附錄E、鋼管混凝土構(gòu)件防火計(jì)算方法E,0。1.火災(zāi)標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線(xiàn)。本規(guī)范采用的升溫曲線(xiàn)為國(guó)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 1.2008中第6 6 1條規(guī)定的升溫曲線(xiàn) 也是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO。834推薦的升溫曲線(xiàn)、E、0。2,高溫下材料的特性 高溫下.鋼材和混凝土的強(qiáng)度會(huì)隨著溫度的升高而下降.目前采用較多的是國(guó)外T T、Lie的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。由于其采用的是高溫下鋼材和混凝土的強(qiáng)度和彈性模量。用分段函數(shù)或表格的形式給出,為了方便采用計(jì)算、構(gòu)造新的函數(shù)對(duì)其重新回歸,最終得本規(guī)范公式.E 0,2、1、E。0,2,4、熱工參數(shù)采用T。T Lie的成果。E.0,3 標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線(xiàn)下構(gòu)件的溫度場(chǎng)計(jì)算。鋼管混凝土防火設(shè)計(jì)是通過(guò)基于平均溫度概念的方法,由理論。實(shí)驗(yàn)和數(shù)值分析,給出了鋼管和混凝土的平均溫度計(jì)算公式,多邊形的平均溫度計(jì)算,基于平均溫度控制方程推導(dǎo) 將等效成具有同樣面積的圓形截面計(jì)算 其中,鋼管的等效厚度 ds.單位為.mm、按面積等效成圓形的厚度可以按下式計(jì)算,混凝土的等效厚度 Le 單位為mm、按面積等效成圓形的厚度可以按下式計(jì)算,E.0、4,標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)升溫曲線(xiàn)下構(gòu)件的抗壓承載力。由于鋼管很薄且導(dǎo)熱性好,因此可以認(rèn)為鋼管的溫度處處相等。對(duì)于混凝土、由于存在溫度梯度 通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)可以采用混凝土的平均溫度來(lái)統(tǒng)一衡量混凝土的強(qiáng)度變化,同時(shí) 火災(zāi)下鋼管強(qiáng)度降低較快,因此忽略火災(zāi)下的套箍作用。則強(qiáng)度的折減系數(shù).kscT,等于高溫下的強(qiáng)度疊加值比上常溫下的強(qiáng)度疊加值,見(jiàn)本規(guī)范公式 E.0 4 2。則火災(zāi)下的組合強(qiáng)度等于強(qiáng)度折減系數(shù)乘上常溫下的組合強(qiáng)度、即、當(dāng)混凝土的折減系數(shù)簡(jiǎn)化為線(xiàn)性變化時(shí)、可采用平均溫度計(jì)算材料的強(qiáng)度折減 考慮溫度的不均勻性?;炷恋钠骄鶞囟劝磮D17中的小值計(jì)算、即。圖17.鋼管混凝土強(qiáng)度折減系數(shù)、穩(wěn)定系數(shù) 隨溫度的變化曲線(xiàn) 火災(zāi)下構(gòu)件的強(qiáng)度承載力設(shè)計(jì)值按下式計(jì)算。火災(zāi)下構(gòu)件的穩(wěn)定承載力設(shè)計(jì)值按下式計(jì)算,式中。φT t.時(shí)刻 鋼管混凝土構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù) 按本規(guī)范公式。E,0,4。6,計(jì)算,在常溫下 影響構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)的主要因素有兩個(gè) 一個(gè)是正則長(zhǎng)細(xì)比。另一個(gè)是等效初始偏心,對(duì)于正則長(zhǎng)細(xì)比,根據(jù)統(tǒng)一理論的思想、可以將不同時(shí)刻的鋼管混凝土看成是一種單一材料組成的構(gòu)件 對(duì)應(yīng)的參數(shù)按不同時(shí)間點(diǎn)的材料性質(zhì)來(lái)確定,計(jì)算公式和常溫相同,對(duì)于等效初始偏心系數(shù),由于高溫的影響。在這里考慮到高溫對(duì)殘余應(yīng)力的影響 穩(wěn)定系數(shù)按類(lèi)似鋼結(jié)構(gòu)的,b,類(lèi)截面考慮 高溫下的穩(wěn)定系數(shù)同樣根據(jù)靜力公式擴(kuò)展而來(lái),高溫下的穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算公式如下,式中,λscT,高溫下的正則長(zhǎng)細(xì)比,λsc,構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比、fscT,t,時(shí)刻,鋼管混凝土構(gòu)件的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值.按本規(guī)范公式,E.0.4、1 計(jì)算,EscT、t、時(shí)刻,鋼管混凝土構(gòu)件的彈性模量。按本規(guī)范,E、0,4 7,計(jì)算、E。0.5 空心鋼管混凝土中空部分注水構(gòu)件的耐火時(shí)間,空心鋼管混凝土柱可利用管內(nèi)無(wú)混凝土的空心部分.火災(zāi)時(shí)自動(dòng)注水 以使構(gòu)件降溫,保護(hù)柱子不被破壞 表4為不同火荷載比下,空心注水構(gòu)件的耐火時(shí)間有限元結(jié)果。從表中可以看出,在火荷載比較大的情況下.