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钢筋混凝土L形柱的耐火极限

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第３５卷第７期　２００７年７月　

华南理工大学学报（自然科学版）　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｏｕｔｈ　Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｅｄｉｔｉｏｎ）　ＶｏＩ．３５　Ｎｏ．７　

Ｊｕｌｙ　２００７　

文章编号：１０００—５６５Ｘ（２００７）０７—０ｌ１０—０６　

钢筋混凝土Ｌ形柱的耐火极限术　

徐玉野吴波　（华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室，广东广州５１０６４０）　

摘要：利用数值模拟程序ＲＣＳＳＣＦ，分析了荷载比、柱计算长度、截面尺寸、荷载偏心　率、配筋率和荷载角等参数对ＩＳＯ８３４标准升温过程作用下钢筋混凝土等肢Ｌ形柱耐火极　限的影响规律．针对不同荷载比、柱计算长度、截面尺寸、荷载偏心率、配筋率和荷载角共　５４００种工况进行了四周受火时钢筋混凝土等肢Ｌ形柱的高温反应分析．在此基础上，定　量给出了该类构件耐火极限的实用计算方法．研究结果表明：荷载角对Ｌ形柱耐火极限　的影响较大，且影响规律较为复杂；严格控制荷载比是提高Ｌ形柱耐火极限的有效措施．　关键词：混凝土；钢筋混凝土柱；耐火极限；计算；Ｌ形截面　中图分类号：ＴＵ３７５　文献标识码：Ａ　

钢筋砼异形柱结构具有建筑功能灵活和房间使　用质量较高等优点，近年来在实际工程中的应用日　渐广泛．与此同时，异形柱结构常温下的研究也取得　了可喜的进展　，包括异形柱的抗弯和抗剪性能研　究、梁柱节点的受力性能研究、异形柱结构的抗震性　能研究等．但有关异形柱高温性能的研究还很少、笔　者曾进行了１　１根钢筋砼异形柱在ＩＳＯ８３４标准升温　过程作用下的耐火试验＿６　Ｊ，编制了钢筋砼异形柱的　高温反应全过程分析程序ＲＣＳＳＣＦ　７－８］．研究表明：　与方形柱相比，异形柱由于受火表面积较大、墙肢较　薄、柱子角部较多等原因导致耐火性能较差．目前，　有关异形柱耐火性能的定性研究还很少，其耐火极　限的定量研究尚未见文献报道．　针对上述问题，本研究就四周受火时钢筋砼等　肢Ｌ形柱的耐火极限开展定量研究，探讨相关参数　对ＩＳＯ８３４标准火灾作用下等肢Ｌ形柱耐火极限的影　

收稿日期：２００６—０７—２４　基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０４７８０７８）；教　育部新世纪优秀人才支持计划资助项目（ＮＣＥＴ一０４—０８１９）　作者简介：徐玉野（１９７８一），男，在职博士生，华侨大学讲　师，主要从事防灾工程研究．Ｅ—ｍａｉｌ：ｙｕｙｅｘｕ＠ｈｑｕ．ｅｄｕ．ｃｎ　十通讯作者：吴波，教授，博士生导师．Ｅ－ｍａｉｌ：ｂｏｗｕ＠ｓｃｕｔ．　ｅｄｌ】．ｃｎ　

响规律，建立了四周受火时等肢Ｌ形柱耐火极限的简　化计算方法，以提供该类构件抗火设计时参考．　

１数值模型及其验证　图１所示为钢筋砼异形柱的高温数值模型，该　模型与常温下双向偏心受压钢筋砼异形柱非线性全　过程分析中所采用的数值模型是一致的　．行业标　准《混凝土异形柱结构技术规程》（ＪＧＪ１４９－－２００６）　中异形柱偏心距增大系数分析时也是采用这种模　型．图中　是柱的计算长度；ｅｏｙ和ｅｏｚ是荷载偏心矩　（含初始缺陷）；Ｎ是轴力．该模型将柱沿高度划分　

