3,基本規(guī)定3.1,防火要求3,1、1,本條規(guī)定了鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設計耐火極限確定依據(jù),表1列出了現(xiàn)行國家標準、建筑設計防火規(guī)范。GB。50016。2014對各類結(jié)構(gòu)構(gòu)件的最低耐火極限要求。并結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)特點,補充增加了柱間支撐 樓蓋支撐,屋蓋支撐等的規(guī)定,鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設計耐火極限能否達到要求.是關系到建筑結(jié)構(gòu)安全的重要指標。同時。本條所引用的現(xiàn)行國家標準、建筑設計防火規(guī)范.GB。50016,2014對各類結(jié)構(gòu)構(gòu)件設計耐火極限的規(guī)定均為強制性條文、因此.本規(guī)范將本條作為強制性條文。必須嚴格執(zhí)行,表1。構(gòu)件的設計耐火極限、h,續(xù)表1注,1、建筑物中的墻等其他建筑構(gòu)件的設計耐火極限應符合現(xiàn)行國家標準、建筑設計防火規(guī)范 GB、50016的規(guī)定。2。一。二級耐火等級的單層廠房.倉庫,的柱,其設計耐火極限可按表1規(guī)定降低0,50h 3。一級耐火等級的單層 多層廠房.倉庫、設置自動噴水滅火系統(tǒng)時。其屋頂承重構(gòu)件的設計耐火極限可按表1規(guī)定降低0、50h,4,吊車梁的設計耐火極限不應低于表1中梁的設計耐火極限。根據(jù)受力性質(zhì)不同.屋蓋結(jié)構(gòu)中的檁條可分為兩類.圖1.圖1,典型的屋蓋結(jié)構(gòu)體系,1、第一類檁條,檁條僅對屋面板起支承作用.此類檁條破壞,僅影響局部屋面板,對屋蓋結(jié)構(gòu)整體受力性能影響很小 即使在火災中出現(xiàn)破壞。也不會造成結(jié)構(gòu)整體失效,因此,不應視為屋蓋主要結(jié)構(gòu)體系的一個組成部分,對于這類檁條.其耐火極限可不作要求,2、第二類檁條,檁條除支承屋面板外。還兼作縱向系桿、對主結(jié)構(gòu)。如屋架。起到側(cè)向支撐作用.或者作為橫向水平支撐開間的腹桿,此類檁條破壞可能導致主體結(jié)構(gòu)失去整體穩(wěn)定性 造成整體傾覆、因此,此類檁條應視為屋蓋主要結(jié)構(gòu)體系的一個組成部分,其設計耐火極限應按表1對,屋蓋支撐.系桿,的要求取值.3 1。2,本條規(guī)定了鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐火極限不滿足設計要求時的處理方法。通常.無防火保護鋼構(gòu)件的耐火時間為0 25h.0、50h 達不到絕大部分建筑構(gòu)件的設計耐火極限 需要進行防火保護,防火保護應根據(jù)工程實際選用合理的防火保護方法,材料和構(gòu)造措施、做到安全適用,技術先進,經(jīng)濟合理,防火保護層的厚度應通過構(gòu)件耐火驗算確定,保證構(gòu)件的耐火極限達到規(guī)定的設計耐火極限,保證鋼結(jié)構(gòu)在火災下的安全,對于防止和減少建筑鋼結(jié)構(gòu)的火災危害,保護人身和財產(chǎn)安全極為重要,鋼結(jié)構(gòu)在火災下的破壞.本質(zhì)上是由于隨著火災下鋼結(jié)構(gòu)溫度的升高。鋼材強度下降。其承載力隨之下降 致使鋼結(jié)構(gòu)不能承受外部荷載作用而失效破壞、因此.對于耐火極限不滿足要求的鋼構(gòu)件 必須進行科學的防火設計,采取安全可靠,經(jīng)濟合理的防火保護措施,以延緩鋼構(gòu)件升溫.提高其耐火極限.本條規(guī)定對于保障鋼結(jié)構(gòu)的耐火安全極為重要.故作為強制性條文。必須嚴格執(zhí)行。3。1。3.本條規(guī)定了鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點的防火保護措施 鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點是鋼結(jié)構(gòu)的一個基本組成部分,必須保證鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點在高溫作用下的安全.但是火災下鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點受力復雜、耐火驗算工作量大。鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點處構(gòu)件、節(jié)點板.