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消防射水對持續(xù)燃燒建筑物結(jié)構(gòu)性能的影響分析(4頁).docx

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消防射水對持續(xù)燃燒建筑物結(jié)構(gòu)性能的影響分析(4頁).docx

1、消防射水對持續(xù)燃燒建筑物結(jié)構(gòu)性能的影響分析公安部四川消防研究所“消防射水對持續(xù)燃燒建筑物結(jié)構(gòu)影響的模擬預(yù)測技術(shù)”項目資助，項目編號：2008XKGG005 摘要：運用熱荷載的概念分析了火災(zāi)中建筑物結(jié)構(gòu)的耐火性能，結(jié)合消防射水對火災(zāi)后建筑物性能的影響規(guī)律，提出冷荷載的概念并利用熱-冷荷載分析消防射水對持續(xù)燃燒建筑物結(jié)構(gòu)性能的影響。關(guān)鍵詞：消防射水、熱荷載、冷荷載Abstract: Using the concept of heat load analyzed the structure of refractory fire in performance, combined with the in

2、fluence law of performance with water injection of building after fire, this paper gives the concept of cold load and use hot-cold load analysis of water injection of burning buildings to the impact of structure performanceKey Word: fire spraying; heat load; cold load;中圖分類號：TU998.1文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：建筑物經(jīng)受

3、火災(zāi)后，建筑材料的性能將會嚴(yán)重劣化，建筑的完整性遭受破壞，結(jié)構(gòu)的承載力下降，可能導(dǎo)致建筑物局部或者是整體性坍塌。我國建筑結(jié)構(gòu)耐火設(shè)計方法采用耐火等級設(shè)計方法。該方法的核心是先根據(jù)建筑的使用性質(zhì)、重要程度、規(guī)模大小、層數(shù)高低和火災(zāi)危險性確定建筑物的耐火等級，然后根據(jù)建筑的耐火等級和建筑構(gòu)件的類型規(guī)定建筑構(gòu)件的耐火極限，并按照ISO834標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線校準(zhǔn)構(gòu)件的耐火極限。建筑構(gòu)件的耐火極限是指將建筑構(gòu)件置于標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)環(huán)境下，從受熱算起到建筑構(gòu)件失去支撐能力、或發(fā)生穿透性裂縫、或背火面的溫度升高到預(yù)定溫度的時間1。由于實際火災(zāi)的溫度時間關(guān)系與標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線有一定的出入，因此由標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線確定的建筑構(gòu)件的耐

4、火極限與實際火場中確定的建筑構(gòu)件的耐火極限會有一定的差別。為了解決耐火實驗與實際火場條件不一致的問題，在標(biāo)準(zhǔn)耐火實驗和實際火場之間建立聯(lián)系，許多專家提出了等效爆火時間的概念。我國目前的防火規(guī)范中依然沿用“耐火極限”作為建筑構(gòu)件在火災(zāi)中安全性能的主要評價指標(biāo)。1建筑構(gòu)件耐火性能評價建筑物內(nèi)火災(zāi)荷載大小和火災(zāi)成長系數(shù)大小是評定建筑火災(zāi)危險性的重要指標(biāo)。一般建筑物內(nèi)火災(zāi)荷載越大，可燃燒物越多，則火災(zāi)盛期的熱釋放速率越大，火災(zāi)持續(xù)時間越長，對建筑結(jié)構(gòu)的熱損傷越嚴(yán)重，建筑火災(zāi)的危險性還與建筑火災(zāi)的成長系數(shù)有關(guān)，火災(zāi)成長系數(shù)越大，則受火建筑的溫度上升越快，根據(jù)一些學(xué)者的研究成果顯示2,3，溫度上升速度越快

5、，對建筑構(gòu)件的熱損傷越嚴(yán)重，建筑構(gòu)件的性能劣化越嚴(yán)重。建筑構(gòu)件達到其耐火極限與其在迎火面一定深度所能達到的最高溫度有關(guān)，而構(gòu)件所能達到的最高溫度又與構(gòu)件所吸收的熱量有直接關(guān)系。為了衡量和比較建筑構(gòu)件在實際火災(zāi)和火災(zāi)實驗中所吸收熱量的多少，Mehaffey.J.R4提出了“標(biāo)準(zhǔn)熱荷載”的概念，即單位面積建筑構(gòu)件吸收的熱量。標(biāo)準(zhǔn)熱荷載H的定義式為：（1）式（1）中H是熱荷載（），q是建筑火災(zāi)時建筑構(gòu)件吸收的熱通量（），是火災(zāi)持續(xù)時間(s)，一般取火災(zāi)全勝時期的持續(xù)時間，是建筑構(gòu)件的熱慣性( )，k是建筑構(gòu)件的導(dǎo)熱系數(shù)( )，是建筑構(gòu)件的密度( )，c是建筑構(gòu)件的熱容( )。熱荷載間接的表