图１钢筋砼异形柱的数值模型　Ｆｉｇ．１　Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｍｏｄｅｌ　ｆｏｒ　ＲＣ　ｃｏｌｕｍｎ　ｗｉｔｈ　ｓｐｅｃｉａｌ　ｓｈａｐｅｄ　ＣＲＯＳＳ　ｓｅｃｔｉｏｎ　

维普资讯 http://www.cqvip.com 第７期　徐玉野等：钢筋混凝土Ｌ形柱的耐火极限　为若干小段，假定每一小段的曲率线性变化，利用虚　梁法确定构件的实际变形．　基于该模型的计算程序ＲＣＳＳＣＦ所求得的四周　受火Ｌ形柱的耐火极限和轴向变形与文献［６］中相　应试验结果的对比见图２，其中柱的编号对应其在　文献［６］中的编号（ｚ１、ｚ２、ｚ３）．利用程序ＲＣＳＳＣＦ　求得的常温下偏压Ｌ形柱的极限承载力与文献［９］　中相应试验结果的对比见表１，其中柱的编号对应　其在文献［９］中的编号．从图２和表１可以看出，无　论是常温下还是高温下，本文计算结果总体上均与　试验结果吻合较好．　

ｇ　ｇ　

．叵　黎　

ｇ　．叵　黎　

ｇ　黎　

时间／ｍｉｎ　（ａ】Ｚｌ　耐火极限计算值：１５０　ｍｉｎ　耐火极限实测值：１７５　ｍｉｎ　

时间／ｍｉｎ　（ｂ）Ｚ２　耐火极限计算值：１２５　ｍｉｎ　耐火极限实测值：１４７　ｍｉｎ　

时间／ｍｉｎ　（ｃ）Ｚ３　耐火极限计算值：１０８　ｍｉｎ　耐火极限实测值：１０２　ｍｉｎ　

图２高温下Ｌ形柱计算结果与试验结果的对比　Ｆｉｇ．２　Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ａｎｄ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　Ｌ－ｓｈａｐｅｄ　ｃｏｌｕｍａｓ　ａｔ　ｈｉｇｈ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　

表１　常温下Ｌ形柱计算结果和试验结果的对比　Ｔａｂｌｅ　１　Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ａｎｄ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎ—　ｔａｌ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　Ｌ—ｓｈａｐｅｄ　ｃｏｌｕｍａｓ　ａｔ　ｒｏｏｍ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　混凝土　偏　Ｌ－距试验极文献＿９］计本文计算　编号强度　／配筋　／　ｍｎ　限承载算极限承极限承载误　％　

（Ｎ・ｍ。）。　ｅ　ｅ　力／ｋＮ载力／ｋＮ　力／ｋＮ　

２影响因素分析　作为初步探讨，本文以等肢Ｌ形柱为研究对　象．一般来说，钙质骨料混凝土柱的抗火．陛能比硅质　骨料混凝土柱强，加之硅质骨料混凝土的应用也较　为普遍，因此本研究以硅质骨料混凝土柱为研究对　象．等肢Ｌ形柱的截面参数如图３所示．影响四周受　火时等肢Ｌ形柱耐火极限的可能因素有：荷载比　（　＝＾　，，Ｎ为Ｌ形柱在荷载作用点处实际所承受　的竖向荷载，Ⅳ　为其相应的常温极限承载力．若柱　端受竖向荷载和弯矩联合作用，则可用一竖向荷载　等效）、柱计算长度　或长细比　（　＝Ｌ／ｒ　，ｒ　＝　

ｖ／－ｉＴ￣／Ａ为回转半径，Ａ为柱的全截面面积，，　为柱截　面相对垂直于荷载角Ｏｔ方向的形心轴ｚ　的惯性　距）、截面尺寸ｂ×ｈ×ｈ（ｂ为截面的肢厚，ｈ为截面　的肢高）、荷载偏心率ｅ（ｅ＝ｅ０／ｒ　）、配筋率Ｐ（Ｐ＝Ａ　／　Ａ）．纵向钢筋的布置如图４所示，假定纵筋直径ｄ　