加勁肋等聚集、其截面形狀系數(shù)小于鄰近構(gòu)件、節(jié)點升溫較慢,為了簡化設計,基于,強節(jié)點 弱構(gòu)件,的設計原則,規(guī)定節(jié)點的防火保護要求及其耐火性能均不應低于被連接構(gòu)件中要求最高者,例如,采用防火涂料保護時 節(jié)點處防火涂層的厚度不應小于所連接構(gòu)件防火涂層的最大厚度 本條規(guī)定對于保障鋼結(jié)構(gòu)耐火安全至關重要。故作為強制性條文 必須嚴格執(zhí)行,3、1。4 本條規(guī)定了在鋼結(jié)構(gòu)防火設計技術文件中應注明的基本事項 這些事項與鋼結(jié)構(gòu)防火工程的質(zhì)量密切相關 防火保護措施及防火材料的性能要求,設計指標包括,防火保護層的等效熱阻 防火保護材料的等效熱傳導系數(shù)。防火保護層的厚度、防火保護的構(gòu)造等、3.1,5 等效熱阻是衡量防火保護層防火保護性能的技術指標.非膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料、防火板等材料的等效熱傳導系數(shù)與防火保護層厚度無關,因此根據(jù)防火保護層的等效熱阻相等原則可按附錄A確定實際施工厚度,膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的等效熱傳導系數(shù)與防火保護層厚度有關,最好直接根據(jù)等效熱阻確定防火保護層的厚度,涂層厚度、3.2,防火設計.在20世紀80年代以前,國際上主要采用基于建筑構(gòu)件標準耐火試驗的方法來進行鋼結(jié)構(gòu)防火設計,并確定其防火保護措施.為此,各國及有關組織制定了相應的試驗標準 包括國際標準組織ISO。CD,834 美國ASTM、E.119和NFPA、251。英國BS、476。德國DIN 4102,日本JIS.A 1304,澳大利亞AS。1530.4。我國國家標準,建筑構(gòu)件耐火試驗方法,GB T.9978 1988等,采用該方法 往往需要進行一系列的試驗方可確定合適的防火保護措施 進行這樣一系列的耐火試驗.費用高。為了改善這一情況 盡可能地減少試驗次數(shù)。在總結(jié)大量構(gòu)件標準耐火試驗結(jié)果的基礎上、許多國家的規(guī)范給出了通用的構(gòu)件耐火極限表、如外包一定厚度混凝土的鋼構(gòu)件的耐火極限 但這些構(gòu)件的耐火極限表比較粗略,沒有反映鋼構(gòu)件的截面大小與形狀以及受荷水平等因素的影響 為此 國際社會在1970年前后開始研究建立基于結(jié)構(gòu)分析與耐火驗算的鋼結(jié)構(gòu)防火設計理論與方法。并于80年代開始編制基于結(jié)構(gòu)分析與耐火驗算的鋼結(jié)構(gòu)防火設計規(guī)范、本規(guī)范采用基于結(jié)構(gòu)分析與耐火驗算的鋼結(jié)構(gòu)防火設計方法 在總體上與歐洲鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會ECCS鋼結(jié)構(gòu)防火設計標準.英國規(guī)范BS。5950。Part,8、歐洲規(guī)范ENV.1993,1,2、美國規(guī)范AN,SI,AISC,360 10等規(guī)范所采用的方法相同、上述標準的具體名稱如下.1,lnternational,Standards,Organization,ISO,IS0、834 1.1999,F(xiàn)ire,resistance,tests,Elements。of,building construction。Part 1 General,requirements、2、1nternational、Standards.Organization,ISO IS0.834,5 2000、Fire、resistance。tests Elements,of。building,construction.Part.5。Specific.requirements,for.loadbearing、horizontal、separating.elements,3,1nternational,Standards,Organization、ISO。IS0。834,6.2000 Fire、resistance,tests Elements。of。building.construction,Part,6、Specific、requirements。for.beams 4 1nternational,Standards。Organization.ISO、IS0。834。7。2000 Fire resistance tests、Elements,of,building,construction,Part.7.Specific,requirements,for。columns,5.International、Standards。