6、達了火災(zāi)中建筑構(gòu)件截面的臨界溫度。一般來說，火災(zāi)持續(xù)時間越長，建筑構(gòu)件吸收的熱量越多，建筑構(gòu)件的熱荷載越大，同時建筑構(gòu)件的溫度越高。熱荷載在一定程度上將實際火場升溫條件和標(biāo)準(zhǔn)升溫條件下的建筑構(gòu)件耐火性能進行了統(tǒng)一，只要建筑構(gòu)件在兩種升溫條件下吸收的熱荷載相同，則構(gòu)件具有相同的熱損傷程度，達到相同的破壞危險性。當(dāng)建筑構(gòu)件在標(biāo)準(zhǔn)升溫條件下，其受火面積蓄的熱荷載為，與時間的關(guān)系為5：（2）式（2）中為建筑構(gòu)件在標(biāo)準(zhǔn)升溫條件下積蓄的熱荷載（），是建筑構(gòu)件在標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線下的受火時間（h）。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線下，建筑構(gòu)件受火時間與建筑構(gòu)件積蓄的熱荷載之間的關(guān)系，并統(tǒng)一時間單位可得：（3）式（3）

7、中為建筑構(gòu)件在標(biāo)準(zhǔn)升溫條件下積蓄的熱荷載（），是建筑構(gòu)件在標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線下的受火時間（s）。實際火災(zāi)條件下，建筑構(gòu)件所積蓄的熱荷載與火災(zāi)荷載大小、燃燒房間地面面積大小和房間總表面積大小、開口通風(fēng)情況和建筑構(gòu)件本身的熱惰性等條件有關(guān)。加拿大的Mehaffey.J.R和Harmathy.T.Z通過實驗研究和理論分析得到實際火災(zāi)條件下，建筑構(gòu)件積蓄熱荷載的表達式為4：（4）（5）（6）(7)式(5)表征的是建筑火災(zāi)中建筑構(gòu)件的實際熱吸收率，在實際建筑火災(zāi)中，有一部分燃燒熱隨熱煙氣和輻射散熱、對流散熱的方式釋放到建筑外，只有部分燃燒熱釋放在建筑物內(nèi)部為建筑構(gòu)件吸收，所以建筑構(gòu)件的實際熱吸收率。式

8、(6)式表征的是建筑物的通風(fēng)條件。式(4)(7)中，G是建筑內(nèi)的火災(zāi)荷載（）,是空氣密度（），是著火房間的有效開口面積（），是著火房間的有效開口高度（），g是重力加速度（），是著火房間的高度（）,是著火房間的地面面積（），是建筑物內(nèi)的火災(zāi)荷載密度（）。2 消防射水對建筑構(gòu)件火災(zāi)后性能的影響建筑發(fā)生火災(zāi)后，消防射水是最常用的滅火方式，當(dāng)混凝土經(jīng)受高溫后，再經(jīng)射水冷卻，會加重混凝土構(gòu)件性能的劣化。混凝土構(gòu)件高溫后，通過射水冷卻時，由于受到驟冷，使混凝土受到冷沖擊，混凝土強度下降厲害，性能劣化嚴(yán)重7。目前評價混凝土高溫后射水冷卻一般都是從其剩余強度來考慮，特別是其抗壓強度。混