如 H,CFST 1 火荷載比大于0,3 H、CFST,2,火荷載比大于0,4.注水對(duì)提高構(gòu)件耐火時(shí)間的作用非常有限、可不考慮注水的影響,按不注水鋼管混凝土構(gòu)件計(jì)算耐火時(shí)間,而當(dāng)荷載比較小時(shí) 注水能很顯著地提高構(gòu)件的耐火時(shí)間、一般能達(dá)到3h 180min。以上 如火荷載比為0,1時(shí),注水構(gòu)件的耐火時(shí)間超過(guò)4h。按3h.180min,取值.因此可以看出注水對(duì)耐火時(shí)間的提高主要針對(duì)大空心率構(gòu)件和小火荷載比的情況 表4 不同火荷載比下空心注水構(gòu)件的耐火時(shí)間,min.有限元結(jié)果、注、火荷載比為1時(shí)、即為極限荷載。認(rèn)為耐火時(shí)間為0,0、表5為幾個(gè)空心構(gòu)件的火災(zāi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果匯總 無(wú)防火保護(hù)層時(shí),其耐火時(shí)間都不到3h.表5。防火實(shí)驗(yàn)結(jié)果匯總E。0。6.當(dāng)防火材料為非膨脹型涂料時(shí),防火材料主要是阻擋或延緩?fù)獠繜崃飨驑?gòu)件內(nèi)部的傳熱 從而起到滯后構(gòu)件升溫的作用,延長(zhǎng)構(gòu)件的耐火時(shí)間,根據(jù)已有文獻(xiàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,發(fā)現(xiàn)帶保護(hù)層的構(gòu)件的升溫過(guò)程和沒(méi)有保護(hù)層的構(gòu)件類(lèi)似,當(dāng)鋼管溫度相同時(shí) 有保護(hù)層構(gòu)件所用的時(shí)間。t e、和沒(méi)有保護(hù)層的構(gòu)件所用的時(shí)間。t,0。存在下面的關(guān)系.當(dāng)混凝土的平均溫度相同時(shí).有保護(hù)層構(gòu)件所用的時(shí)間,t。e,和沒(méi)有保護(hù)層的構(gòu)件所用的時(shí)間 t.0 存在下面的關(guān)系.對(duì)于同一構(gòu)件.當(dāng)、t.0 t.0 t。時(shí)。t,e、t e、即在相同的荷載條件下 帶保護(hù)層的鋼管混凝土構(gòu)件的耐火時(shí)間在、t。e,和 t、e。之間。取構(gòu)件耐火時(shí)間為、因此 非膨脹型涂料厚度可以按下面的公式計(jì)算,式中。d 保護(hù)層厚度。mm,λ,保護(hù)層的導(dǎo)熱系數(shù)。W、m。如.λ.0、1W。m,tsc.沒(méi)有保護(hù)層時(shí),構(gòu)件的耐火時(shí)間.min 可以根據(jù)本規(guī)范第E 0.4條反算到、te.加保護(hù)層后希望達(dá)到的耐火時(shí)間,min,當(dāng)構(gòu)件在沒(méi)有涂防火涂料時(shí)耐火時(shí)間大于期望達(dá)到的耐火時(shí)間時(shí).可以不進(jìn)行防火保護(hù) 當(dāng)防火保護(hù)層為水泥砂漿時(shí),在不帶保護(hù)層溫度場(chǎng)求解算例的基礎(chǔ)上、增加保護(hù)層厚度這個(gè)參數(shù).采用水泥砂漿作為保護(hù)層,熱工參數(shù)見(jiàn),建筑物綜合防火設(shè)計(jì)、l994 761、762。根據(jù)研究有。當(dāng)鋼管溫度相同時(shí),有保護(hù)層構(gòu)件所用的時(shí)間,t.e和沒(méi)有保護(hù)層的構(gòu)件所用的時(shí)間。t,0。存在下面的關(guān)系.當(dāng)混凝土的平均溫度相同時(shí),有保護(hù)層構(gòu)件所用的時(shí)間,t。e.和沒(méi)有保護(hù)層的構(gòu)件所用的時(shí)間 t 0 存在下面的關(guān)系。對(duì)于同一構(gòu)件。當(dāng)。t,0。t 0。t0,時(shí).t.e t,e。在相同的荷載條件下,帶保護(hù)層的鋼管混凝土構(gòu)件的耐火時(shí)間在,t e 和,t,e,之間 則取耐火時(shí)間為,因此,水泥砂漿的厚度可以按下面的公式計(jì)算、計(jì)算中已計(jì)入水泥砂漿的導(dǎo)熱系數(shù).式中,d 保護(hù)層厚度、mm。tsc,沒(méi)有保護(hù)層時(shí)。構(gòu)件耐火時(shí)間,min te.涂保護(hù)層后希望達(dá)到的耐火時(shí)間 min。當(dāng)構(gòu)件在沒(méi)涂水泥砂漿的情況下的耐火時(shí)間大于期望達(dá)到的耐火時(shí)間時(shí),可以不進(jìn)行防火保護(hù)、由于產(chǎn)品或構(gòu)造工藝,原材料的性能差別,建議設(shè)計(jì)時(shí)可參考上述方式進(jìn)行保護(hù)層厚度設(shè)計(jì) 但應(yīng)有典型構(gòu)件的耐火試驗(yàn)結(jié)果為設(shè)計(jì)、驗(yàn)收依據(jù) 以便真實(shí)體現(xiàn)使用產(chǎn)品 施工工藝或構(gòu)造之間的差異,當(dāng)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)報(bào)告所采用的構(gòu)件截面或形式與實(shí)際工程不同時(shí)應(yīng)選用適當(dāng)?shù)姆椒▽?duì)有關(guān)防火保護(hù)構(gòu)件的耐火性能進(jìn)行評(píng)估.評(píng)估結(jié)果作為設(shè)計(jì)或驗(yàn)收依據(jù) 以保證防火保護(hù)的可靠性,可參考的標(biāo)準(zhǔn)有。鋼結(jié)構(gòu)防火涂料。GB。14907,2002 建筑構(gòu)件用防火保護(hù)材料通用要求.GA T。110、2013.