虽然钢筋混凝土结构材料本身是不燃烧的，但在室内一定量可燃物燃烧引起的高温作用下，混凝土和钢筋及其粘结等力学性能发生退化，造成建筑构件的损伤或破坏。若重要部位的结构构件遭受严重损伤或破坏，则可能会引起建筑结构的刚度和稳定性下降，甚至会引起建筑物整体倒塌。

因此，为了减少火灾对人民生命和财产的严重危害，混凝土结构应在遭遇火灾的一定时间内保持足够的刚度、承载力和完整性，以便有效地发挥建筑物的承重和支撑作用，保证室内人员能够安全地撤离火场和消防人员进行灭火等活动。

火灾时，混凝土结构经历温度升高直至最高温度，然后降低至常温的过程。按照不同阶段对混凝土结构的承载能力要求，设计时需要考虑在火灾中和火灾后温度对混凝土结构的影响。

（1）混凝土在高温下的力学特性

火灾高温将使得混凝土材料的抗压强度、抗拉强度和弹性模量产生严重的衰减，具体影响规律已在本书第二章第四节作过介绍，在此不再赘言。

 (2) 钢在高温下的力学特性

a. 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μ是结构性状变化的敏感参数。钢材的弹性模量随温度升高而降低，具体表现为：在0~600℃范围内，弹性模量随温度升高而逐渐降低；当超过600℃后，其随温度升高而显著下降。钢的泊松比在室温时约为0.29，500℃为0.30，750℃为0.34。

b. 钢在高温下本构关系

钢材在高温下的强度与钢材的冶炼炉种、钢号、冶炼方法等有关。对于普通热轧钢筋，当温度小于300℃时，其屈服强度降低不到10%，而当温度升高到600℃时，其屈服强度只剩下常温时的50%左右，屈服台阶亦随温度的升高逐渐消失，如图4所示。对于冷拔钢丝或钢绞线，当受火温度达到200℃以上时，其极限强度的降低更加明显；而对于高强合金钢筋，在200℃~300℃之间，强度反而随温度有所提高，随后同冷拔钢筋呈同一趋势下降。 

  (3) 高温对钢筋与混凝土粘结性能的影响

钢筋与混凝土之间的粘结力反映钢筋与混凝土界面相互作用的能力，通过粘结作用来传递两者的应力和协调变形。钢筋与混凝土之间的粘结力主要组成部分为：钢筋与水泥胶体的吸附和粘着力，约占总粘结力的10%；混凝土在钢筋环向方向的收缩、钢筋微弯或直径不均匀所产生的摩阻力，约占总粘结力的15~20%；混凝土与钢筋接触表面上凹凸不平的机械咬合力，约占总粘结力的75%。

在高温作用下，由于钢筋和混凝土之间的差异变形增大，接触面上的剪应力随之增大，加上混凝土抗压强度降低和混凝土内部产生裂缝等原因，从而使钢筋与混凝土的粘结力逐渐降低，直至完全破坏。钢筋与混凝土粘结性能随温度的变化关系如图5所示。

火灾引起混凝土结构材料的这些性能退化，将直接引起结构抵抗力的降低。在钢筋混凝土结构设计中，可以通过基于已退化的材料性能指标进行结构整体分析，验算各阶段结构的抗力；通过设计方案的调整来减少火灾对混凝土结构的影响，提高结构的抗火能力。

而由于发生火灾时的不同着火位置，迎火面与背火面存在较大的温度分布差异，在混凝土体内会引起不均匀的应变分布场，对于混凝土结构将产生复杂的附加应力场。这同样也会降低结构的抗力，也应通过分析来确定其影响，以便调整方案提高抗火能力。

对混凝土结构而言，火灾将产生一个复杂的、不均匀的温度升高与下降过程。火灾的高温作用对混凝土结构造成的损伤，可以从温变引起的应变场、高温引起材性退化以及体变形作用受到约束造成附加应力等几方面进行分析。这些因素的存在改变了混凝土结构内部的应力状态与抗力机理，因而会出现与常温结构不同的破坏模式。

经历火灾后，在高温时以及降温后，混凝土和钢筋各自的强度、弹性模量以及混凝土与钢筋之间的粘结力锐减，在同样的荷载作用下结构变形猛增。在高温作用下，混凝土还出现开裂、酥松和边角崩裂等外观损伤现象，且随温度的升高这种截面削弱渐趋严重。这是混凝土构件和结构的高温承载力与耐火极限严重下降的主要原因。

2. 内部不均匀温度场

由于混凝土的热传导系数很小，受火后，结构的迎火表面温度迅速升高，而内部的温度增长缓慢，因此形成了不均匀的温度场，其中表面的温度变化梯度较大。随着火灾时间的延续，构件的这种温度场也在不断变化，它取决于火灾的温度-时间过程、构件的形状与尺寸以及混凝土材料的热工性能等。研究发现，结构的初始内力状态、变形和细微裂缝等对其温度场的影响极小。但是，结构的温度场由于改变混凝土内部应力状态，它对结构的内力、变形、裂缝扩展和承载力等产生很大的影响。

发生火灾后的任意时刻，构件截面会存在不均匀的温度场，它将产生不均匀的温度变形。截面的高温区受到相邻的非高温构件的约束，将引起截面的应力重分布。对大多数混凝土结构，由于结构呈现超静定性，温度变形还将受到支座和节点的约束，继而会产生剧烈的内力重分布。随着温度的变化和时间的延续，混凝土结构将形成一个连续变化的内力重分布过程，并最终导致出现与常温结构不同的破坏机构和形态，影响结构的高温极限承载力。

 

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