Ｌ　、　图３截面参数（单位：ｍｍ）　Ｆｉｇ．３　Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｆ　ｃｒｏｓｓ　ｓｅｃｔｉｏｎ（Ｕｎｉｔ：ｍｍ）　

维普资讯 http://www.cqvip.com ｌ１２　华南理工大学学报（自然科学版）　第３５卷　【　】　ｌ　ＪＬ．．．—　ｌ１　

—　ｌ　Ｊ　

２～　＝——１ｒ—１　２　［　］　

４、、重　ｔ＂ｑ　ｒ。１　Ｌ—Ｊ　（ａ）１２根纵筋　（ｂ）１６根纵筋　

图４纵筋布置（单位：ｍｍ）　Ｆｉｇ．４　Ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ　ｂａｒｓ（Ｕｎｉｔ：ｍｍ）　

都相同；￡　＝２００ｍｍ；当（ｈ—ｂ）≤０．４０ｍ时，布置１２　根纵筋；当（ｈ—ｂ）＞０．４０　ｍ时，布置１６根纵筋、荷　载角ｏｔ（从ｚ轴开始，逆时针为正）、纵筋屈服强度　

、纵筋极限强度　、混凝土棱柱体抗压强度　和混　凝土保护层厚度ｃ等参数．　下面通过典型算例，分析各参数对火灾作用下　Ｌ形柱耐火极限的影响规律．算例的基本参数为：　＝　０．５，Ｌ＝３．０　ｍ（　＝２４．９），ｂ＝２００　ｍｍ，ｈ＝６００　ｍｉｌｌ，　＝－４５。，ｅ＝０，　＝３０ＭＰａ，　＝３７５　ＭＰａ，　＝５００ＭＰａ，　Ｐ＝１．５％，ｃ＝３０ｍｍ，混凝土含水率ｗ　＝０．０２，柱初　始缺陷取２　ｍｍ．分析过程中未注明参数值均取为上　述基本参数值，当考察某参数变化对Ｌ形柱耐火极　限的影响时，该部分参数再补充考虑其它取值情况．　２．１　荷载比的影响　图５所示为Ｌ形柱耐火极限　随荷载比　的　变化情况．从图中可以看出，荷载比对Ｌ形柱的耐　火极限影响很大，随着荷载比的增加，Ｌ形柱的耐火　极限迅速降低．　

图５耐火极限随荷载比的变化　Ｆｉｇ．５　Ｖａｒｉａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｆｉｒｅ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｗｉｔｈ　ｌｏａｄ　ｒａｔｉｏ　

２．２柱计算长度的影响　图６所示为Ｌ形柱耐火极限　随柱计算长度　

的变化情况．从图中可以看出，计算长度对Ｌ形柱　的耐火极限影响很大，随着计算长度的增加，Ｌ形柱　的耐火极限近似呈直线降低．　１１５　１０５　９５　｛８５　７５　６５　５５　２．０　２　５　３．０　３．５　４．０　４．５　

Ｌ／ｍ　

图６耐火极限随计算长度的变化　Ｆｉｇ．６　Ｖａｒｉａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｆｉｒｅ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｗｉｔｈ　ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ　ｌｅｎｇｔｈ　

２．３　截面尺寸的影响　等肢Ｌ形柱的肢厚ｂ和肢高肢厚比ｈ／ｂ确定　后，其横截面尺寸就已完全确定．图７所示为Ｌ形柱　耐火极限随截面尺寸的变化情况．从图７（ａ）中可以　看出，当肢厚ｂ保持不变，随着肢高肢厚比ｈ／ｂ的增　大。柱的耐火极限逐渐增加．从图７（ｂ）中可以看出，　对于相同的肢高肢厚比，随着肢厚的增大，柱耐火极　限近似呈直线增加．　

（ｂ）　６不变　图７耐火极限随截面尺寸的变化　Ｆｉｇ．７　Ｖａｒｉａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｆｉｒｅ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｗｉｔｈ　ｃｒｏｓｓ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ　

