加入文库VIP >
获取下载特权
上传我的文档

《建筑钢结构防火技术规范》CECS 200:2006

2887

1总 则

1 总 则


1.0.1 为防止和减小建筑钢结构的火灾危害,保护人身和财产安全,经济、合理地进行钢结构抗火设计和采取防火保护措施,制定本规范。

1.0.2 本规范适用于新建、扩建和改建的建筑钢结构和组合结构的抗火设计和防火保护。

1.0.3 本规范是以火灾高温下钢结构的承载能力极限状态为基础,根据概率极限状态设计法的原则制定的。

1.0.4 建筑钢结构的抗火设计和防火保护,除应符合本规范的规定外,尚应符合我国现行有关标准的规定。

2术语和符号

2.1 术 语

2.1 术 语


2.1.1 火灾荷载密度 fire load density

    单位楼面面积上可燃物的燃烧热值(MJ/m2)。

2.1.2 标准火灾升温 standard fire temperature-time curve

    国际标准ISO 834给出的,用于建筑构件标准耐火试验的炉内平均温度与时间的关系曲线。

2.1.3 等效曝火时间 equivalent time of fire exposure

    在非标准火灾升温条件下,火灾在时间t内对构件或结构的作用效应与标准火灾在时间te内对同一构件或结构(外荷载相同)的作用效应相同,则时间te称为前者的等效曝火时间。

2.1.4 抗火承载能力极限状态 limit state for fire resistance

    在火灾条件下,构件或结构的承载力与外加作用(包括荷载和温度作用)产生的组合效应相等时的状态。

2.1.5 临界温度 critical temperatrue

    假设火灾效应沿构件的长度和截面均匀分布,当构件达到抗火承载力极限状态时构件截面上的温度。

2.1.6 荷载比 load level,load ratio

    火灾下构件承载力与常温下相应的承载力的比值。

2.1.7 钢管混凝土 concrete-filled steel tube

    在圆形或矩形钢管内填灌混凝土而形成,且钢管和混凝土在受荷全过程中共同受力的构件。

2.1.8 组合构件 composite component

    截面上由型钢与混凝土两种材料组合而成的构件。例如,钢管混凝土柱、钢-混凝土组合板和钢-混凝土组合梁等。

2.1.9 屋盖承重构件 load bearing roof component

    用于承受屋面荷载的主要结构构件。例如,组成屋盖网架、网壳、桁架的构件和屋面梁、支撑等。屋面檩条一般不当作屋盖承重构件,但当檩条同时起屋盖结构系统的支撑作用时,则应当作屋盖承重构件。

2.1.10 自动喷水灭火系统全保护 complete sprinkler system

    建筑物内除面积小于5m2的卫生间外,均设有自动喷水灭火系统的保护。

2.2 符 号

2.2 符 号


    A——构件的毛截面面积;

        Af——一个翼缘的截面面积;

        Aw——梁腹板的截面面积;

        B——构件单位长度综合传热系数;

        Bn——与梁端部约束情况有关的常数;

        cs——钢材的比热容;

        ci——保护层的比热容;

        di——保护层厚度;

        E——常温下钢材的弹性模量;

        ET——高温下钢材的弹性模量;

        f——常温下钢材的设计强度;

        fy——常温下钢材的屈服强度;

        fyT——高温下钢材的屈服强度;

        fc——常温下混凝土的抗压强度;

        fcT——高温下混凝土的抗压强度;

        F——单位长度构件的受火表面积;

        Fi——单位长度构件保护层的内表面积;

        h——构件的截面高度,楼板厚度;

        hw——梁腹板的高度;

        hd——压型钢板的截面高度;

        I——构件的截面惯性矩;

        kr——火灾下钢管混凝土柱的承载力影响系数;

        l——构件的长度、跨度;

        l0——构件的计算长度;

        Mfi——受火构件按等效作用力分析得到的杆端弯矩;

        Mp——塑性弯矩;

        MTi——受火构件的杆端温度弯矩;

        Mx、My——构件的最大弯矩设计值;

        N——构件的轴力设计值;

        N'ExT、N'EyT——高温下构件的承载力参数;

