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建筑结构与防火课程设计

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- 1 - 建筑结构耐火安全分析与评估

结构耐火一般通过对结构构件采取防火保护措施,使其在火灾中承载力降低不多而满足受力要求来实现.因此，建筑物中主要受力构件的耐火性能应能在合理的基础上保持建筑结构在火灾条件下的安全性和整体稳定性。对建筑构件进行耐火设计时应考虑如下因素：

1）建筑物的耐火等级；

2）构件的重要性；

3）构件的形式及其在建筑中的部位;

4）建筑物内的火灾荷载、可能的火灾强度、火灾的危险性；

5)防火分区的大小及其分隔方式；

6）建筑物内部灭火系统的设置情况及其可靠性和有效性；

7)建筑物的重要性；

8）消防队是否能及时救援及其救援能力；

9）人员安全疏散所需要的时间。

正常情况下，建筑室内火灾所产生的高温烟气将会上升到室内顶棚或屋盖下的空间内。对于本工程的钢结构屋盖体系，其中起承重作用的钢桁架及下拉索等钢结构构件会直接与热烟气接触,火灾产生的热量将传给钢构件。如果无外界条件干扰，钢构件的温度将在一定时间内不断升高，结果可能导致构件乃至整个结构的失效.

- 2 - 1 钢结构耐火极限状态、耐火设计要求及计算条件

火灾条件下,随着钢结构内部温度的升高，钢结构的承载能力将下降，当结构的承载能力下降到与外荷载(包括温度作用）产生的组合效应相等时,则结构达到受火承载力极限状态。

当满足以下条件之一时，则认为钢结构构件达到耐火承载力极限状态：

1）轴心受力构件的截面屈服；

2）受弯构件产生足够的塑性铰而成为可变机构；

3）构件丧失整体稳定。

从火灾发生到结构或结构构件达到耐火承载力极限状态的时间为结构或结构构件的耐火极限。

对于钢结构，无论是构件层次还是整体结构层次的耐火设计，均应满足下列要求：

（1）在规定的结构耐火极限的时间内,结构的承载力Rd应不小于各种作用所产生的组合效应Sm,即Rd≥Sm;

（2）在各种荷载效应组合下，结构的耐火时间td应不小于规定的结构耐火极限tm，即td≥tm；

（3)火灾下,当结构内部温度均匀时，若取结构达到承载力极限状态时的内部温度为临界温度Td，则应不小于在耐火极限时间内结构的最高温度Tm，即Td≥Tm。

上述三个要求实际上是等效的，进行结构耐火设计时，满足其一即可。 - 3 - 目前，国家规范《建筑设计防火规范》(GBJ16-87）和《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045—95，2001版）对钢结构屋盖中钢结构构件尚无明确的防火保护层厚度的具体规定.而我国工程建设规范《建筑钢结构防火技术规程》(CECS 200:2006）在考虑钢结构构件最不利内力组合的基础上，可以进行该类构件的耐火计算和验算。为了保证火灾时屋盖体系的耐火安全,同时充分利用建筑钢结构中的新技术、新材料，选择后者作为本工程钢结构屋盖体系耐火设计的依据.

北京国际会展中心设计单位提供的屋盖体系钢结构构件,包括桅杆、撑杆、索、桁架弦杆和腹杆等的耐火设计计算条件如下：

1）所有杆件耐火极限都要求达到2h;

2）索材质为预应力钢丝,桅杆材质为Q345C，其余构件的材质均为Q345B;

3）本工程的最不利荷载为：屋面恒荷载:屋面荷载0.4kN/m2,吊顶管线0。1kN/m2，下弦的吊挂荷载1。0kN/m2;屋面活荷载：展厅上空0。7kN/m2；风荷载：W1=0.4/1。4×10=2。85kN/m2；W2=—1.4/1。4×10=-10kN/m2；雪荷载:基本雪压为0。40kN/m2（50年一遇）;

4）本工程使用的厚涂型钢结构防火涂料性能应符合国家有关标准CECS24: 90，1990《钢结构防火涂料应用技术规范》和GB14907—2002，2002《钢结构防火涂料》，涂料性能指标要求见表1。

