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英國鋼結構建筑火災實驗研究

發布時間:2017-12-05 15:43:00點擊率:

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魯國際消防英國鋼結構建筑火災實驗研究白風領葛保國編譯災實驗,可能會導致一個新的鋼結構設計標準的誕生本文簡要介紹了目前己完成的實驗中所涉及到的有關防火安全工程方面的內容和新的觀點及業內人士對此的反應考慮火災危險的建筑設計方法總是不同于考慮風等自然現象的設計方在建筑設計中考慮高速流動的風,不是防風而是抗風長期以來由于缺乏可利用的資料,對于建筑物總是采取習慣性的防火措施,例如用防火涂料對建筑結構進行保護。卡丁頓所進行的一系列燃燒實驗的數據將對這一傳統的設計方法進行徹底的修正雖然對于評價該項目的結果仍然有大量的工作要做,但迄今得到的結果正揭示一個新的“防火工程”的概念,這對于多層結構建筑施工工業來說主要有技術和經濟兩方面的意義世界上最大的火災實驗卡丁頓項目是將要進行的有關鋼筋、混凝土及木質建筑的系列實驗中的第一項,共進行了六個規模不斷擴大的燃燒實驗。最后一次實驗,燃燒面積達340m2燃燒木材幾乎達14噸,被認為是世界上最大的火災實驗。實驗設施中包括一幢8層鋼結構建筑物,是按英國標準5950設計并按照歐洲規范進行檢測的。其結構是采用壓型鋼板混凝土復合樓板的有支撐無側移結構的典型現代多層鋼結構建筑。梁的跨度達6m和9m,以半深端板進行梁柱連接并用略薄平板固定次梁用平均分布的沙袋對除屋頂以外的所有樓層施以2.6kN/m2的荷載在整個設計和施工過程中,按照典型的建筑物施工的實際過程進行,確保所建造的是一個具有代表性的“真實”建筑物而非一個專門用于實驗的“模型”結構實驗過程中幾個值得研究的現象2.1構件與結構的不同在第一個實驗中,對兩柱之間跨度為9m的一根兩端固定的約束梁采用特殊圍護結構用氣體火焰隔離加熱,以期盡可能接近英國標準476火災實驗條件。在結構實驗和標準實驗中,引起人們注意的是相似梁的情形有很大的不同。在標準實驗中,梁的溫度達到700C,就足以引起其發生1/30梁跨的撓曲而在結構實驗中,梁的撓曲度只有標準實驗中的3/4也就是說,建筑結構的耐火性能較時下單獨計算的耐火性更好。

  實驗計劃的最后部分,是點燃一個模擬的裝有家具及配套設備(含20%的塑料)的辦公室這項實驗清楚地顯示了柱子通常是需要保護的,它對建筑物的穩定性比其它構件更為關鍵,并且它的變形能夠引起對其上的樓層產生遞增的破壞。而未加保護的梁能夠經受住1100C高溫不倒塌,這相當于在標準燃燒實驗中燃燒超過2小時這項實驗同時也清楚地表明多層建筑中的樓板對火災性能有主要的影響,甚至也可以說是最大的影響。

  當鋼梁溫度達到1100C時,幾乎己沒有承載能力(只有很小的承載力),而樓板盡管變形卻未倒塌。樓板顯然有能力使建筑結構的耐火性大大超過當前的假設,并且火災后的承載實驗己經顯示出金屬復合樓板在變形和有裂縫的情況下,能夠繼續表現出超過其設計能力的性能。因而這項實驗研宄的一個主要部分是研宄樓板如何和為什么有如此性能,以期將其應用到實際的設計過程中。

  3冷卻后的結點斷裂在結構實驗中,出現了一個有趣的現象在現代的復合樓板中,鋼梁的膨脹受到樓板的約束,由鋼梁下翼緣的屈曲可見其中張力的存在這樣的變形使梁的相對長度縮短,因而冷卻時在連接處便產生拉力和剪切力,可引起裂縫或者螺栓斷裂,并且結點力將傳入連結板中。除了一個實驗以外,在所有實驗中都或多或少地存在這種現象至于那次實驗中結構未被損壞而幸存的原因,尚在探尋,也許在其中就有改進設計的關鍵對實驗結果的討論從實驗結果中可以得到一個清楚的信息:在現代的鋼結構建筑中梁可以設計成無防火保護卻仍可在火災中幸免這給設計者和制定規范者提供一個選擇以主動的防護(如噴水裝置)代替被動的防護。就費用而言,價格昂貴在從前被認為是應用噴水系統最主要的缺欠,但就目前的造價來看己是可以接愛的了。

