4.11 边界条件和约束
4.11.1 概述
GB/T 9978.1-2008 中6.4对不同承重系统试件的约束应用、试件对热膨胀或热转动的抵抗作用给出了一些供选择的方法，反映了在GB/T 9978.1 中描述的试验方法的内在本质，即以最能代表在实际中最严酷应用情况的方法对试件进行耐火试验。
为了把应用于试件的约束条件与构件在实际建筑结构中的约束条件进行关联，以下观点适用：
a) 当试件的周围环境条件和支撑结构能够在标准时间—温度曲线表示的整个高温范围内，为构件提供因热膨胀和/或热转动而产生应力的足够抵抗力时，可以认为实际建筑中的楼板和屋顶组件、墙体结构、柱和独立的梁能够抵抗热膨胀和/或热转动应力。
b) 虽然，确定如何实现“构件因热膨胀和/或热转动而产生应力的足够抵抗力”的方法，需要工程实践来判断。但是，这些必要的抵抗力可以由构件的一些结构特性来提供，如楼板和屋顶组件的支撑结构产生的侧向刚性作用、某一结构组件内连接梁的支撑结构产生的侧向刚性作用以及被支撑结构的重力等。与此同时，结构连接节点应足以充分地把热膨胀和/或热转动产生的应力传递给上述支撑结构或其他产生抵抗力的结构。某一结构的联接板或相邻结构的刚性，也应在评估该结构抵抗热膨胀应力的能力时予以考虑。根据这一原理，建筑梁的两个以上的连续支撑结构会对梁的预期热转动应力产生抵抗力。
c) 耐火试验结果表明，试件约束条件的变化可以显著影响建筑构件或组件的耐火时间。在大多数情况下，在耐火试验中应用约束，对试件耐火性能的测试结果有益。但有时，过分的轴向约束会加速试件耐火稳定性的失效或引起诸如在混凝土结构中可能发生的加速爆裂现象；有时，例如一面受火的非静定钢筋混凝土楼板，瞬间约束可能导致未增强区域或增强较薄弱的区域形成严重破裂变形，从而导致结构的剪切破坏。
随着受约束结构的耐火试验经验的增加，可以预测上面提及的某些不规律的特性，而且还有可能在通常方式下将受约束试件的试验条件与实际建筑结构条件进行关联。然而，还有很多工作需要继续完成，而且在不可能将试件试验时所需要的边界条件与构件在实际建筑结构中可能承受的边界条件进行关联的情况下，耐火试验可以在很少或者没有对试件热膨胀或热转动应力进行约束的条件下完成。
4.11.2 抗弯构件(梁、楼板、屋顶）
抗弯构件试件可以静置于滚动支座上或安装在约束结构界限内进行耐火试验。在后一种情况中，对于试件的轴向或旋转热膨胀可以采用多种约束方法。在复杂程度低的设备中，试件安装在约束结构的部分结构内进行试验，该部分结构能够响应试件结构构件的轴向推力而不发生明显的变形。这种轴向推力有时可以通过校准约束结构进行调节；有时可以通过在结构构件末端与约束结构之间预留膨胀伸缩缝的方法，在一定程度上控制这种轴向推力。这种结构安排，对试件也提供了热转动约束。在更为复杂的约束结构布置中，通常使用相对于构件轴向布置的液压装置来实现约束及其测量。
在存在热膨胀约束的情况下，试件在耐火试验中受热会引起轴向压缩力。大多数情况下，这种轴向压缩力出现在构件横截面的某一位置上，使得与该轴向压缩力相关的弯曲力矩趋向于抵消由试件加载产生的弯曲力矩，除非试件爆裂的可能性或不稳定性失效超过了这个有利效应，否则，将会导致试件承载能力和耐火性能的提髙。
在多数情况下，如果一个抗弯构件试件在不受约束的条件下进行耐火试验，则采用此耐火试验结果来选用在火灾状态下可能受到热约束的对应抗弯构件是安全的。
4.11.3 轴向构件（柱、承重墙）
在实验室进行的柱和承重墙的耐火试验，表明的是这些构件在实际火灾中经受应力情况的理想化状态。例如，在耐火试验中不可能重现轴向构件在实际火灾中可能出现的末端弯矩的变化情况。实际上，约束的效应取决于防火分区中火灾的局部情况，如果防火分区中提供的是充分均匀的加热环境，则对试件受热膨账延长的约束力会大大降低。
柱和承重墙的承载能力及其相关的试验荷载值，在很大程度上取决于它的支撑结构状况。对于铰链约束的细长型建筑构件，即使是支撑结构内由于摩擦引起的很小的力，都会显著增加该构件的承载能力。在耐火试验中，作用于试件末端的无意约束也会显著增加试件的承载能力。在某些实验室中也出现过这样的情况，对于柱构件，尽管使用的是球形的末端支撑结构，但通常很难提供真实的同心轴向支撑(或承载)点，推荐的做法是采用已知小偏心率的支撑结构。
基于以上原因，对于柱或承重墙而言，最好是在无热膨胀抵抗力或末端完全受限的情况下进行耐火试验。
4.11.4 非承重墙和隔断
从理论上讲，所有的非承重墙和隔墙均在不施加外部荷载的情况下进行耐火试验。然而从实际建筑来看，这些构件会受到从其他建筑构件传递荷载的影响，或者在火灾中受到构件自身膨胀产生应力的影响。因此，此类构件的耐火试验应在具有足够硬度的封闭受限框架内进行，此框架应能够抵抗试件热膨胀产生的作用力而不发生任何变形或只有微小变形。
4.11.5 试验室测量
考虑到目前缺乏关于热膨胀或热转动抵抗效能的信息，因此，在对任何约束形式的试件进行耐火试验时，试验室应尝试确定约束结构的约束力大小和方向。