- 4 -

表1 厚涂型钢结构防火涂料性能指标要求

项 目 指 标

粘结强度 （MPa） ≥0。04

抗压强度 (MPa） ≥0.3

干密度 （kg/m3） ≤500

热导率 ［W/（m。K）］ ≤0.1160 [0.1kcal/（m。h。℃)］

耐水性 （h) ≥24

耐冻融循环性 （次) ≥15

耐火极限 涂层厚度（mm） 15 20 30 40 50

耐火时间不低于(h) 1.0 1。5 2.0 2。5 3。0

需要计算的钢结构构件的截面规格及其在最不利荷载组合条件下构件达到的最大应力比等条件见表2。

表6.2 钢结构构件表

钢构件

编号 位置 类型 规格

（mm） 钢材种类 最不利荷载组合时构件最大应力比

C4H 下拉索 钢缆 Φ109 预应力钢丝 0.343012

C1A 上拉索 钢缆 Φ118 预应力钢丝 0.24993

ST1 撑杆1 钢管 Φ 18×273 Q345B 0。445229

M2A 撑杆2 钢管 Φ 36×950 Q345B 0.293073

WG 桅杆压杆 钢管 Φ 36×2000 Q345C 0.512012

RPT2FF 腹杆 工字钢 H 200×250×8×14 Q345B 0.956623

RPT3FX 主桁架弦杆 工字钢 H 400×200×10×16 Q345B 0。948998

RST2ASH 次桁架弦杆 工字钢 H 400×200×8×14 Q345B 0。946771

RBR12T 上弦支撑 工字钢 H 400×450×18×30 Q345B 0。954629

对本工程的钢结构屋盖进行了防火保护层厚度的设计计算

方案:根据设计单位提供的本工程最不利荷载作用,按照国家规范《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）进行承载力极限状态下荷- 5 - 载效应组合,即niSSS1QiKciQiGKG1;然后按照我国工程建设规范《建筑钢结构防火技术规程》（CECS 200：2006）进行火灾下荷载效应组合,即TCWCQCGCSFFkwwkiQiQikGG2，暂不考虑温度内力。依据该规程的第5.2.3条,在内力组合中不考虑温度内力的情况下，应将计算所得的保护层厚度增加30%作为构件的保护层设计厚度.针对本工程最不利荷载的情况，可计算出两部规范(程）荷载效应组合比值12/SS的最大值为0。593。用0.593乘以最不利荷载下的最大应力比作为火灾下的最大应力比,同时根据我国工程建设规范《建筑钢结构防火技术规程》（CECS 200：2006)，将材料强度的设计值乘以钢材耐火设计强度调整系数R （一般可取R =1.1)，据此进行防火保护层厚度的设计计算.

2 计算过程和步骤

2.1 截面特性计算

构件截面形式有如下三种：圆实心截面，圆管截面和H形截面。参考李国强、韩林海、楼国彪、蒋首超著《钢结构及钢—混凝土组合结构抗火设计》（2006),三种截面的构件截面形状系数Fi/V的计算公式如下，计算结果如表3所示.

1) 圆实心截面

dVF4i（李国强、韩林海、楼国彪、蒋首超著《钢结构及钢-混凝土组合结构抗火设计》2006)

2) 圆管截面 - 6 - tdtdVFi（李国强、韩林海、楼国彪、蒋首超著《钢结构及钢—混凝土组合结构抗火设计》2006)

3) H形截面

AtbhVF1i242（李国强、韩林海、楼国彪、蒋首超著《钢结构及钢-混凝土组合结构抗火设计》2006）

表3 截面特性计算结果

钢构件编号 位置 规格（mm） Fi/V

(1/m）

C4H 下拉索 φ109 36.7

C1A 上拉索 φ118 33.9

ST1 撑杆1 φ18×273 59.5

M2A 撑杆2 φ36×950 28.9

WG 桅杆压杆 φ36×2000 28。3

RPT2FF 腹杆 H200×250×8×14 165.2

RPT3FX 主桁架弦杆 H400×200×10×16 156.7

RST2ASH 次桁架弦杆 H400×200×8×14 184.7

RBR12T 上弦支撑 H400×450×18×30 77.4

2.2 保护层厚度计算

计算时用到的钢材和厚涂型钢结构防火涂料的材料特性如下:

钢材：

密度：s =7850kg/m3

比热：cs=600J/（kg。K）

导热系数：s =45.0W/(m.K).

防火涂料： - 7 - 密度：i =400kg/m3

比热：ci=1047J/（kg。K)

导热系数：i =0.116W/（m。K)。

方案

当采用按我国工程建设规范《建筑钢结构防火技术规程》(CECS

200：2006）进行荷载效应组合获得的最不利应力比时,各构件所需防火保护层厚度计算过程如下:

1。下拉索(规格：109）：

1）计算耐火极限为2h时构件温度(构件温度的计算采用我国工程建设规范《建筑钢结构防火技术规程》公式6。2。1~公式6.2。4）

初步选定保护层厚度为di

=6mm

VFi=36。7

7.3647100006.50257.367850600006.0400104722VFcdcissiii0。0391

保护层为轻质保护层

53.7097.36006.0116.0VFdBiii

05)2.0100.5044.0(ssTtBT

=2060120)2.053.709100.5044.0(5=610℃

钢材温度Ts>600℃，超出适用范围，因此di =6mm不满足要求，增大di 为6。2，计算得：B=686。65,Ts=595℃

2)钢的高温材性

高温下钢材强度折减系数 - 8 - 2168.010228.910096.21024.1325s38ssTTTT0。281

3）保护层厚度的确定

该构件应力比ff=12SS0.343012=593.00。343012=0.203，其中，f为火灾下构件最大应力,f为钢材强度设计值.