  有資料表明,噴水裝置與消極保護措施的花費基本相當在建筑設計中應用噴水裝置有兩個潛在的優點:在一幢未失穩的建筑物里,致命的危險是煙而不是火噴水裝置可以切斷煙氣,從而能夠有效地保障生如何科學地進行火災現場勘查火災發生后,無論是基于以下哪種原因:匯集資料和統計數字的需要、避免同類火災再次發生、依照法律規定進行、公眾的關注、確定火災責任或基礎研宄的需要,都要求必須查清火災原因,即:起火物、起火源、起火時間。

  火災調查的核心內容是對火災現場進行勘查火災現場勘查包括系統和詳細地記錄火災現場及物證的提取現場記錄通過筆錄、繪圖、照相來完成具體的火災現場勘查應遵循這樣一個過程:及時進入火災現場及時地進行現場勘查非常重要,因為一些證據會自然地惡化,隨著時間的推移而喪失;另外,還有一些物品需要移動,這些都會導致證據的丟失。所以,當火災現場對調查人員來說己經安全時,現場勘查工作立即進行外部勘查勘查工作先從火災現場外部開始。外部勘查的主要內容有:1著火建筑的門、窗戶及屋頂。由于火災蔓延的方向是向上的,發生火災時,如果建筑物的屋頂或天花板有一定大小的開口,墻壁上有大小相近的一扇窗戶,火焰和燃燒的產物則通過屋頂開口向外蔓延,新鮮空氣則通過窗戶流入房間;如果建筑物是封閉的,只有一扇窗戶是開口,火焰和燃燒的產物則通過窗戶上端向外蔓延,新鮮空氣從窗戶下端流入房間。因此,筆錄時注明建筑物的門、窗戶和屋頂是否被燒毀及燒毀部位,這些將是分析認定火焰蔓延方向的證據。

  2現場玻璃。檢查玻璃破壞是熱破裂,還是機械力沖擊破壞。觀察玻璃內表面的沉積特征,可以有助于鑒定明火之前是否經歷了一段時間的陰燃3相鄰建筑物。火災對相鄰建筑物的作用不容忽視,因為一次火災的火焰或輻射熱可能引起二次火災。

  外部勘查可能指明了起火點及起火原因,不過,還必須進行現場內部勘查來進一步證明。

  內部勘查由于滅火的作用,建筑內物品變得易碎、易破壞,因此,進行內部勘查之前必須進行拍照,以記錄火場中存在的物品及其位置。內部勘查的內容主要包括:1現場物體軟化、熔化或受熱分解程度。根據不同物體火災后軟化、熔化、受熱分解程度的不同,可以確命安全。(2)就經濟角度而言,這種替代措施也是合算的。火災的主要損失不是建筑物的修復費而是建筑內部物件的損壞以及隨之而來的損失。噴水裝置可以在火災造成嚴重損失之前將火撲滅(并且該項實驗己經證明了在極少見的噴水系統失效的情況下,依設計,未加保護梁的鋼結構建筑物也能在火災中幸免跨塌)噴水裝置系統不只是有效地降低了生命危險,而且還控制了火災,利用鋼結構固有的強度防止建筑物倒塌使經濟損失及事業混亂的可能性同過去采取被動保護措施的建筑物水平相當。這個“失敗的安全”思想將可能成為建筑設計“防火工程”一個全新途徑的起點結束語:卡丁頓實驗引起了業內人士的極大興趣,同時也引發了關于該項實驗提出的某些觀點的一些爭i議英國一位從事消防研宄的人士提出的幾個問題頗具針對性,現將其主要觀點敘述如下:(1)如果鋼和壓形鋼板混凝土復合樓板對防止樓板和梁的失效起著重要影響,那么不同的樓板對火的反應將不會相同。

  在滅火過程中,消防隊員出水將使鋼梁迅速冷卻,同時水又作為荷載加在結構上,這些因素也應予以考慮建筑物中的居民、消防隊員的安全不應完全系于一套安全系統,至少還應該有后備的安全系統另一研宄人員就拉伸構件在板中的作用及其在卡丁頓火災實驗中的應用作了專門的論證,其結論是:在大型火災實驗中,如果不對位于特定主梁線上的梁采取防火措施,樓板會倒塌;如果對梁采取防火措施樓板則是安全的。這一結論與卡丁頓的實驗結果完全相反此外,消防協會也希望建筑物具備主動和被動兩套防火系統。

  以上觀點對將要繼續進行的卡丁頓系列實驗有何影響及卡丁頓系列實驗將給鋼結構建筑設計與施工帶來什么樣的前景,在今后的兩三年內將成為人們關注的熱點

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