        Nf——受火构件按等效作用力分析得到的轴力;

        NT——受火构件的轴向温度内力;

        P——保护层的含水百分比;

        q——梁(板)所受的均布荷载或等效均布荷载;

        qr——考虑薄膜效应后楼板的极限承载力;

        Qik——楼面或屋面活荷载的标准值;

        R、R'、R'x、R'y——荷载比;

        Rd——高温下结构或构件的设计承载力;

        S——结构或构件的荷载组合效应;

        Sm——高温下结构或构件的作用组合效应;

        t——受火时间或耐火时间;

        t'——构件温度达到100℃所需的时间;

        td——结构或构件的耐火时间;

        te——等效曝火时间;

        tm——结构或构件的耐火极限;

        tv——延迟时间;

        tw——梁腹板的厚度;

        T0——受火前钢构件的内部温度;

        T1、T2——受火钢构件两侧或上下翼缘的温度;

        Td——结构或构件的临界温度;

        T'g——实际的室内火灾升温;

        Tg(0)——火灾发生前的室内平均空气温度;

        Tg——对应t时刻的室内平均空气温度;

        Ts——钢构件温度;

        Tm——在耐火极限时间内结构或构件的最高温度;

        V——单位长度构件的体积;

        Wp——构件的截面塑性模量;

        Wx、Wy——构件绕x轴和绕y轴的毛截面模量;

        αs——钢材的热膨胀系数;

        βm、βt——等效弯矩系数;

        γ0——结构抗火重要性系数;

        γR——钢构件的抗力分项系数,抗火设计中钢材强度调整系数;

        γx、γy——截面塑性发展系数;

        xT——高温下钢材弹性模量折减系数;

        ηT——高温下钢材强度折减系数;

        υs——钢材的泊松比;

        λ——构件的长细比;

        λi——保护材料的导热系数;

        λs——钢材的导热系数;

        ρi——保护材料的密度;

        ρs——钢材的密度;

       αc——对流传热系数;

        αr——辐射传热系数;

        φ——常温下轴心受压构件的稳定系数;

        φb——常温下钢梁的整体稳定系数;

        φ'bT——高温下钢梁的整体稳定系数;

    △t——时间增量;

    △T——构件或结构的温度变化值。

3钢结构防火要求

3 钢结构防火要求


3.0.1 单、多层建筑和高层建筑中的各类钢构件、组合构件等的耐火极限不应低于表3.0.1和本章的相关规定。当低于规定的要求时,应采取外包覆不燃烧体或其他防火隔热的措施。

表3.0.1 单、多层和高层建筑构件的耐火极限

注:对造纸车间、变压器装配车间、大型机械装配车间、卷烟生产车间、印刷车间等及类似的车间,当建筑耐火等级较高时,吊车梁体系的耐火极限不应低于表中梁的耐火极限要求。

3.0.2 钢结构公共建筑和用于丙类和丙类以上生产、仓储的钢结构建筑中,宜设置自动喷水灭火系统全保护。

3.0.3 当单层丙类厂房中设有自动喷水灭火系统全保护时,各类构件可不再采取防火保护措施。

3.0.4 丁、戊类厂、库房(使用甲、乙、丙类液体或可燃气体的部位除外)中的构件,可不采取防火保护措施。

3.0.5 当单、多层一般公共建筑和居住建筑中设有自动喷水灭火系统全保护时,各类构件的耐火极限可按表3.0.1的相应规定降低0.5h。

3.0.6 对单、多层一般公共建筑和甲、乙、丙类厂、库房的屋盖承重构件,当设有自动喷水灭火系统全保护,且屋盖承重构件离地(楼)面的高度不小于6m时,该屋盖承重构件可不采取其他防火保护措施。