由我国工程建设规范《建筑钢结构防火技术规程》公式4.1.3—1、公式4。1。3-3可知：

应力比ff0。203〈281.01.1TR=0。309，其中，T为高温下钢材强度折减系数,R为钢材抗火设计强度调整系数，取1.1.因此，di =6。2mm满足要求。

考虑温度应力的影响，依据我国工程建设规范《建筑钢结构防火技术规程》（DG/TJ08—008-2000)，应将保护层厚度加大30%，此时di =8.1mm.

其余构件计算过程与此类似，故在此不复赘述。

为相关计算所编写的程序界面如下:

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建筑总平面防火设计课程设计任务书

建筑总平面防火设计课程设计任务书

建筑总平面防火设计课程设计任务书

沈阳航空工业学院

课程设计任务书

课程名称建筑防火学课程设计

院/系安全工程专业

班级学号姓名

课程设计题目xxxxxxxx建筑总平面防火设计

课程设计时间2007年12月24日至2008年1月4日

一、课程设计的内容：

1.收集、查阅有关建筑总平面防火设计的相关资料,了解设计步骤

和程序。

2.根据课程设计题目要求, 确定规划区域区内所有建筑物的耐火

等级。

3.设计并绘制规划区域内总平面布置图。要求合理确定建筑物间

防火间距、绘制厂区内主干道、消防通道、室外消防给水系统

以及室外消火栓系统。

4.撰写详细的设计说明书、建筑总平面布置图、室外消火栓系统

布置图和室外消防给水管网图。

5.进行答辩。

二、课程设计的要求：

1.熟练正确使用有关设计手册、国家标准、地方标准。

2.工程设计方案合理、技术先进、经济可行。

3.正确设计与绘制工程设计图纸,全部图纸采用CAD绘制。

4.所有课程设计文件提供电子版，设计说明书要求条理清晰、阐

述正确、数据详实、计算正确、语言通顺。

5.设计说明书引用规范时要求指明相关规范和相应条款。

6.图纸绘制必须符合工程设计标准，图例采用消防教研室2007

毕业设计标准。设计说明用3#图纸打印，其余全部用2#图纸打

印。 三、设计依据：

1.张树平. 建筑防火设计. 中国建筑工业出版社，2006

2.建筑设计防火规范GB50016-2006. 中国计划出版社，2006

指导教师年月日

负责教师年月日

学生签字年月日

建筑消防技术课程设计

建筑消防技术课程设计

南华大学安全工程专业

《建筑消防工程》课程设计任务书

设 计 名 称：**建筑物消防系统设计

学 生 姓 名：吴明亚

指 导 教 师：刘栋

设 计 时 间：2012年12月

《建筑消防工程》课程设计任务书

一、 建筑消防技术课程设计的目的

使学生更好地熟悉和掌握专业骨干课《建筑消防工程》的大体理论和几种灭火系统的设计及计算进程，包括相关法律法规的要求，重点在于：

熟悉建筑防火分区平面布置、安全疏散；

掌握消火栓及自动喷水灭火系统的设计、布置、水力计算等；

熟悉气体灭火系统的设计及计算；

熟悉泡沫灭火系统的设计及计算；

熟悉防烟排烟技术、消防电气、火灾自动报警与消防联动控制；

了解《建筑设计防火规范》的规定，并了解相关消防法律法规的要求。

二、XX建筑物概况

一、总建筑面积1600m2；高13m，共4层，属于一类民用建筑。

二、耐火品级为二级；

3、 全框架结构，中等装修；

4、建筑物位于市中心、人口密度大。

三、课程设计的主要内容

一、参观建筑物消防系统并绘制大体框架图形（1天）；

二、消防系统类型的选择及初步设计（1天）；

3、消防系统整体设计及计算（3天）；

4、绘制消防系统设计图纸（2天）；

五、报告的编制与修改（3天）。

四、课程设计要求

一、完成时刻：2周；

二、要求每一个学生完成课程设计书一份，约5000字。要求学生对所设计的内容必需概念准确，参数选择合理，符合设计手册与设计规范及相关参考书籍的要求，计算正确，计算书书写工整、清楚，文笔流畅。设计合理，文字线条优美，图表清楚，符合规范； 3、独立完成。