GB/T 9978.1-2008 中6.4对不同承重系统试件的约束应用、试件对热膨胀或热转动的抵抗作用给出了一些供选择的方法，反映了在GB/T 9978.1 中描述的试验方法的内在本质，即以最能代表在实际中最严酷应用情况的方法对试件进行耐火试验。
为了把应用于试件的约束条件与构件在实际建筑结构中的约束条件进行关联，以下观点适用：
a) 当试件的周围环境条件和支撑结构能够在标准时间—温度曲线表示的整个高温范围内，为构件提供因热膨胀和/或热转动而产生应力的足够抵抗力时，可以认为实际建筑中的楼板和屋顶组件、墙体结构、柱和独立的梁能够抵抗热膨胀和/或热转动应力。
b) 虽然，确定如何实现“构件因热膨胀和/或热转动而产生应力的足够抵抗力”的方法，需要工程实践来判断。但是，这些必要的抵抗力可以由构件的一些结构特性来提供，如楼板和屋顶组件的支撑结构产生的侧向刚性作用、某一结构组件内连接梁的支撑结构产生的侧向刚性作用以及被支撑结构的重力等。与此同时，结构连接节点应足以充分地把热膨胀和/或热转动产生的应力传递给上述支撑结构或其他产生抵抗力的结构。某一结构的联接板或相邻结构的刚性，也应在评估该结构抵抗热膨胀应力的能力时予以考虑。根据这一原理，建筑梁的两个以上的连续支撑结构会对梁的预期热转动应力产生抵抗力。
c) 耐火试验结果表明，试件约束条件的变化可以显著影响建筑构件或组件的耐火时间。在大多数情况下，在耐火试验中应用约束，对试件耐火性能的测试结果有益。但有时，过分的轴向约束会加速试件耐火稳定性的失效或引起诸如在混凝土结构中可能发生的加速爆裂现象；有时，例如一面受火的非静定钢筋混凝土楼板，瞬间约束可能导致未增强区域或增强较薄弱的区域形成严重破裂变形，从而导致结构的剪切破坏。
随着受约束结构的耐火试验经验的增加，可以预测上面提及的某些不规律的特性，而且还有可能在通常方式下将受约束试件的试验条件与实际建筑结构条件进行关联。然而，还有很多工作需要继续完成，而且在不可能将试件试验时所需要的边界条件与构件在实际建筑结构中可能承受的边界条件进行关联的情况下，耐火试验可以在很少或者没有对试件热膨胀或热转动应力进行约束的条件下完成。
4.11.2 抗弯构件(梁、楼板、屋顶）
抗弯构件试件可以静置于滚动支座上或安装在约束结构界限内进行耐火试验。在后一种情况中，对于试件的轴向或旋转热膨胀可以采用多种约束方法。在复杂程度低的设备中，试件安装在约束结构的部分结构内进行试验，该部分结构能够响应试件结构构件的轴向推力而不发生明显的变形。这种轴向推力有时可以通过校准约束结构进行调节；有时可以通过在结构构件末端与约束结构之间预留膨胀伸缩缝的方法，在一定程度上控制这种轴向推力。这种结构安排，对试件也提供了热转动约束。在更为复杂的约束结构布置中，通常使用相对于构件轴向布置的液压装置来实现约束及其测量。
在存在热膨胀约束的情况下，试件在耐火试验中受热会引起轴向压缩力。大多数情况下，这种轴向压缩力出现在构件横截面的某一位置上，使得与该轴向压缩力相关的弯曲力矩趋向于抵消由试件加载产生的弯曲力矩，除非试件爆裂的可能性或不稳定性失效超过了这个有利效应，否则，将会导致试件承载能力和耐火性能的提髙。
在多数情况下，如果一个抗弯构件试件在不受约束的条件下进行耐火试验，则采用此耐火试验结果来选用在火灾状态下可能受到热约束的对应抗弯构件是安全的。
4.11.3 轴向构件（柱、承重墙）
在实验室进行的柱和承重墙的耐火试验，表明的是这些构件在实际火灾中经受应力情况的理想化状态。例如，在耐火试验中不可能重现轴向构件在实际火灾中可能出现的末端弯矩的变化情况。实际上，约束的效应取决于防火分区中火灾的局部情况，如果防火分区中提供的是充分均匀的加热环境，则对试件受热膨账延长的约束力会大大降低。
柱和承重墙的承载能力及其相关的试验荷载值，在很大程度上取决于它的支撑结构状况。对于铰链约束的细长型建筑构件，即使是支撑结构内由于摩擦引起的很小的力，都会显著增加该构件的承载能力。在耐火试验中，作用于试件末端的无意约束也会显著增加试件的承载能力。在某些实验室中也出现过这样的情况，对于柱构件，尽管使用的是球形的末端支撑结构，但通常很难提供真实的同心轴向支撑(或承载)点，推荐的做法是采用已知小偏心率的支撑结构。
基于以上原因，对于柱或承重墙而言，最好是在无热膨胀抵抗力或末端完全受限的情况下进行耐火试验。
4.11.4 非承重墙和隔断
从理论上讲，所有的非承重墙和隔墙均在不施加外部荷载的情况下进行耐火试验。然而从实际建筑来看，这些构件会受到从其他建筑构件传递荷载的影响，或者在火灾中受到构件自身膨胀产生应力的影响。因此，此类构件的耐火试验应在具有足够硬度的封闭受限框架内进行，此框架应能够抵抗试件热膨胀产生的作用力而不发生任何变形或只有微小变形。
4.11.5 试验室测量
考虑到目前缺乏关于热膨胀或热转动抵抗效能的信息，因此，在对任何约束形式的试件进行耐火试验时，试验室应尝试确定约束结构的约束力大小和方向。