第三节建筑构件的燃烧性能和耐火极限

　　建筑构件主要包括建筑内的墙、柱、梁、楼板、门、窗等，一般来讲，建筑构件的耐火性能包括两部分内容，：一是构件的燃烧性能，二是构件的耐火极限。耐火建筑构配件在火灾中起着阻止火势蔓延、延长支撑时间的作用。

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　　一、建筑构件的燃烧性能

　　建筑构件的燃烧性能，主要是指组成建筑构件材料的燃烧性能。而材料的燃烧性能，有些得到共识而无需进行检测，如钢材、混凝土、石膏等，但有些材料特别是一些新型建材，则需要通过试验来确定其燃烧性能。除有一些特别规定外，大部分建筑材料的燃烧性能可按GB 8624等相关标准确定(详见本章第二节“建筑材料的燃烧性能及分级”)。通常，我国把建筑构件按其燃烧性能分为三类，即不燃性、难燃性和可燃性。

　　1.不燃性

　　用不燃烧性材料做成的构件统称为不燃性构件。不燃烧材料是指在空气中受到火烧或高温作用时不起火，不微燃，不炭化的材料。如钢材、混凝土、砖、石、砌块、石膏板等。

　　2.难燃性

　　凡用难燃烧性材料做成的构件或用燃烧性材料做成而用非燃烧性材料做保护层的构件统称为难燃性构件。难燃烧性材料是指在空气中受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。如沥青混凝土、经阻燃处理后的木材、塑料、水泥、刨花板、板条抹灰墙等。

　　3.可燃性

　　凡用燃烧性材料做成的构件统称为可燃性构件。燃烧性材料是指在空气中受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、竹子、刨花板、保丽板、塑料等。

　　为确保建筑物在受到火灾危害时，一定时间内不垮塌，并阻止、延缓火灾的蔓延，建筑构件多采用不燃烧材料或难燃材料。这些材料在受火时，不会被引燃或很难被引燃，从而降低了结构在短时间内破坏的可能性。这类材料如混凝土、粉煤灰、炉渣、陶粒、钢材、珍珠岩、石膏以及一些经过阻燃处理的有机材料等不燃或难燃材料。建筑构件的选用上，总是尽可能不增加建筑物的火灾荷载。

　　二、建筑构件的耐火极限

　　(一)耐火极限的概念

　　耐火极限是指建筑构件按时间-温度标准曲线进行耐火试验，从受到火的作用时起，到失去支持能力或完整性或失去隔火作用时止的这段时间，用小时(h)表示。其中，支持能力是指在标准耐火试验条件下，承重或非承重建筑构件在一定时间内抵抗垮塌的能力;耐火完整性是指在标准耐火试验条件下，建筑分隔构件当某一面受火时，能在一定时间内防止火焰和热气穿透或在背火面出现火焰的能力;耐火隔热性是指在标准耐火试验条件下，建筑分隔构件当某一面受火时，能在一定时间内其背火面温度不超过规定值的能力。

　　(二)影响耐火极限的要素

　　在火灾中，建筑耐火构配件起着阻止火势蔓延扩大、延长支撑时间的作用，它们的耐火性能直接决定着建筑物在火灾中的失稳和倒塌的时间。影响建筑构配件耐火性能的因素较多，主要有：材料本身的属性、构配件的结构特性、材料与结构间的构造方式、标准所规定的试验条件、材料的老化性能、火灾种类和使用环境要求等。

　　1.材料本身的属性

　　材料本身的属性是构配件耐火性能主要的内在影响因素，决定其用途和适用性，如果材料本身就不具备防火甚至是可燃烧的材料，就会在热的作用下出现燃烧和烟气，建筑中可燃物越多，燃烧时产生的热量越高，带来的火灾危害就越大。建筑材料对火灾的影响有四个方面：一是影响点燃和轰燃的速度;二是火焰的连续蔓延;三是助长了火灾的热温度;四是产生浓烟及有毒气体。在其他条件相同的情况下，材料的属性决定了构配件的耐火极限，当然还有材料的理化力学性能也应符合要求。

