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6。鋼結(jié)構(gòu)的溫度計(jì)算6.1,火災(zāi)升溫曲線6、1 1,本條規(guī)定了鋼結(jié)構(gòu)耐火驗(yàn)算與防火設(shè)計(jì)采用的火災(zāi)升溫曲線，建筑火災(zāi)一般是從建筑內(nèi)部的某一空間起火開始而造成的結(jié)果、通常可分為火災(zāi)初期增長階段 全盛階段，衰退階段三個(gè)階段、火災(zāi)的發(fā)展過程及其嚴(yán)重程度 取決于室內(nèi)可燃物的燃燒性能,數(shù)量及分布情況,火荷載密度。以及著火房間的大小。形狀，通風(fēng)狀況等因素，圖6為一般室內(nèi)火災(zāi)，高大空間火災(zāi)這兩種典型的建筑火災(zāi)著火空間的環(huán)境溫度升溫曲線的比較。圖6,一般室內(nèi)火災(zāi)與高大空間火災(zāi)的升溫曲線比較.一般。室內(nèi)火災(zāi)在初期增長階段，全盛階段之間有一個(gè)標(biāo)志著火災(zāi)發(fā)生質(zhì)變的現(xiàn)象 轟燃現(xiàn)象.圖7 這時(shí)室內(nèi)所有可燃物都將著火燃燒，環(huán)境溫度急劇升高 危及結(jié)構(gòu)安全，轟燃現(xiàn)象是一般室內(nèi)火災(zāi)過程中一個(gè)非常重要的現(xiàn)象 持續(xù)時(shí)間很短。實(shí)際火災(zāi)升溫曲線具有多樣性.為了統(tǒng)一和便于比較、許多國家和組織制定了標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)升溫曲線，用于構(gòu)件耐火試驗(yàn)以評(píng)定構(gòu)件的耐火極限.為了使鋼結(jié)構(gòu)耐火驗(yàn)算與標(biāo)準(zhǔn)耐火試驗(yàn)一致,因此本規(guī)范規(guī)定采用標(biāo)準(zhǔn)耐火試驗(yàn)的爐內(nèi)升溫曲線作為鋼結(jié)構(gòu)耐火驗(yàn)算的火災(zāi)升溫曲線,圖7,一般室內(nèi)火災(zāi)的發(fā)展過程，式 6.1、1，1 所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)升溫曲線是現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)、建筑構(gòu)件耐火試驗(yàn)方法、第1部分 通用要求。GB。T.9978。1所采用的升溫曲線、該曲線和國際標(biāo)準(zhǔn)IS0,834,1.1999所采用的標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)升溫曲線相同。適用于以纖維類火災(zāi)為主的建筑.其可燃物主要為一般可燃物、如木材。紙張。棉花 布匹 衣物等.可混有少量塑料或合成材料.式.6，1。1、2.所規(guī)定的升溫曲線稱為碳?xì)?HC，升溫曲線。適用于可燃物以烴類材料為主的場(chǎng)所,如石油化工建筑及生產(chǎn)。存放烴類材料，產(chǎn)品的廠房等 圖8為標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)升溫曲線與碳?xì)?HC，升溫曲線的比較。圖8 標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)升溫曲線與碳?xì)?HC。升溫曲線的比較6、1、2.采用標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)升溫曲線給結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)帶來了很大的方便.但是標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)升溫曲線有時(shí)與實(shí)際火災(zāi)，如高大空間火災(zāi)、相差甚大、為了更好地反映實(shí)際火災(zāi)對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞程度。在能確定建筑物室內(nèi)的有關(guān)參數(shù)以及火荷載的情況下，歐洲規(guī)范EC3。EN、1993。1 2、英國規(guī)范BS,5950 Part，8等均允許結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)采用實(shí)際火災(zāi)升溫曲線。近年來提出的性能化防火設(shè)計(jì)方法，Performance,Based.Design,Method。