五、主要参考书

一、《建筑消防技术》，科学出版社，2006年；

二、《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）；

3、《建筑防火设计手册》，北京：中国建筑工业出版社，1998；

4、《建筑灭火设计手册》，北京：中国建筑工业出版社，1999；

建筑结构与防火课程设计

建筑结构与防火课程设计

- 1 - 建筑结构耐火安全分析与评估

结构耐火一般通过对结构构件采取防火保护措施,使其在火灾中承载力降低不多而满足受力要求来实现.因此，建筑物中主要受力构件的耐火性能应能在合理的基础上保持建筑结构在火灾条件下的安全性和整体稳定性。对建筑构件进行耐火设计时应考虑如下因素：

1）建筑物的耐火等级；

2）构件的重要性；

3）构件的形式及其在建筑中的部位;

4）建筑物内的火灾荷载、可能的火灾强度、火灾的危险性；

5)防火分区的大小及其分隔方式；

6）建筑物内部灭火系统的设置情况及其可靠性和有效性；

7)建筑物的重要性；

8）消防队是否能及时救援及其救援能力；

9）人员安全疏散所需要的时间。

正常情况下，建筑室内火灾所产生的高温烟气将会上升到室内顶棚或屋盖下的空间内。对于本工程的钢结构屋盖体系，其中起承重作用的钢桁架及下拉索等钢结构构件会直接与热烟气接触,火灾产生的热量将传给钢构件。如果无外界条件干扰，钢构件的温度将在一定时间内不断升高，结果可能导致构件乃至整个结构的失效.

- 2 - 1 钢结构耐火极限状态、耐火设计要求及计算条件

火灾条件下,随着钢结构内部温度的升高，钢结构的承载能力将下降，当结构的承载能力下降到与外荷载(包括温度作用）产生的组合效应相等时,则结构达到受火承载力极限状态。

当满足以下条件之一时，则认为钢结构构件达到耐火承载力极限状态：

1）轴心受力构件的截面屈服；

2）受弯构件产生足够的塑性铰而成为可变机构；

3）构件丧失整体稳定。

从火灾发生到结构或结构构件达到耐火承载力极限状态的时间为结构或结构构件的耐火极限。

对于钢结构，无论是构件层次还是整体结构层次的耐火设计，均应满足下列要求：

（1）在规定的结构耐火极限的时间内,结构的承载力Rd应不小于各种作用所产生的组合效应Sm,即Rd≥Sm;

（2）在各种荷载效应组合下，结构的耐火时间td应不小于规定的结构耐火极限tm，即td≥tm；

建筑规范课程设计

建筑规范课程设计

建筑规范课程设计

一、教学目标

本节课的学习目标包括以下三个方面：

1. 知识目标：学生需要掌握建筑规范的基本概念、原则和主要内容。具体包括建筑物的结构安全、防火安全、节能环保、无障碍设计等方面的规范要求。

2. 技能目标：学生能够运用所学知识，分析和解决实际建筑案例中存在的问题，提高建筑设计和施工的质量。

3. 情感态度价值观目标：学生应该树立正确的建筑观念，增强法律意识和职业道德，关注建筑的人文关怀和可持续发展。

二、教学内容

本节课的教学内容主要包括以下几个部分：

1. 建筑规范的基本概念和原则：介绍建筑规范的定义、作用和基本原则，如安全性、实用性、美观性等。

2. 结构安全规范：讲解建筑物的结构设计、构造要求和施工验收等方面的规范。

3. 防火安全规范：介绍建筑物的防火设计、消防设施和火灾应急预案等方面的规范。

4. 节能环保规范：讲解建筑物的节能设计、环保要求和可持续发展等方面的规范。

5. 无障碍设计规范：介绍无障碍设计的概念、原则和具体要求，以提高建筑物对残疾人的关怀和便利性。

三、教学方法

为了提高学生的学习兴趣和主动性，本节课将采用以下几种教学方法：

1. 讲授法：教师通过讲解建筑规范的基本概念、原则和具体内容，引导学生理解和掌握相关知识。

2. 案例分析法：教师通过分析实际建筑案例中存在的问题，让学生学会运用所学知识解决实际问题。

3. 讨论法：学生分组讨论建筑规范的应用和实施，培养学生的团队合作能力和批判性思维。 4. 实验法：学生进行建筑模型制作和实验，增强实践操作能力和创新能力。

四、教学资源

为了支持教学内容和教学方法的实施，本节课将准备以下教学资源：

1. 教材：选用权威、实用的建筑规范教材，为学生提供系统的学习材料。

2. 参考书：提供相关建筑规范的参考书籍，丰富学生的知识储备。

3. 多媒体资料：制作精美的PPT、视频和图片等多媒体资料，提高学生的学习兴趣和效果。