　　2.建筑构配件结构特性

　　构配件的受力特性决定其结构特性(如梁和柱)，不同的结构处理在其他条件相同时，得出的耐火极限是不同的，尤其是节点的处理如焊接、铆接、螺钉连接、简支、固支等方式;球接网架、轻钢桁架，钢结构和组合结构等结构形式;规则截面和不规则截面，暴露的不同侧面等;结构越复杂，高温时结构的温度应力分布越复杂，火灾隐患越大;因此构件的结构特性决定了保护措施选择方案。

　　3.材料与结构间的构造方式

　　即使使用品质优秀的材料，当构造方式不恰当时同样起不到应有的防火作用，应该说只要不是易燃材料均可起到防火保护作用，因为可以增大材料用量，只是不经济而已;材料与结构间的构造方式取决于材料自身的属性和基材的结构特性，关系到结构设计的有效性问题，根据材料和基材特性来确定经济合理的构造方式。如厚涂型结构防火涂料在使用厚度超过一定范围后就需要用钢丝网来加固涂层与构件之间附着力;薄涂型和超薄型结构防火涂料在一定厚度范围内耐火极限达不到工程要求，而增加厚度并不一定能提高耐火极限时，可采用在涂层内包裹建筑纤维布的办法来增强已发泡涂层的附着力，提高耐火极限，满足工程要求;这些仅仅是涂层的构造处理。选择的构造一定要有普遍性和代表性，避免试验的大量重复。这一问题反映了实验室与工程实际之间的距离。

　　4.标准所规定的试验条件

　　标准规定的耐火性能试验与所选择的执行标准有关，其中包括试件养护条件、使用场合、升温条件、实验炉压力条件、受力情况、判定指标等。在试件不变的情况下实验条件越苛刻，耐火极限越低。虽然这些条件属于外在因素，但却是必要条件。任何一项条件不满足，得出的结果均不科学准确;不同的构配件由于其作用不同会有试验条件上的差别，由此得出的耐火极限也有所不同。

　　5.材料的老化性能

　　各种构配件虽然在工程中发挥了作用，但能否持久地发挥作用需要所使用的材料具有良好的耐久性和较长的使用寿命，这方面我们的研究工作有待深化和加强，尤其以化学建材制成的构件、防火涂料所保护的结构件最为突出，因此建议尽量选用抗老化性好的无机材料或那些具有长期使用经验的防火材料作防火保护。对于材料的耐火性能衰减应选用合理的方法和对应产品长期积累的应用实际数据进行合理的评估(使其在发生火灾时能根据其使用年限、环境条件来推算现存的耐火极限，从而为制定合理的扑救措施提供参考依据)。

　　6.火灾种类和使用环境要求

　　应该说由不同的火灾种类得出的构配件耐火极限是不同的。构配件所在环境决定了其耐火试验时应遵循的火灾试验条件，应对建筑物可能发生的火灾类型作充分的考虑，引入设计程序中，从各方面保证构配件耐火极限符合相应耐火等级要求。现有的已掌握的火灾种类有：普通建筑纤维类火灾、电力火灾、部分石油化工环境及部分隧道火灾、海上建构筑物、储油罐区、油气田等环境的快速升温火灾、隧道火灾，我国现有工程防火设计中对构件耐火性能的要求大多数都是以建筑纤维类火灾为条件而确定的，当实际工程存在更严酷火灾发生的环境时，按普通建筑纤维类火灾进行的设计不能满足快速升温火灾的防火保护要求，因此应对相关防火措施进行相应的调整。

　　(三)不同耐火等级建筑中建筑构件耐火极限的确定

　　建筑构件的耐火性能是以楼板的耐火极限为基础，再根据其他构件在建筑物中的重要性以及耐火性能可能的目标值调整后制定的。根据火灾的统计数据来看，88%的火灾可在1.5h之内扑灭，80%的火灾可在1h之内扑灭，因此将一级(具体分级标准见下节建筑耐火等级要求)建筑物楼板的耐火极限定为1.5h，二级的定为1h，以下级别的则相应降低要求。其他结构构件按照在结构中所起的作用以及耐火等级的要求而制定了相应的耐火极限时间，如对于在建筑中起主要支撑作用的柱子，其耐火极限值要求相对较高，一级耐火等级的建筑要求3.0h，二级耐火等级建筑要求2.5h。这样的要求，对于大部分钢筋混凝土建筑来说都可以满足，但对于钢结构建筑，就必须采取相应的保护措施方可满足耐火极限的要求。

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