Organization,ISO,ISO、CD.834,10,Fire,resistance、tests,Elements。of.building,construction.Part,10 Specific。requirements、to determine,the contribution.of、applied。fire,protection materials,to,structural,elements,6、International,Standards、Organization.ISO,ISO、CD,834,11.Fire resistance、tests.Elements of,building。construction、Part.11,Specific,requirements,for,the,assessment.of。fire protection、to。structural steel、elements、7 American,Society,of、Testing.and、Materials ASTM ASTM。E119、12 Standard、Test,Methods for.Fire,Tests、of、Building Construction。and。Materials,8 National Fire,Protection,Association、NFPA.NFPA、2519、Standard,Methods。of、Tests of,Fire、Resistance。of。Building,Construction,and Materials、2005 edition,9。British。Standards。Institution、BSI.BS,476 20.1987 Fire,Tests,on Building,Materials,and、Structures。Part 20,Method。for.Determination。of.the,Fire。Resistance of Elements,of,Construction,General,Principles,10.British,Standards.Institution.BSI、BS,476,21 1987。Fire、Tests on。Building,Materials.and,Structures、Part、21,Methods,for.Determination,of.the,F(xiàn)ire。Resistance、of。Loadbearing,Elements of、Construction。11.British,Standards,Institution BSI BS、476,22 1987 Fire。Tests、on,Building Materials、and。Structures,Part.22、Methods、for,Determination,of the。Fire Resistance,of Non、Loadbearing,Elements of,Construction 12。British。Standards Institution。BSI、BS、476.23.1987,F(xiàn)ire。Tests、on.Building、Materials、and Structures.Part.23 Methods。for、Determination,of,the.Contribution of.Components to.the Fire Resistance of,a,Structure.13,Deutsches.Institut。fur Normung.DIN.4102.19 Fire,Behavior,of、Building.Materials,and,Building,Components,Part。1。Building.Materials.Concepts、Requirements.and。Tests.1998,14、Deutsches Institut。für、Normung、DIN,4102。2、Fire Behavior,of。Building、Materials.and Building。Components、Part、2。Building.Components Definitions。Requirements,and.Tests,1977、15.Deutsches、Institut.fur,Normung、DIN、4102,4、Fire behavior of、Building,Materials。and,Building,Components.Part、4,Synopsis and Application。of.Classified,Building。Materials Components and。Special.Components、1994、16.Japanese,Industrial、Standards JIS,A、1304、1994,建篥樽造部分の耐火試驗方法。