钢筋混凝土结构在火灾环境下的性能探讨

赵 鹤

南华大学城市建设学院

钢筋混凝土结构在火灾环境下的性能探讨

赵 鹤

南华大学城市建设学院

钢筋混凝土结构是在建筑中被广泛应用的结构形式，因此钢筋混凝土结构在火灾中的表现行为将对我们提升建筑的安全性能具有着及其重要的意义。由于其建筑构件在火灾作用下会发生高温变形，影响其承载力和安全性。故本文将对钢筋混凝土结构在火灾环境下的行为进行总结分析，并指出钢筋混凝土结构在承载力和安全性方面受到的影响，希望能给广大学者进一步提高钢筋混凝土结构的耐火性能提供一些帮助。

钢筋混凝土结构；火灾；承载力；安全性；耐火性能

随着社会经济的迅速发展，建筑物在城市建设中呈现出了高密集的趋势，逐渐增大了火灾发生的概率，建筑损失日益严重，其危害也越发的引起人们的重视，建筑结构的耐火性能已经成为了广大研究学者的重要课题。钢筋混凝吐结构作为建筑结构中的代表结构，对其在火灾环境下的性能探讨具有代表意义。

1 钢筋混凝土结构的耐火性能的研究现状

从20世纪70年代开始国际上便开始重视对于钢筋混凝土结构的耐火性能的研究。在波兰的水泥协会和在美国的混凝土协会、预应力混凝土协会，以及在欧洲的国际混凝土协会先后成立了混凝土研究小组，进行抗火性能的研究。其中关于混凝土的高温特性、框架的火灾行为、梁柱板的抗火性能和计算方法均取得了重大进展。

在国内来说，对于钢筋混凝土结构的耐火性能的研究进展较晚。清华大学和同济大学在这方面属于先驱者，但也仅仅是在20世纪80年代开始了研究工作，研究方向主要集中在混凝土的材料特性，构件特性。目前来说，我国对于混凝土结构的耐火性能的研究已经取得了一定的突破。

2 钢筋混凝土结构在火灾中所处的环境分析及其行为分析

2.1钢筋混凝土结构在火灾中所处的环境

钢筋混凝土结构在火灾中所处的环境可以大致用火灾开始，发展和结束的时候，其温度和范围对于钢筋混凝土结构的影响来说明。当大型建筑发生火灾的时候，一般情况下，在一开始建筑首先从局部燃烧，温度并不高，对于整体建筑结构的影响也较小，不易对建筑产生破坏。但是在进行一段时间后，火灾的范围会逐渐覆盖到整个建筑，高温火焰将直接对于建筑表面和内里结构造成破坏。大概要承受1500摄氏度左右的灼烧，对于建筑物的整体影响较大。在火灾逐渐熄灭的时候，虽然温度在逐步降低，但由于内外受力不均匀，不可否认对于建筑的整体结构仍有形成较大影响。

2.2钢筋混凝土结构在火灾中的行为分析

钢筋混凝土结构在火灾中的行为与多方面的因素有关，但研究钢筋混凝土结构的各个构件和整体在火灾高温的作用下会发生怎样的物理变化和化学变化是提高钢筋混凝土建筑耐火性能的关键因素。在火灾的高温条件下，钢筋混凝土表现为热惰性，其内部的各个部分温度由于热传导的速度并不能完全相同，导致其结构力学发生变化，进而对其承载能力产生了改变。

3 钢筋混凝土结构的高温材料性能分析

3.1钢筋的高温特性分析

钢筋在钢筋混凝土结构中主要表现为受力结构的特性。因此，我们在研究钢筋混凝土结构的耐火性能时主要是对钢筋在高温下的力学特性进行分析。钢筋的材质一般采用的是低碳钢。钢在高温下的弹性模量和泊松比钢材的弹性模量E和泊松比是结构形状变化的敏感参数。弹性模样随着温度的升高而逐渐降低，越过临界点之后，便会迅速下降，其抗拉性和塑形也随之降低，钢材就会表现出脆性特性。随着温度的进一步升高，强度会逐步降低。当温度达到500摄氏度以上时，强度基本降低至0.但是由于钢筋表面的混凝土会对钢筋起到极大的保护作用。因此在低于500摄氏度时，火灾中的高温并不会对钢筋的力学性能产生较大改变。但在600摄氏度左右，就会导致钢筋受热前与受热后在强度上产生较大的改变。这一点是我们在设计钢筋混凝土结构的耐火性能时必须要注意的。

3.2混凝土的高温特性分析

在通常情况下，混凝土具有较大的抗压强度。但是在火灾中的高温下，会导致混凝土的分解，进而使其力学和热学性能都要发生不同程度的改变。随着温度从200摄氏度到600摄氏度不断的升高，明显会导致水分子、碳酸钙和铝酸钙、氢氧化钙逐渐按顺序脱离，最终导致其结构失效，建筑强度下降，因此失去混凝土本省该承载的作用，也将不能对混凝土钢筋结构中的钢筋起到保护作用，使得建筑产生极大的倒塌危险。

4 火灾对于钢筋混凝土结构的影响

在上文中已经分别提到了钢筋和混凝土的高温特性，因此我们将对于钢筋混凝土的整个结构的材料进行进一步分析。钢筋和混凝土结合在一起，有助于两者把自己的劣势弥补，更好的发挥自身材料所具有的优势，超过简单叠加的效果。通过两者彼此之间所具有的咬合力，混凝土能多不易承受高温的钢筋起到一定的保护作用。另外，混凝土在高温下也不易膨胀，避免材料变形，在火灾中有利于建筑结构。

火灾对于钢筋混凝土结构的破坏主要可以分成两种：一是种直接灼烧造成破坏，第二种是对结构造成破坏。在直接灼烧的情况下会使得混凝土的表层直接温度升高，但由于混凝土本身所具有的惰性特性，构件内部温度并不高，但也因此在降温以后，由于内外的温度变化太大，会对钢筋混凝土表面产生较大的龟裂，结构性破坏主要体现在高温产生了温度效应，使得构件变形，破坏了构件的整体性，降低了构建的承载力。

结语

在对于建筑的安全性能要求越来越高的今天，钢筋混凝土结构作为建筑结构里的代表结构类型，关于它的耐火性能的研究必将是我们的重中之重。通过本文对于钢筋混凝土结构里的钢筋和混凝土进行分别的高温性质分析，以及在火灾中其本身结构受到的影响，我们总结出一些赶紧混凝土结构在火灾下的性能特点，希望能从中寻找到进一步提高耐火特性的方法。

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[3]郭亮.浅议钢筋混凝土结构的耐火性能[J].科技资讯, 2011,(22).

赵鹤（1994-），女，满族，山东青岛人，南华大学，土木工程专业建筑工程方向本科生。