3.0.7 除甲、乙、丙类库房外的厂、库房,建筑中设自动喷水灭火系统全保护时,其柱、梁的耐火极限可按表3.0.1的相应的规定降低0.5h。

3.0.8 当空心承重钢构件中灌注防冻、防腐并能循环的溶液,且建筑中设有自动喷水灭火系统全保护时,其承重结构可不再采取其他防火保护措施。

3.0.9 当多、高层建筑中设有自动喷水灭火系统全保护(包括封闭楼梯间、防烟楼梯间),且高层建筑的防烟楼梯间及其前室设有正压送风系统时,楼梯间中的钢构件可不采取其他防火保护措施;当多层建筑中的敞开楼梯、敞开楼梯间采用钢结构时,应采取有效的防火保护措施。

3.0.10 对于多功能、大跨度、大空间的建筑,可采用有科学依据的性能化设计方法,模拟实际火灾升温,分析结构的抗火性能,采取合理、有效的防火保护措施,保证结构的抗火安全。

4材料特性

4.1 钢 材

4.1 钢 材


4.1.1 在高温下,钢材的有关物理参数应按表4.1.1采用。

表4.1.1 高温下钢材的物理参数

4.1.2 在高温下,普通钢材的弹性模量可按下式计算:

 式中 Ts——温度(℃);

                 ET——温度为Ts时钢材的弹性模量(MPa);

                  E——常温下钢材的弹性模量(MPa);

                 xT——高温下钢材弹性模量的折减系数,可按表4.1.2采用。


表4.1.2 高温下普通钢材的弹性模量折减系数xT

 

4.1.3 在高温下,普通钢材的屈服强度可按下式计算:

式中 fyT——温度为Ts时钢材的屈服强度(MPa);

          fy——常温下钢材的屈服强度(MPa);

            f——常温下钢材的强度设计值(MPa);

         γR——钢构件抗力分项系数,取靠γR=1.1;

         ηT——高温下钢材强度折减系数,可按表4.1.3采用。

表4.1.3 高温下普通钢材的强度折减系数ηT

4.1.4 当按第4.1.2、4.1.3条确定高温下钢材的特性时,常温下钢材的特性应按现行国家的标准《钢结构设计规范》GB 50017的规定采用。

4.1.5 在高温下,耐火钢的弹性模量和屈服强度可分别按式(4.1.2-1)和式(4.1.3-1)确定。其中,弹性模量折减系数xT和屈服强度折减系数ηT可分别按式(4.1.5-1)和(4.1.5-2)确定。

4.2 混凝土

4.2 混凝土


4.2.1 在高温下,普通混凝土的有关物理参数可按下列规定采用:

    1 导热系数

    硅质骨料混凝土:

 式中 λc——温度为T时混凝土的导热系数[W/(m·℃)];

                  T——混凝土的温度(℃)。

    钙质骨料混凝土:

 2 比热容

式中 cc——温度为T时混凝土的比热容[J/(kg·℃)] 。 

4.2.2 在高温下,普通混凝土的初始弹性模量可按下式计算:

 式中 EcT——温度为T时混凝土的初始弹性模量(MPa);

         Ec ——常温下混凝土的初始弹性模量(MPa)。

4.2.3 在高温下,混凝土的抗压强度可按下式计算:

式中 fcT——高温下混凝土的抗压强度;

         fc ——常温下混凝土的抗压强度;

         ηcT——高温下混凝土的抗压强度折减系数,可按表4.2.3采用。

4.2.4 当按第4.2.2、4.2.3条确定高温下混凝土的材料特性时,常温下混凝土的特性应按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010的规定采用。

4.2.5 在高温下,其他类型混凝土的特性,应根据有关标准通过高温材性试验确定。

4.3 防火涂料

4.3 防火涂料


4.3.1 当钢结构采用防火涂料保护时,可采用膨胀型或非膨胀型防火涂料。

4.3.2 钢结构防火涂料的技术性能除应符合现行国家标准《钢结构防火涂料》GB 14907的规定外,尚应符合下列要求:

    1 生产厂应提供非膨胀型防火涂料导热系数(500℃时)、比热容、含水率和密度参数,或提供等效导热系数、比热容和密度参数。非膨胀型防火涂料的等效导热系数可按附录A的规定测定。

    2 主要成分为矿物纤维的非膨胀型防火涂料,当采用干式喷涂施工工艺时,应有防止粉尘、纤维飞扬的可靠措施。

4.4 防火板

4.4 防火板


4.4.1 当钢结构采用防火板保护时,可采用低密度防火板、中密度防火板和高密度防火板。

4.4.2 防火板材应符合下列要求:

    1 应为不燃性材料;

    2 受火时不炸裂,不产生穿透裂纹;

    3 生产厂应提供产品的导热系数(500℃时)或等效导热系数、密度和比热容等参数。防火板的等效导热系数可按附录A的规定测定。

4.5 其他防火隔热材料

4.5 其他防火隔热材料


4.5.1 钢结构也可采用粘土砖、C20混凝土或金属网抹M5砂浆等其他隔热材料作为防火保护层。

4.5.2 当采用其他防火隔热材料作为钢结构的防火保护层时,生产厂除应提供强度和耐候性参数外,尚应提供导热系数(500℃时)或等效导热系数、密度和比热容等参数。其他防火隔热材料的等效导热系数可参照附录A的规定测定。

5抗火设计基本规定

5.1 抗火极限状态设计要求

5.1 抗火极限状态设计要求


5.1.1 当满足下列条件之一时,应视为钢结构构件达到抗火承载能力极限状态:

    1 轴心受力构件截面屈服。

    2 受弯构件产生足够的塑性铰而形成可变机构。

    3 构件整体丧失稳定。

    4 构件达到不适于继续承载的变形。

5.1.2 当满足下列条件之一时,应视为钢结构整体达到抗火承载能力极限状态:

    1 结构产生足够的塑性铰形成可变机构。

    2 结构整体丧失稳定。

5.1.3 钢结构的抗火设计应满足下列要求之一:

    1 在规定的结构耐火极限时间内,结构或构件的承载力Rd不应小于各种作用所产生的组合效应Sm,即:

Rd≥Sm         (5.1.3-1)

    2 在各种荷载效应组合下,结构或构件的耐火时间td不应小于规定的结构或构件的耐火极限tm,即:

td≥tm         (5.1.3-2)

    3 结构或构件的临界温度Td不应低于在耐火极限时间内结构或构件的最高温度Tm,即:

Td≥Tm          (5.1.3-3)

5.2 一般规定

5.2 一般规定


5.2.1 在一般情况下,可仅对结构的各种构件进行抗火计算,使其满足构件抗火设计的要求。

5.2.2 当进行结构某一构件的抗火验算时,可仅考虑该构件的受火升温。

5.2.3 有条件时,可对结构整体进行抗火计算,使其满足结构抗火设计的要求。此时,应进行各构件的抗火验算。

5.2.4 进行结构整体抗火验算时,应考虑可能的最不利火灾状况。

5.2.5 对于跨度大于80m或高度大于100m的建筑结构和特别重要的建筑结构,宜对结构整体进行抗火验算,按最不利的情况进行抗火设计。

5.2.6 对第5.2.5条规定以外的结构,当构件的约束较大时,如在荷载效应组合中不考虑温度作用,则其防火保护层设计厚度应按计算厚度增加30%。

5.2.7 连接节点的防火保护层厚度不得小于被连接构件防火保护层厚度的较大值。

6温度作用及其效应组合

6.1 室内火灾空气升温

6.1 室内火灾空气升温


6.1.1 一般工业与民用建筑的室内火灾空气温度可按下式计算:

Tg(t)-Tg(O)=345lg(8t+1)         (6.1.1)

    式中:Tg(t)——对应于t时刻的室内平均空气温度(℃);

          Tg(O)——火灾发生前的室内平均空气温度,取20℃;

             t——升温时间(min)。

6.1.2 当能准确确定建筑室内有关参数时,可按附录B方法计算室内火灾的空气温度,也可按其他轰燃后的火灾模型计算室内火灾的空气温度。

6.1.3 实际的室内火灾升温在任意时刻对结构的影响,可等效为标准火灾升温在等效曝火时刻对结构的影响。本规范以钢构件温度相等为等效原则。当采用附录B方法计算室内火灾的空气温度时,等效曝火时间te可按下式计算:

    式中 te——等效曝火时间(min);

         η——开口因子(m1/2);

          qT——设计火灾荷载密度(MJ/m2),按附录C计算;

