偏心柱2）约束情况（3）加载系统加载能力：轴向荷载、偏心荷载加载方式：液压系统2011.3西安科技大学安全教研室李莉19（二）燃烧系统1、燃料的选择：天然气、煤气、轻柴油2、喷嘴设置：小而多3、炉温控制（1）增减燃烧喷嘴的数量（2）调整喷嘴的油压及风压（3）调整烟道闸板的位置2011.3西安科技大学安全教研室李莉20（三）加载设备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、加载型式主要包括墙—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。2011.3西安科技大学安全教研室李莉21（四）测温仪器1、炉内温度测量：丝径为0.75-1.0mm热电偶和记录仪2、试件背火面温度测量：丝径为0.5mm的热电偶与铜片焊接，并用石棉垫覆盖。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、炉内应保持正压2、水平构件需测挠度2011.3西安科技大学安全教研室李莉227.2.5建筑构件的耐火试验过程（一）试件设计、安装及加荷（二）试验的开始和结束（三）测量与观察1、测量的次数2、热电偶布置3、试件变形测量4、试件完整性测量5、荷载测量及其它观测（四）试验报告2011.3西安科技大学安全教研室李莉23建筑中的燃烧试验2011.3西安科技大学安全教研室李莉24墙炉2011.3西安科技大学安全教研室李莉25防火门试验2011.3西安科技大学安全教研室李莉26试验炉右2011.3西安科技大学安全教研室李莉27试验炉左2011.3西安科技大学安全教研室李莉28试验结束后的防火门2011.3西安科技大学安全教研室李莉292011.3西安科技大学安全教研室李莉30柱炉2011.3西安科技大学安全教研室李莉31控制室2011.3西安科技大学安全教研室李莉327.3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）120180240370耐火极限（h）2.503.505.5010.502011.3西安科技大学安全教研室李莉33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）加气混凝土是以硅质材料（砂、粉煤灰及含硅尾矿等）和钙质材料（石灰、水泥）为主要原料，掺加发气剂（铝粉），经加水搅拌，由化学反应形成孔隙，通过浇注成型、预养切割、蒸压养护等工艺过程制成的多孔硅酸盐制品。厚度（mm）75100200耐火极限（h）2.506.008.002011.3西安科技大学安全教研室李莉34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：1.00h双层石膏板：1.00h以上2011.3西安科技大学安全教研室李莉35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。2011.3西安科技大学安全教研室李莉36二、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）200×2001.40h300×3003.00h370×3705.00h2、钢柱的耐火极限：0.25h2011.3西安科技大学安全教研室李莉37三、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）10202530耐火极限（h）1.201.752.002.302、无保护钢梁耐火极限：0.25h。2011.3西安科技大学安全教研室李莉38四、楼板的耐火极限简支钢砼圆孔空心板保护层厚度（mm）102030耐火极限（h）0.91.251.50预应力钢砼圆孔空心板保护层厚度（mm）102030耐火极限（h）0.40.70.852011.3西安科技大学安全教研室李莉39五、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钢丝网抹灰：0.25h双层石膏板：0.30h钢吊顶搁栅——石棉板：0.85h2011.3西安科技大学安全教研室李莉40六、