Method.of、Fire,Resistance、Test for.Structural,Parts.of Buildings.1994,17.Standards.Association.of,Australian.AS 1530。4。1997.Methods for.Fire Tests on。Building。Materials,Components.and。Structures。Part,4 Fire,Resistance。Tests。of,Elements。of Building,Construction.1997,18,European。Convention for,Constructional。Steelwork,ECCS、Technical。Committee,3,Fire,Safety,of、Steel。Structures,European Recommendation,for.the.Fire。Safety of。Steel、Structures。Calculation.of,the。Fire。Resistance,of,Loadbearing Element、and.Structural。Assemblies,Exposed。to the.Standard Fire。Amsterdam.Elsevier。1983 19,British Standards,Institution、BSI BS。5950,The,Structural,Use of,Steelwork.in,Buildings.Part、8、Code。of、Practice,for Fire,Resistant,Design.2003、20.European Committee、for,Standardization,ENV.1993。1.2.Eurocode,3.Design。of,Steel,Structures,Part,1。2。Structural.Fire Design。2005.21。American、Institute,of、Steel、Construction.ANSI,AISC。360 10 Specification,for、Structural,Steel,Buildings,2010,3.2 1.本條指出了本規(guī)范鋼結(jié)構(gòu)耐火驗算與防火設計的驗算準則、是基于承載力極限狀態(tài) 鋼結(jié)構(gòu)在火災下的破壞、本質(zhì)上是由于隨著火災下鋼結(jié)構(gòu)溫度的升高 鋼材強度下降.其承載力隨之下降、致使鋼結(jié)構(gòu)不能承受外部荷載 作用而失效破壞,因此,為保證鋼結(jié)構(gòu)在設計耐火極限時間內(nèi)的承載安全、必須進行承載力極限狀態(tài)驗算、當滿足下列條件之一時.應視為鋼結(jié)構(gòu)整體達到耐火承載力極限狀態(tài)、1.鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生足夠的塑性鉸形成可變機構(gòu) 2.鋼結(jié)構(gòu)整體喪失穩(wěn)定 當滿足下列條件之一時 應視為鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件達到耐火承載力極限狀態(tài).1 軸心受力構(gòu)件截面屈服、2,受彎構(gòu)件產(chǎn)生足夠的塑性鉸而成為可變機構(gòu),3,構(gòu)件整體喪失穩(wěn)定.4 構(gòu)件達到不適于繼續(xù)承載的變形,隨著溫度的升高。鋼材的彈性模量急劇下降。在火災下構(gòu)件的變形顯著大于常溫受力狀態(tài).按正常使用極限狀態(tài)來設計鋼構(gòu)件的防火保護是過于嚴苛的,因此.火災下允許鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生較大的變形、不要求進行正常使用極限狀態(tài)驗算,由于計算方法對結(jié)構(gòu)的承載力影響大,直接涉及建筑的結(jié)構(gòu)安全.故將本條作為強制性條文,必須嚴格執(zhí)行、3.2,2 本條規(guī)定了鋼結(jié)構(gòu)在火災下的荷載,作用、效應組合,該組合是根據(jù)現(xiàn)行國家標準,建筑可靠度統(tǒng)一設計標準,GB、50068,2001,建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范.GB,50009,2012中關于偶然設計狀況的荷載,作用 效應組合原則制定的、恒載。樓面或屋面活荷載和風荷載等取火災發(fā)生時的最可能出現(xiàn)的值.地震過后。建筑經(jīng)常發(fā)生火災這類次生災害,但在火災過程中再發(fā)生較大地震的事件為極小概率事件.因此在火災下荷載,作用.