          Aw——按门窗开口尺寸计算的房间开口面积(m2);

                 h——房间门窗洞口高度(m);

                AT——包括门窗在内的房间六壁面积之和(m2)。


6.2 高大空间火灾空气升温

6.2 高大空间火灾空气升温


6.2.1 本规范中,高大空间是指高度不小于6m、独立空间地(楼)面面积不小于500m2的建筑空间。

6.2.2 高大空间建筑火灾中的空气升温过程可按下式确定:


    式中 T(x,z,t)——对应于t时刻,与火源中心水平距离为x(m)、与地面垂直距离为z(m)处的空气温度(℃);

           Tg(O)——火灾发生前高大空间内平均空气温度,取20℃;

              Tz——火源中心距地面垂直距离为z(m)处的最高空气升温(℃),按附录D确定;

               β——根据火源功率类型和火灾增长类型,按附录D确定;

               b——火源形状中心至火源最外边缘的距离(m);

               η——与火源中心水平距离为x(m)的温度衰减系数(无量纲),按附录D确定,当x<b时,η=1;

               μ——系数,按附录D确定。

6.2.3 火源功率设计值Qs应根据建筑物实际可燃物的情况,选取一合理数值。根据火源功率设计值Qs,可按

表6.2.3确定火灾功率类型。


表6.2.3 火源功率类型

 

6.2.4 火灾增长类型可根据可燃物类型按表6.2.4确定。


表6.2.4 火灾增长类型

6.3 钢构件升温计算

6.3 钢构件升温计算


6.3.1 火灾下钢构件的升温可按下列增量法计算,其初始温度取20℃:

式中 △t——时间增量(s),不宜超过30s;

                 Ts——钢构件温度(℃);

         Tg——火灾下钢构件周围空气温度(℃);

         B——钢构件单位长度综合传热系数[W/(m3·℃)],按第6.3.2条计算;

         cs——钢材比热容,按表4.1.1取值;

         ρs——钢材密度,按表4.1.1取值。

6.3.2 钢构件单位长度综合传热系数B可按下列公式计算:

    1 构件无防火保护层时

式中 F——构件单位长度的受火表面积(m2/m);

         V——构件单位长度的体积(m3/m);

         αc——对流传热系数,取25[W/(m2·℃)];

                 αr——辐射传热系数[W/(m2·℃)]。

    2 构件有非膨胀型保护层时

式中 ci——保护材料的比热容[J/(kg·℃)];

         ρi——保护材料的密度(kg/m3);

         di——保护层厚度(m);

                 λi——保护材料500℃时的导热系数或等效导热系数[W/(m3·℃)];

          Fi——构件单位长度防火保护材料的内表面积(m2/m)。

    各类构件的Fi/V值可按附录E采用。

6.3.3 有非膨胀型防火保护层的构件,当构件温度不超过600℃时,在标准火灾升温条件下其内部温度可按下式近似计算:

式中 Ts(0)——火灾前构件的初始温度,取20℃;

                       t——火灾升温时间(s),当为非标准火灾升温时,用第6.1.3条确定的等效曝火时间te代替。

    有膨胀型防水保护层的构件,在标准火灾升温条件下,其内部温度应按附录I规定的方法确定。

6.3.4 在标准火灾升温条件下,无防火保护层的钢构件和采用不同参数防火被覆构件的升温也可按附录F查表确定。

6.3.5 当钢构件的防火被覆中含有水分时,宜考虑钢构件的升温延迟现象。此时钢构件的内部温度可按下式计算:

式中 tv——延迟时间(s);

                 t' ——构件温度达到100℃所需的时间(s);

                 P——保护层中所含水分的质量百分比(%);

          T's(t)——考虑延迟现象的影响时,构件在t时刻的内部温度;