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混凝土制品防火标准

混凝土制品防火标准

混凝土制品防火标准混凝土制品是一种广泛使用的建筑材料，其防火性能对于建筑物的安全性至关重要。

因此，制定混凝土制品防火标准是非常必要的。

本文将从混凝土制品的分类、防火性能要求、测试方法以及国内外标准等方面进行详细的介绍和分析。

一、混凝土制品分类混凝土制品根据用途的不同可以分为建筑混凝土制品、预制构件、挤压构件、砌块、管道等。

其中，建筑混凝土制品又可分为结构用混凝土、装饰用混凝土、路面用混凝土等。

二、混凝土制品防火性能要求混凝土制品防火性能的要求主要包括防火等级、耐火极限、燃烧性能、烟气毒性等。

具体要求如下：1.防火等级防火等级是衡量混凝土制品防火性能的重要指标，主要包括A1级、A2级、B1级、B2级、C级、D级等。

其中，A1级、A2级为不燃材料，B1级、B2级为难燃材料，C级、D级为易燃材料。

2.耐火极限耐火极限指混凝土制品在一定温度下的耐火时间。

一般要求混凝土制品的耐火极限不少于1.5小时。

3.燃烧性能燃烧性能包括自燃性、燃烧性、烟气产生量等指标。

要求混凝土制品不能自燃，燃烧性能应符合相关标准。

4.烟气毒性烟气毒性是指混凝土制品在燃烧过程中产生的烟气对人体的危害程度。

要求混凝土制品的烟气毒性应符合相关标准。

三、混凝土制品防火性能测试方法混凝土制品防火性能的测试方法主要包括难燃性测试、耐火极限测试、烟气毒性测试等。

具体测试方法如下：1.难燃性测试难燃性测试是通过对混凝土制品进行燃烧测试来确定其防火等级的方法。

测试方法包括垂直燃烧测试、水平燃烧测试等。

2.耐火极限测试耐火极限测试是通过对混凝土制品进行高温热处理，来确定其耐火极限的方法。

测试方法包括高温炉测试、火炬测试等。

3.烟气毒性测试烟气毒性测试是通过对混凝土制品在燃烧过程中产生的烟气进行分析，来确定其烟气毒性的方法。

测试方法包括烟气毒性实验室测试、烟气毒性现场测试等。

四、国内外混凝土制品防火标准国内混凝土制品防火标准主要包括《建筑防火规范》、《混凝土制品防火技术规范》、《建筑材料燃烧性能分类和标志》等。

各类建筑构件的燃烧性能和耐火极限

各类建筑构件的燃烧性能和耐火极限

2.50
不燃烧体
保护层厚度2cm
12
2.65
不燃烧体
构件名称
结构厚度或截面最小尺寸（cm）
耐火极限（h）
燃烧性能
楼板和屋顶承重构件
简支的钢筋混凝土圆孔空心楼板
(1)非预应力钢筋
保护层厚度1cm
——
0.90
不燃烧体
保护层厚度2cm
——
1.25
不燃烧体
保护层厚度3cm
——
1.50
不燃烧体
(2)预应力钢筋混
——
1.10
不燃烧体
(4）双层防火石膏板，板内掺玻璃纤维，其构造、厚度（cm）：
2×1.2+7.5（空）+2×1.2
——
1.35
不燃烧体
2×1.2+7.5（岩棉厚4cm）+2×1.2
——
1.60
不燃烧体
（5）复合纸面石膏板，其构造、厚度（cm）：1.5+7.5（空）+0.15+0.95（双层板受火）
耐火极限（h）
燃烧性能
梁
(1)用厚涂型钢结构防火涂料作保护层
厚度3cm
——
2.00
不燃烧体
厚度4cm
——
2.50
不燃烧体
厚度5cm
——
3.00
不燃烧体
(2)用薄涂型钢结构防火涂料作保护层
厚度0.55cm
——
1.00
不燃烧体
厚度0.70cm
——
1.50
不燃烧体
楼板和屋顶承重构件
简支的钢筋混凝土楼板
(1)非预应力钢筋
不燃烧体
充气气混凝土砌块墙
15
7.00
混凝土板耐火极限计算