則更是要求在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用能反映實(shí)際火災(zāi)特性的升溫曲線 因此、本條規(guī)定、當(dāng)能準(zhǔn)確確定建筑的火災(zāi)荷載.可燃物類型及其分布、幾何特征等參數(shù)時(shí)，建筑內(nèi)著火空間的環(huán)境溫度也可按其他有可靠依據(jù)的火災(zāi)模型計(jì)算。必須指出的是，高大空間火災(zāi)著火空間的環(huán)境溫度不一定很高，但是火災(zāi)區(qū)域及鄰近的構(gòu)件。還應(yīng)考慮可能被火焰吞沒、火焰輻射對(duì)其升溫的影響。建筑內(nèi)的高大空間大體可分為以下兩類、1 占地面積相當(dāng)大且具有一定高度的大體積型建筑,如 會(huì)堂，展覽館,劇院，體育館、候車廳和大型倉庫等,其面積通常有幾百至幾千平方米.高度一般在8m、20m之間，2.具有一定的占地面積、但空間相當(dāng)高的細(xì)高型建筑,如,高層建筑的中庭 其面積為幾十至幾百平方米，高度則有十幾米至百米 6.1.3.本規(guī)范第2.1、8條給出了等效曝火時(shí)間的定義、見圖9。本條給出了確定等效曝火時(shí)間的方法 該方法基于火災(zāi)釋放熱量相等的原則、該方法考慮了火災(zāi)持續(xù)時(shí)間的影響。但火災(zāi)時(shí)從熱煙氣傳遞到構(gòu)件的熱量與熱煙氣和構(gòu)件的溫度差有關(guān)、因此當(dāng)實(shí)際火災(zāi)升溫曲線與標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)升溫曲線差別很大時(shí)。該方法存在較大的誤差,圖9。等效曝火時(shí)間te.為簡化計(jì)算，數(shù)值積分法計(jì)算面積時(shí) 時(shí)間間隔可取1min，按下式確定等效曝火時(shí)間，式中 Tg,i。由式，6,1，1 1，確定的標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)升溫曲線中i時(shí)刻 min,的熱煙氣平均溫度，T。g.J 實(shí)際火災(zāi)升溫曲線中j時(shí)刻，min。的熱煙氣平均溫度.t,實(shí)際火災(zāi)作用時(shí)間。min。te。等效曝火時(shí)間。min。6.2.鋼構(gòu)件升溫計(jì)算。本節(jié)適用于表面受火均勻的輕型鋼構(gòu)件的升溫計(jì)算。重型鋼構(gòu)件或表面受火不均勻的鋼構(gòu)件、其截面上各點(diǎn)溫度相差較大。為不均勻分布,宜采用有限差分法。有限單元法等數(shù)值方法計(jì)算其升溫,當(dāng)單位長度鋼構(gòu)件的表面積與對(duì)應(yīng)的體積之比大于10時(shí).為輕型鋼構(gòu)件，反之.則為重型鋼構(gòu)件、實(shí)際工程中的大部分鋼構(gòu)件為輕型鋼構(gòu)件。6,2.1。本條給出的無防火保護(hù)鋼構(gòu)件的升溫計(jì)算公式基于集總熱量法原理、為增量公式。需要逐步迭代計(jì)算。其中、時(shí)間步長。t不宜大于5 s。以保證計(jì)算精度，表6、2 1給出的綜合輻射率εr取自美國標(biāo)準(zhǔn)ANSI AISC。360.10,Specification。for、Structural Steel.Buildings 2010、綜合考慮了煙氣的輻射率以及輻射角系數(shù)的影響,適用于符合本規(guī)范第6。1。1條式 6、1，1.1,式，6.1 1，2.規(guī)定的火災(zāi),當(dāng)實(shí)際火災(zāi)與本規(guī)范第6，1 1條式,6，1，1.1,式 6 1。1,2,規(guī)定的火災(zāi)相差很大時(shí).應(yīng)調(diào)整綜合輻射率的取值.表9給出了常見的無防火保護(hù)鋼構(gòu)件的截面形狀系數(shù)計(jì)算示例。在標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)下 無防火保護(hù)的鋼構(gòu)件按式、6、2。1、計(jì)算的溫度如表10所示,表9，無防火保護(hù)鋼構(gòu)件的截面形狀系數(shù)續(xù)表9注 表中A為構(gòu)件截面積，表10 標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)下無防火保護(hù)鋼構(gòu)件的溫度 續(xù)表10注，1。當(dāng)F V,10時(shí) 構(gòu)件溫度應(yīng)按截面溫度非均勻分布計(jì)算，2.當(dāng)F.V、300時(shí)，可認(rèn)為構(gòu)件溫度等于空氣溫度.6.2。2，本條給出的有防火保護(hù)鋼構(gòu)件的升溫計(jì)算公式、為增量公式。