效應組合中不考慮地震作用,而在火災后、評定結(jié)構(gòu)狀態(tài)及修復結(jié)構(gòu)時、則仍應考慮結(jié)構(gòu)正常使用中的各種荷載及作用組合。必須指出 條文中給出的荷載。作用,效應組合值的表達式是采用各種荷載,作用,疊加的形式。這在理論上僅適用于各種荷載,作用.的效應與荷載為線性關系的情況 實際上.對于端部約束足夠強的受火鋼構(gòu)件、構(gòu)件升溫熱膨脹受約束將產(chǎn)生很大的溫度內(nèi)力 在較低溫度時即進入彈塑性受力狀態(tài),由于鋼材具有良好的塑性變形能力。將抵消熱膨脹變形。因此在結(jié)構(gòu)未形成機構(gòu)之前。鋼構(gòu)件可在進入屈服后繼續(xù)承載,3、2,3,根據(jù)驗算對象和層次的不同.鋼結(jié)構(gòu)防火設計可分為基于整體結(jié)構(gòu)耐火驗算的防火設計方法和基于構(gòu)件耐火驗算的防火設計方法、大跨度鋼結(jié)構(gòu)局部構(gòu)件失效.有可能造成結(jié)構(gòu)連續(xù)性破壞甚至倒塌,預應力鋼結(jié)構(gòu)對溫度敏感,熱膨脹很可能導致預應力的喪失,改變結(jié)構(gòu)受力方式,設計時應予以特別重視 故要求采用基于整體結(jié)構(gòu)驗算的防火設計方法、當建筑中局部為大跨度結(jié)構(gòu)。預應力結(jié)構(gòu)時,對于該部分結(jié)構(gòu)及相鄰受影響的結(jié)構(gòu)部分的耐火性能驗算也要按照本條規(guī)定進行,3、2、4,基于整體結(jié)構(gòu)耐火驗算的防火設計方法適用于各類形式的結(jié)構(gòu),當有充分的依據(jù)時,例如、周邊結(jié)構(gòu)對局部子結(jié)構(gòu)的受力影響不大時,可采用子結(jié)構(gòu)耐火分析與驗算替代整體結(jié)構(gòu)耐火分析與驗算?;谡w結(jié)構(gòu)耐火驗算的設計方法應考慮結(jié)構(gòu)的熱膨脹效應、結(jié)構(gòu)材料性能受高溫作用的影響.先施加永久荷載,樓面活荷載等。再逐步施加與時間相關的溫度作用進行結(jié)構(gòu)彈塑性分析.驗算結(jié)構(gòu)的耐火承載力.3 2,5,基于構(gòu)件耐火驗算的防火設計方法的關鍵。是計算鋼構(gòu)件在火災下的內(nèi)力.荷載效應組合,考慮鋼構(gòu)件熱膨脹型溫度內(nèi)力時.結(jié)構(gòu)中相當多的鋼構(gòu)件將進入彈塑性受力狀態(tài)、或是受壓失穩(wěn)、對于受彎構(gòu)件。拉彎構(gòu)件和壓彎構(gòu)件等以彎曲變形為主的構(gòu)件、如鋼框架結(jié)構(gòu)中的梁,柱。當構(gòu)件兩端的連接承載力不低于構(gòu)件截面的承載力時 可通過構(gòu)件的塑性變形、大撓度變形來抵消其熱膨脹變形,因此可不考慮溫度內(nèi)力的影響 假定火災下構(gòu)件的邊界約束和在外荷載作用下產(chǎn)生的內(nèi)力可采用常溫下的邊界約束和內(nèi)力、即荷載.作用、效用組合公式。3.2 2 1。式。3,2 2。2,時忽略溫度作用效應、該簡化處理方法,也為英國標準BS.5950.Part。8采用。對于軸心受壓構(gòu)件.熱膨脹將增大其內(nèi)力并易造成構(gòu)件失穩(wěn).對于軸心受拉構(gòu)件、熱膨脹將減小軸心受拉構(gòu)件的拉力.因此,對于以軸向變形為主的構(gòu)件,應考慮熱膨脹效應對內(nèi)力的影響,計算火災下構(gòu)件的承載力時,構(gòu)件的溫度應取其截面的最高平均溫度.但是,對于截面上溫度明顯不均勻的構(gòu)件.例如組合梁,計算構(gòu)件的抗力時宜考慮溫度的不均勻性,取最不利部件進行驗算。對于變截面構(gòu)件.則應對各不利截面進行耐火驗算。3.2 6。本條給出了構(gòu)件耐火驗算時的三種方法。耐火極限法是通過比較構(gòu)件的實際耐火極限和設計耐火極限。來判定構(gòu)件的耐火性能是否符合要求.并確定其防火保護 結(jié)構(gòu)受火作用是一個恒載升溫的過程。即先施加荷載,再施加溫度作用、模擬恒載升溫,對于試驗來說操作方便、但是對于理論計算來說則需要進行多次計算比較.為了簡化計算,可采用直接驗算構(gòu)件在設計耐火極限時間內(nèi)是否滿足耐火承載力極限狀態(tài)要求.火災下隨著構(gòu)件溫度的升高、材料強度下降.構(gòu)件承載力也將下降,當構(gòu)件承載力降至最不利組合效應時 構(gòu)件達到耐火承載力極限狀態(tài),構(gòu)件從受火到達到耐火承載力極限狀態(tài)的時間即為構(gòu)件的耐火極限 構(gòu)件達到其耐火承載力極限狀態(tài)時的溫度即為構(gòu)件的臨界溫度 因此。式。3.2、6。1。式、3 2,6,2,式,3、2.6。3,的耐火驗算結(jié)果是完全相同的,耐火驗算時只需采用其中之一即可,