混凝土板耐火极限计算

混凝土板耐火极限计算
1.4.1 普通混凝土板的四周有梁稳固支承时，可按本标准附录E计算普通混凝土板在高温下考虑薄膜效应的承载力，并按本标准第3.1.2条式（3.1.2-1）的规定进行耐火极限验算。

1.4.2 当普通混凝土板的板厚以及纵向受拉钢筋的保护层厚度不小于表1.4.2的规定时，板的耐火极限可不进行验算。

表1.4.2 板厚和纵向受拉钢筋保护层厚度的最小值
注：1 l y和l x分别为双向板的长跨和短跨，双向板应为四边支撑情况。

否则，按单向板考虑；
2 纵向受拉钢筋的保护层厚度与钢筋半径之和大于0.2倍板厚时，需计算校核裂缝宽度，必要时应配置附加钢筋。

1.4.3按简支边或非受力边设计的普通钢筋混凝土板，当与混凝土梁、墙整体浇筑时，板面构造钢筋从混凝土梁边、柱边、墙边伸入板内的长度不宜小于l0/3；当嵌固在砌体墙内时，砌体墙支座处板面构造钢筋伸入板内的长度不宜小于l0/5。

其中，计算跨度l0对单向板按受力方向考虑，对双向板按短边方向考虑。

1.4.4 普通混凝土连续板简支边的板面构造钢筋长度应符合本标准第1.4.3条的规定，支座负弯矩钢筋向跨内延伸的长度不宜小于l0/3，且单位宽度内应至少有
2根钢筋通长布置。

1.4.5 普通混凝土连续板常温下支座处的负弯矩调幅系数不宜大于0.15；当大于0.15时，连续板的每一跨均应按简支板考虑并应符合本标准第1.4.2条表1.4.2的规定。

1.4.6 焊接式钢筋桁架楼承板的耐火极限验算与防火设计应符合本节的规定。

计算时，可不考虑压型钢板底模和桁架腹杆的作用及其对温度场的影响。

真实火灾下钢筋混凝土柱-钢梁框架结构的耐火性能分析

真实火灾下钢筋混凝土柱-钢梁框架结构的耐火性能分析

第23卷第5期2021年9月Vol.23,No.5September2021大连民族大学学报Journal of Dalian Minzu University文章编号：2096-1383(2021)05-0436-05真实火灾下钢筋混凝土柱-钢梁框架结构的耐火性能分析李雪微，黄凯，徐蕾(大连民族大学土木工程学院，辽宁大连116650)摘要:框架结构整体的耐火性能研究是保证结构在火灾下安全性的重要问题，通过ABAQUS建立钢筋混凝土柱-钢梁框架结构的温度场模型和热力耦合力学模型，分析在真实火灾升温作用下，不同受火工况对于组合框架的耐火性能的影响，并与标准温度曲线做对比，得岀框架的温度场、应力、应变云图，并对框架结构的柱顶竖向位移、梁柱节点水平位移、梁跨中挠度、应力应变发展规律进行分析。

关键词:真实火灾;框架结构;ABAQUS；温度场;力学性能中图分类号:TP38文献标志码:AAnalysis of Fire Resistance Performance of Reinforced ConcreteColumn-steel Beam Frame Structure under Real FireLI Xue-wei,HUANG Kai,XU Lei(School of Civil Engineering，Dalian Minzu University，Dalian Liaoning116650，China)Abstract:Research on the overall fire resistance performance of the frame structure is an impor­tant issue to ensure the safety of the structure under fire.This paper establishes the temperature field model and thermo-mechanical coupling mechanical model of reinforced concrete column-steel beam frame structure through ABAQUS,analyzes the effect of different fire conditions on the fire resistance performance of the composite frame under the effect of real fire heating，and compares it with the standard temperature curve.By comparison，the temperature field，stress and strain cloud diagram of the frame are obtained，and the vertical displacement of the column top of the frame structure，the horizontal displacement of the beam-column node，the beam mid-span deflection，and the development law of stress and strain are analyzed.Key words:real fire;frame structure;ABAQUS;temperature field;mechanical properties火灾是最严重、最频发的灾害之一。