           Ts(t)——不考虑延迟现象的影响时,构件在t时刻的内部温度,按第6.3.1、6.3.3或6.3.4条确定。

    当有实测数据时,延迟时间tv可采用实测值。

    当采用由附录A确定的防火被覆的等效导热系数计算钢构件的升温时,无需考虑防火被覆中水分引起的延迟时间。

6.4 结构内力分析

6.4 结构内力分析


6.4.1 在进行钢结构抗火计算时,应考虑温度内力和变形的影响。

6.4.2 计算钢结构中某一构件受火升温的温度内力和变形时,可将受火构件的温度效应等效为杆端作用力(图6.4.2),并将该作用力作用在与该杆端对应的结构节点上,然后按常温下的分析方法进行结构分析,得到该构件升温对结构产生的温度内力和变形。其中,受火构件的温度内力可按下式确定:

    NT——受火构件的轴向温度内力(压力);

    MTi——受火构件的杆端温度弯矩(方向与图6.4.2b所示MTe方向相反);

    Nf——按等效作用力分析得到的受火构件的轴力(受拉为正);

    Mfi——按等效作用力分析得到的受火构件的杆端弯矩(方向与图6.4.2b所示MTe方向一致为正);

T1、T2——受火构件两侧或上下翼缘的温度,对于有防火保护层的钢构件取T1=T2;

     T0——受火前构件的温度;

      ET——温度为(T1+T2)/2时钢材的弹性模量;

       A——受火构件的截面面积;

    I——受火构件的截面惯性矩;

       h——受火构件的截面高度。

图6.4.2 结构温度效应等效为杆端作用力


6.4.3 计算框架柱的温度内力时,如仅考虑该柱升温(相邻柱不升温),则该柱的温度内力可根据计算结果折减30%。

6.4.4 钢结构构件抗火验算时,受火构件在外荷载作用下的内力,可采用常温下相同荷载所产生的内力乘以折减系数0.9。

6.5 作用效应组合

6.5 作用效应组合


6.5.1 钢结构抗火验算时,可按偶然设计状况的作用效应组合,采用下列较不利的设计表达式:

    式中 Sm——作用效应组合的设计值;

         SGk——永久荷载标准值的效应;

                 STk——火灾下结构的标准温度作用效应;

                 SQk——楼面或屋面活荷载标准值的效应;

                 Swk——风荷载标准值的效应;

                  ——楼面或屋面活荷载的频遇值系数,按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009的规定取值;

——楼面或屋面活荷载的准永久值系数,按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009的规定取值;

 γ0——结构抗火重要性系数,对于耐火等级为一级的建筑取1.15,对其他建筑取1.05。


7钢结构抗火验算

7.1 抗火设计步骤

7.1 抗火设计步骤


7.1.1 钢结构构件抗火设计可采用第7.1.2或7.1.3条规定的步骤进行。

7.1.2 钢结构构件抗火设计方法一的步骤为:

    1 按第6.5.1条进行荷载效应组合。

    2 根据构件和荷载类型,按第7.4和7.5节有关条文,确定构件的临界温度Td

    3 当保护材料为膨胀型时,保护层厚度可按试验方法确定。当保护材料为非膨胀型时,可按下述方法计算所需防火被覆厚度:

        1)由给定的临界温度Td、耐火极限(标准升温时间t或等效曝火时间te),按附录G查表确定构件单位长度综合传热系数B。

        2)由下式计算保护层厚度:

        3)当k≤0.01或不便确定时,可偏于安全地按下式计算保护层厚度:

        4)当防火保护材料的平衡含水率P较大(延迟时间大于5min),可先按式(7.1.2-1)求出初定厚度d'i,然后按下式估计延迟时间:

    以(t-tv)代表t重新按附录G查表确定构件单位长度综合传热系数B值,再根据式(7.1.2-1)求得最后厚度。

    如果防火保护材料的等效导热系数根据附录A确定,则无需考虑防火被覆中水分引起的延迟时间。

    以上各式中符号意义同第6.3节。

7.1.3 钢结构构件抗火设计方法二的步骤为:

    1 设定一定的防火被覆厚度。

    2 按第6.3节有关条文计算构件在要求的耐火极限下的内部温度。

    3 按第4.1节有关条文确定高温下钢材的参数,按第6.4节有关条文计算结构构件在外荷载和温度作用下的内力。

    4 按第5.2节规定进行结构分析(含温度效应分析),并按第6.5节进行荷载效应组合。

    5 根据构件和受载的类型,按第7.2和7.3节有关条文进行构件耐火承载力极限状态验算。

    6 当设定的防火被覆厚度不合适时(过小或过大),可调整防火被覆厚度,重复上述1~5步聚。

7.1.4 钢结构整体的抗火验算可按下列步骤进行:

    1 设定结构所有构件一定的防火被覆厚度。

    2 确定一定的火灾场景。

    3 进行火灾温度场分析及结构构件内部温度分析。

    4 在第6.5.1条规定的荷载作用下,分析结构是否满足第5.1.3条的要求。

    5 当设定的结构防火被覆厚度不合适时(过小或过大),调整防火被覆厚度,重复上述1~4步骤。

7.2 基本钢构件的抗火承载力验算

7.2 基本钢构件的抗火承载力验算


7.2.1 高温下,轴心受拉钢构件或轴心受压钢构件的强度应按下式验算:

    式中 N——火灾下构件的轴向拉力或轴向压力设计值;

                An——构件的净截面面积;

                ηT——高温下钢材的强度折减系数;

                 γR——钢构件的抗力分项系数,近似取γR=1.1;

                  f——常温下钢材的强度设计值。

7.2.2 高温下,轴心受压钢构件的稳定性应按下式验算;

式中 N——火灾时构件的轴向压力设计值;

                 A——构件的毛截面面积;

        φT——高温下轴心受压钢构件的稳定系数;

                αc——高温下轴心受压钢构件的稳定验算参数;对于普通结构钢构件,根据构件长细比和构件温度按表7.2.2-1确定,对于耐火钢构件,按表7.2.2-2确定;

         φ——常温下轴心受压钢构件的稳定系数,按现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017确定。


表7.2.2-1 高温下轴心受压普通结构钢构件的稳定验算参数 αc

注:温度在50℃及以下时αc取1.0,其他温度αc按线性插值确定。

表7.2.2-2 高温下轴心受压耐火钢构件的稳定验算参数αc

    注:温度在50℃及以下时αc取1.0,其他温度αc按线性插值确定。

7.2.3 高温下,单轴受弯钢构件的强度应按下式验算:

 式中 M——火灾时最不利截面处的弯矩设计值;

         Wn——最不利截面的净截面模量;

                  γ——截面塑性发展系数,对于工字型截面γx=1.05、γy=1.2,对于箱形截面γx=γy=1.05,对于圆钢管截面γx=γy=1.15。

7.2.4 高温下,单轴受弯钢构件的稳定性应按下式验算:

式中 M——火灾时构件的最大弯矩设计值;

          W——按受压纤维确定的构件毛截面模量;

              φ’bT——高温下受弯钢构件的稳定系数;

                 φb——常温下受弯钢构件的稳定系数(基于弹性阶段),按现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017有关规定计算,但当所计算的φb>0.6时,φb不作修正;

                 αb——高温下受弯钢构件的稳定验算参数,按表7.2.4-1、表7.2.4-2确定。

表7.2.4-1 高温下受弯普通结构钢构件的稳定验算参数 αb

表7.2.4-2 高温下受弯耐火钢构件的稳定验算参数αb

7.2.5 高温下,拉弯或压弯钢构件的强度应按下式验算:

式中 N——火灾时构件的轴力设计值;

       Mx、My——火灾时最不利截面处的弯矩设计值,分别对应于强轴x轴和弱轴y轴;

         An——最不利截面的净截面面积;

    Wax、Way——分别为对强轴x轴和弱轴y轴的净截面模量;

          γx、γy——分别为绕强轴弯曲和绕弱轴弯曲的截面塑性发展系数,对于工字型截面γx=1.05、γy=1.2;对于箱形截面γx=γy=1.05;对于圆钢管截面γx=γy=1.15。

7.2.6 高温下,压弯钢构件的稳定性应按下式验算:

    1 绕强轴x轴弯曲: 

  2 绕弱轴y轴弯曲:

式中 N——火灾时构件的轴向压力设计值;