需要逐步迭代計(jì)算，其中,時(shí)間步長、t不宜大于30s、以保證計(jì)算精度、有防火保護(hù)鋼構(gòu)件的截面形狀系數(shù)Fi V、不僅與鋼構(gòu)件的截面特性有關(guān).還與防火保護(hù)層做法有關(guān)、工程中常用的防火保護(hù)層做法可分為兩種。1。外邊緣型保護(hù) 即防火保護(hù)層全部沿著鋼構(gòu)件的外表面進(jìn)行保護(hù) 2 非外邊緣型保護(hù) 即全部或部分防火保護(hù)層不沿著鋼構(gòu)件的外表面進(jìn)行保護(hù)、表11給出了常見的有防火保護(hù)鋼構(gòu)件的截面形狀系數(shù)計(jì)算示例，鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)的種類和施工方法較多，其特性也有較大的差別,有些防火保護(hù)層質(zhì)量很輕 相對(duì)鋼構(gòu)件來說 其自身吸收的熱量可忽略、這種防火保護(hù)層稱為輕質(zhì)保護(hù)層。而有些防火保護(hù)層自身所吸收的熱量必須加以考慮.這種防火保護(hù)層稱為非輕質(zhì)保護(hù)層.一般情況下,非膨脹型防火涂料 膨脹型防火涂料 蛭石防火板。硅酸鈣防火板。硅酸鋁纖維氈等防火保護(hù)層為輕質(zhì)保護(hù)層，混凝土、金屬網(wǎng)抹砂漿 砌體等防火保護(hù)層為非輕質(zhì)保護(hù)層 忽略保護(hù)層自身所吸收的熱量,鋼構(gòu)件的溫度計(jì)算結(jié)果是偏高的 因此以此溫度進(jìn)行防火設(shè)計(jì)的結(jié)果偏于安全.標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)下采用輕質(zhì)防火保護(hù)層的鋼構(gòu)件。按式,6，2，2，計(jì)算的鋼構(gòu)件溫度如表12，表18所示、表11。有防火保護(hù)鋼構(gòu)件的截面形狀系數(shù)續(xù)表11續(xù)表11注.表中A為構(gòu)件截面面積.表12、標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)下輕質(zhì)防火保護(hù)鋼構(gòu)件的升溫，等效熱阻0 01m2,W續(xù)表12續(xù)表12表13、標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)下輕質(zhì)防火保護(hù)鋼構(gòu)件的升溫，等效熱阻0 05m2。W續(xù)表13續(xù)表13表14.標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)下輕質(zhì)防火保護(hù)鋼構(gòu)件的升溫、等效熱阻0,1m2,W續(xù)表14表15、標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)下輕質(zhì)防火保護(hù)鋼構(gòu)件的升溫,等效熱阻0 2m2。W續(xù)表15表16，標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)下輕質(zhì)防火保護(hù)鋼構(gòu)件的升溫、等效熱阻0，3m2,W續(xù)表16續(xù)表16表17 標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)下輕質(zhì)防火保護(hù)鋼構(gòu)件的升溫 等效熱阻0,4m2,W續(xù)表17續(xù)表17表18,標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)下輕質(zhì)防火保護(hù)鋼構(gòu)件的升溫。等效熱阻0.5m2.W續(xù)表186，2，3.本條給出的標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)下采用輕質(zhì)防火保護(hù)的鋼構(gòu)件的近似升溫計(jì)算公式，是通過對(duì)本規(guī)范第6 2，2條的迭代升溫計(jì)算公式,6，2。2。1、式，6,2.2.4。的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行數(shù)學(xué)擬合得到.二者的比較如圖10所示,從圖中可見。當(dāng)鋼構(gòu)件的溫度不大于700，時(shí)，二者計(jì)算結(jié)果的偏差很小,由于式 6 2、3.為顯式計(jì)算公式.極大地方便了計(jì)算 圖10，簡化升溫計(jì)算公式 6 2.3、與迭代升溫計(jì)算公式，6 2,2,1.的比較。圖中實(shí)線為簡化公式計(jì)算結(jié)果，虛線為迭代公式計(jì)算結(jié)果