9、凝土構(gòu)件在經(jīng)受高溫后，由單一的熱損傷可能致使混凝土構(gòu)件不會達到其耐火極限，但在混凝土構(gòu)件經(jīng)受高溫后又經(jīng)射水冷卻，混凝土構(gòu)件在火-水耦合的雙重作用下，可能達到其耐火的最大承受能力，致使混凝土構(gòu)件嚴(yán)重破壞。對應(yīng)于混凝土積蓄熱荷載到受到熱損傷，高溫混凝土在消防射水條件下吸收一定的“冷荷載”受到相應(yīng)的損傷。現(xiàn)將混凝土構(gòu)件在消防射水作用下強制失去其在高溫條件下積蓄的熱荷載定義為混凝土吸收的“冷荷載”，用符號C表示。考慮極端情況下，即建筑構(gòu)件在火災(zāi)中經(jīng)受火災(zāi)最高溫度并持續(xù)一段時間，同時在消防射水作用下強制冷卻至一定溫度,混凝土建筑結(jié)構(gòu)在受熱時受到熱荷載的作用，在消防射水時受到冷荷載的作用。當(dāng)混凝土構(gòu)件在受

10、熱后自然冷卻時，可以近似認(rèn)為混凝土只受到熱荷載的作用；當(dāng)混凝土構(gòu)件在受熱后經(jīng)消防射水冷卻，可以近似認(rèn)為混凝土構(gòu)件受到熱荷載和冷荷載的雙重作用。根據(jù)已有的研究結(jié)論可知，高溫混凝土射水冷卻后的剩余抗壓強度低于自然冷卻后的剩余抗壓強度8。用混凝土的抗壓強度近似評價混凝土在火-水耦合情況下受到熱荷載和冷荷載雙重作用后的性能。混凝土受到熱荷載的單方面作用后，其性能會劣化，混凝土受到熱荷載和冷荷載的雙重作用后，其性能將劣化更嚴(yán)重，由此可以看出，混凝土吸收的熱荷載與高溫后混凝土的剩余抗壓強度成反比，同時，混凝土吸收的熱荷載與冷荷載耦合強度與高溫混凝土射水冷卻后的剩余抗壓強度成反比。根據(jù)以上分析有：（8）（

11、9）（10）式（8）中表征建筑構(gòu)件吸收熱荷載和冷荷載耦合作用的強度；式（9）式中表征的是建筑構(gòu)件吸收的熱荷載大小，表征的是建筑構(gòu)件單純吸收熱荷載后建筑構(gòu)的剩余抗壓強度大小；式（10）中表征的是建筑構(gòu)件吸收熱荷載和冷荷載耦合作用后建筑構(gòu)件的剩余抗壓強度大小。令：（11）雖然此處是由建筑構(gòu)件高溫后抗壓強度與其吸收冷、熱荷載的關(guān)系推導(dǎo)出來的，但是可以由建筑構(gòu)件高溫后抗壓強度、抗拉強度等評價指標(biāo)綜合表征的一個系數(shù)。3結(jié)論運用熱荷載在一定程度上將實際火場升溫條件和標(biāo)準(zhǔn)升溫條件下的建筑構(gòu)件耐火性能進行了統(tǒng)一，同時運用冷-熱荷載判斷消防射水作用下建筑結(jié)構(gòu)的耐火性能，便于實際消防工作中及時掌握建筑結(jié)

12、構(gòu)的耐火性能。參考文獻：1 霍然,胡源,李元洲.建筑火災(zāi)安全工程導(dǎo)論M.第二版.安徽合肥:中國科技大學(xué)出版社,2009.2 劉紅彬,李康樂,鞠楊,盛國華,馮磊.高強高性能混凝土的高溫力學(xué)性能和爆裂機理研究J.混凝土,2009,7：11-14.3 Khoury GA, Anderberg Y . Concrete spalling review R .Swedish : Swedish National Road Administration, 2000.4 Mehaffey.J.R,Harmathy.T.Z. Assessment of Fire Resistance Requirements

13、J.Fire Technology.1981,4(17):221-237.5 D.Yung,J.R.Harmathy. Fire Resistance Requirements For Rubber-Tire Warehouses J. Fire Technology.1991,5:100-112.6 李引擎.建筑防火性能化設(shè)計M.北京,化學(xué)工業(yè)出版社.2005.7 PENG G F,BIAN S H,GUO Z Q, et al. Effect of thermal shock due to rapid cooling on residual mechanical properties of fiber concrete exposed to high temperatures J .Construction and Building Materials,2008,22(5):948-955.8 徐志勝.高溫作用后混凝土強度試驗研究(J) .混凝土,2000 , (2) :44 - 45.注：文章內(nèi)所有公式及圖表請以PDF形式查看。

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