摘要：建筑防火实质是建筑结构设计达到防火抗火要求。随着我国城市化进程的加快，大量建筑尤其是高层建筑快速增多，建筑防火安全问题也日益突出。如何提高大型建筑结构的防火安全能力是摆在建筑结构设计人员面前亟待解决的问题。本文从概述建筑结构防火研究出发，介绍了一般建筑结构防火设计内容，提出了合理的结构防火设计方法，并对未来的设计方向进行的展望。
关键词：建筑结构；防火设计；耐火材料
引言：在建筑设计中应针对不同情况合理地应用不同的防火分隔措施。只要明确了防火细部构造问题，并在实际中认真贯彻执行，就一定能够做到“预防为主，防消结合”并“防患于未然”。
1火灾事故中高层建筑表现出的火灾特点
（1）对预应力钢筋混凝土的影响。这种结构在高温条件下，钢筋会拉伸，降低了承载能力。（2）对砌体结构的影响。高温条件下，砌块内部受热不均匀，会使得砌体开裂，最终导致倒塌。在火灾发生时，如果建筑物上部倒塌，则下面的楼板会吸收因灭火时产生的污水，增加了楼板的负荷，使楼板因负荷过重而坍塌。而高温的钢筋混凝土由于污水的入侵，温度会急速下降而造成表面开裂，破坏钢筋的保护层。高温条件下建筑材料的强度会降低，加之建筑本身内部所产生的热应力等，会对高层建筑带来更大的危害。
2高层建筑结构的性能分析
2．1建筑构件材料的性能分析
高层建筑结构主要包括三方面：钢结构、预应力钢筋混凝土、钢筋混凝土结构，这三种结构的材料主要是混凝土和钢材。混凝土是一种水硬性复合材料，由水泥、骨料构成，用水和外加剂将其搅拌并硬化。高温下，混凝土内部受热分解，改变力学性能。温度不同时，混凝土会有不同的损坏：当超过100℃时，混凝土排出的是游离水；超过200℃时，混凝土排出化学结合水；达到350℃时，会造成铝酸钙和硅酸钙的脱水；而当超过570℃时，氢氧化钙粒子进行脱水分解，破坏混凝土的内部结构，降低物理强度。此外，混凝土的弹性也会受高温影响，500℃时，其结构的弹性只能达到原来的一半，当达到700℃时，弹性就降为原来的25%以下。由此我们可以看出，高温时对混凝土结构的防火性能影响较大。由于钢材的品种、规格不尽相同，但总体来说，无论是哪一品种，其耐火性能都不高，随着温度的升高，其弹性和强度都会大大降低。此外这种变化与钢材的负荷水平、温度上升的速度以及高温蠕变有关。
2．2基本构件的性能高层建筑物的基本构件
一般包括：墙体、梁、柱、板、屋架等。火灾发生时，高温条件下基本构件的力学性能发生变化，其内部结构由于形变被破坏，从而降低构件的承载力。墙，在高层建筑中起到了承重和围护的作用，一般有两种类型：钢筋混凝土墙、粘土砖墙。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆发生火灾时，墙体受热不均匀，产生热应力，这种力会造成墙体龟裂，进而影响墙体的承载力。柱，在高层建筑中是一种竖向的受压构件，起到承载楼板的作用，一般采用钢材料或钢筋混凝土材料。其中，在高温条件下，钢筋混凝土柱会降低其强度和弹性，造成形变，由于这种材料是有钢筋和混凝土两种材料混合握裹的，因此，形变会破坏握裹，最终影响柱的防火性能。梁，在高层建筑中起到支撑的作用。通常使用钢材料或者钢筋混凝土材料。通常都是在常温下设计的，而火灾发生时，过高的温度使梁的力学性能发生改变，严重影响梁的耐火性能。楼板，作为直接承载的水平构件，无论是低层建筑还是高层建筑，都起到了分隔楼层和传递荷载的作用。而楼板的耐火性能取决于板的支承条件和保护层厚度，而钢筋混凝土楼板在火灾中的耐火极限要高于预应力楼板。当超出极限值时，就会使楼板失去支承力而坍塌。
2．3高层建筑物的结构性能