       Mx、My——分别为火灾时所计算构件段范围内对强轴(x)和弱轴(y)的最大弯矩设计值;

                  A——构件的毛截面面积;

        Wx、Wy——分别为对强轴和弱轴的毛截面模量;

 N'ExT、N'EyT——分别为高温下绕强轴弯曲和绕弱轴弯曲的参数;

          λx、λy——分别为对强轴和弱轴的长细比;

     φxT、 φyT——高温下轴心受压钢构件的稳定系数,分别对应于强轴失稳和弱轴失稳,按式(7.2.2-2)计算;

 φ'bxT、 φ'byT——高温下均匀弯曲受弯钢构件的稳定系数,分别对应于强轴失稳和弱轴失稳,按式(7.2.4-2)计算;

          γx、γy——分别为绕强轴弯曲和绕弱轴弯曲的截面塑性发展系数,对于工字型截面γx=1.05、γy=1.2,对于箱形截面以γx=γy=1.05,对于圆钢管截面γx=γy=1.15;

                  η——截面影响系数,对于闭口截面η=0.7,对于其他截面η=1.0;

       βmx、βmy——弯矩作用平面内的等效弯矩系数,按现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017确定;

       βtx、βty——弯矩作用平面外的等效弯矩系数,按现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017确定。

7.3 钢框架梁、柱的抗火承载力验算

7.3 钢框架梁、柱的抗火承载力验算


7.3.1 火灾时,按图7.3.1所示钢框架柱的承载能力极限状态,应按下式验算其高温承载力:

式中 N——火灾时框架柱所受的轴力设计值,应考虑温度内力的影响;

                 A——框架柱的毛截面面积;

               φT——高温下轴心受压钢构件的稳定系数,按式(7.2.2-2)计算,其中框架柱计算长度取构件高度。

图7.3.1 梁升温使柱端屈服

7.3.2 火灾时,按图7.3.2所示钢框架梁承载能力极限状态,应按下式验算其高温承载力:

式中 Mq——梁上荷载产生的最大弯矩设计值,不考虑温度内力;当梁承受的荷载为非均布荷载时,可按简支梁跨间最大弯矩等效的原则,将其等效为均布荷载;

          q——火灾时梁承受的均布荷载设计值;

                   l——梁的跨度;

                 Bn——与梁端部连接有关的参数,当梁两端铰接时, Bn=1,当梁两端刚接时, Bn=0.5;

               MpT——高温下梁截面的塑性弯矩;

                 Wp——梁截面的塑性截面模量。

图7.3.2 框架梁的极限状态


7.4 基本钢构件的临界温度

7.4 基本钢构件的临界温度


7.4.1 轴心受拉钢构件根据其截面强度荷载比R,可按表7.4.1-1、表7.4.1-2确定构件的临界温度Td。其中,R可按下式计算:

    式中 N——火灾时构件的轴向拉力设计值;

                An——构件的净截面面积;

                  f——常温下钢材的强度设计值。

表7.4.1-1 普通结构钢构件根据截面强度荷载比R确定的临界温度Td(℃)

表7.4.1-2 耐火钢构件根据截面强度荷载比R确定的临界温度Td(℃)

7.4.2 轴心受压钢构件的临界温度Td可取以下两个临界温度T'd、T''d中的较小者:

    1 临界温度T'd

    根据截面强度荷载比R,可按表7.4.1-1、表7.4.1-2确定T'd。其中,R可按下式计算:

式中 N——火灾时构件所受的轴压力。

    2 临界温度T''d

    根据构件稳定荷载比R’以及构件长细比λ,可按表7.4.2-1、表7.4.2-2确定T''d。其中,R’可按下式计算:

式中 A——构件的毛截面面积;

       φ——常温下轴心受压构件的稳定系数。

表7.4.2-1 轴心受压普通结构钢构件根据构件稳定荷载比R'确定的临界温度T''d(℃)

表7.4.2-2 轴心受压耐火钢构件根据构件稳定荷载比R'确定的临界温度T''d(℃)

7.4.3 单轴受弯钢构件的临界温度Td可取以下两个临界温度T'd、T''d中的较小者:

    1 临界温度T'd

  &