对高层建筑物而言，其结构通常是多层框架的，材料也一般选用钢筋和混凝土两种，而这两种材料在高温条件下其弹性和强度都会明显下降，加之内部结构形变，承载力下降，进而引起建筑物坍塌。
3高层建筑结构的防火设计
3．1设计思想
依据国家对高层建筑结构防火体系的相关规定，在设计中必须采取切实有效的防火措施，要求在经济合理的条件下保障人员安全，在规定的时间内，结构不得超出耐火性能的极限值，保证不会破坏结构，且在火灾后可以进行维修。基于以上的要求，我们设计时的基本思想就是要提高高层建筑的基本构件的耐火极限，最大限度地为消防人员的扑救以及人员的安全逃离提供时间。
3．2民用高层建筑设计防火规范
我国《高层民用建筑设计防火规范》GB50045－95（2001版）中规定：依据火灾危险性、使用性质以及扑救的难度，民用高层建筑，其耐火等级一般分为两级，即：一级和二级，且一类建筑物的耐火等级要高于二级。此外，对高层建筑的地下室和裙房的防火等级也做出规定，即：地下室是一级，裙房应高于二级。因此，基本构件的耐火性能直接影响着结构的耐火性能，由耐火极限决定。耐火极限按照时间—温度标准曲线确定。
3．3高层建筑的防火设计
在设计高层建筑的防火体系时，要对建筑的基本构件的耐火极限有严格要求。在极限所允许的范围内，保证消防人员及时扑救和人员的安全撤离。而基本构件设计的基础是概率理论，即：按照建筑结构能承受的耐火极限，建立相关的模型，理论计算防火系数Ｒf；利用力学的理论计算在温度和有效荷载的作用下构件的荷载效应Sf；对两者进行比较，要求Ｒf＞Sf，这样可以保证结构的稳定，符合要求。当Ｒf小于等于Sf时，需要重新设计。下文分别阐述了由钢材料和钢筋混凝土材料构成的结构的防火设计。
3．3.1钢筋混凝土结构的防火设计
为了避免在火灾中发生整体倒塌，在钢筋混凝土结构的防火设计中，首先要确定防火等级，依据不同的等级的防火要求确定火灾的设计荷载。一般可以将火灾产生的高温效应看做是一种荷载，考虑其与结构上的其他荷载共同产生的影响，估计其概率极限，并进行详细的防火设计。
3．3.2钢结构的防火设计
为保证发生火灾时钢结构的构件不被破坏，该设计要求实际的耐火时间要大于耐火极限。就目前的技术而言，以承载的极限状态为标准，在高温条件下，考虑到温度应力的影响，计算构件的内部温度以及内力，确定高温下材料的参数，并设计一定的防火覆盖厚度。最后，根据构件的材料和受载的类型，对耐火极限值以及极限状态进行验算，做出切实有效的防火构造设计。
结束语
鉴于我国国情和经济体制的关系，目前对于高层建筑无论在消防设计，还是在消防产品开发上与国外相比仍有一定差距。这就要求我们工程设计人员、公安消防机构尽快学习国外先进经验技术，开发新型消防产品设施。在消防系统设计上，优先保证人员在火灾中的安全，同时考虑如何减少火灾的发生和火灾的损失，防止火灾大面积蔓延，最大限度地降低火灾对财产、环境的破坏。利用性能化设计的思想，弥补现行防火规范的不足，适应飞速发展的社会需求，最大限度地保障人民生命财产安全。
参考文献
[1]田玉敏.高层建筑防火分区设计的探讨[J].消防技术与产品信息，2014，（4）：11—13
[2]钱耀民，胡晓文，高层公共建筑消防设计探讨[J].时代消防，2017，（7）：22—25
论文作者:张小胜
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年15期
论文发表时间:2019/10/25
标签：耐火论文; 构件论文; 火灾论文; 高层建筑论文; 建筑结构论文; 楼板论文; 高温论文; 《建筑学研究前沿》2019年15期论文;