钢结构抗火研究
李本兵
硕研12级06班 2012020620
摘要：钢结构是工程实际中应用广泛的结构形式，具有强度高、自重轻、可利用空间大等优点，但其耐火性较差，因此钢结构的抗火性能研究是重要的课题之一。文章综述了国内外有关钢结构抗火研究的主要试验结果和理论研究成果，总结了现有的结构抗火设计
关键词：钢结构；防火设计；计算方法
Study on Fire – resistance of Steel Structures
ABSTRACT: Steel structure, which has many advantage scuh as higher strength ,lighter self-weight and bigger usable space, is widely appied in engineering practices. However the fire-risistance of steel structure is low ,so the investigation of mechanical behaviors of steel structure in fire condition is one of important subjects. This paper sums up the main experimental results and theoretical research payoffs of steel structure under fire conditions ,and reviews the fire-resistance design theory, calculation methods and engineering applications of current steel structure.
KEY WORDS: steel structure ;fire resistance design; calculation method
1 钢结构的抗火设计
与混合结构、钢筋混凝土结构相比，钢结构具有强度高、自重轻、空间大、布局灵活和施工周期短等突出的优点，因此钢结构在工程实际中应用非常广泛，特别是在厂房、飞机场等大跨度结构和高层结构中。但是钢结构的耐火性较差。随着温度的提高，钢材的强度和刚度下降。而且未受防火保护的钢结构在火灾环境中升温很快，即使结构承受着室温下相对安全的荷载，也可能会在高温下迅速破坏。所以从工程实用的角度出发，必须对钢结构进行防火保护，就是在钢构件上覆盖一定厚度的防火隔热层，利用保护层良好的热工性能，减缓钢结构的升温速度，使钢结构达到高温承载极限状态的时间（即耐火时间）延长。不同等级的建筑，不同的结构构件，耐火极限不同。钢结构抗火设计的目的就是通过计算分析定量确定防火保护层厚度，使结构构件的实际耐火时间不低于规定的耐火极限。
在火灾条件下，以下因素使得钢结构的反应分析相当困难。一是材料的非线性本构关系随温度变化；二是受火空间的空气温度随时间变化，并与受火房间的热工性能、形状尺寸、开口系数和火灾荷载密度有关；三是构件中温度分布呈非线性特点；四是随温度变化的附加应力引起的未受火结构部分对受火结构部分的约束，以及这些附加力对荷载和变形的影响；五是热渗透对结构反应具有一定的影响等。
随着人们对钢结构抗火计算与设计理论研究的不断深入，钢结构抗火设计的方法在不断发展。本文综述了国内外钢结构抗火研究的发展概况、现代钢结构抗火设计计算的主要方法及目前研究的热点和难点问题。
2 钢结构抗火设计方法的发展
现代钢结构的抗火设计主要有* 种方法：基于试验的构件抗火设计方法、基于计算的构件抗火设计方法、基于计算的结构抗火设计方法和考虑火灾随机性的结构抗火设计方法。
在20世纪70年代前，钢结构的抗火设计是以试验为依据的，通过不同类型构件（主要指梁、柱）在规定荷载分布与标准升温条件下的耐火试验，确定采取不同防火措施（如不同的防火涂料，不同的涂料厚度）后构件的耐火时间。进行结构抗火设计时，根据构件的耐火时间要求，选取对应的防火保护措施。这种基于试验的构件抗火设计方法简单直观、便于应用，但是由于试验不能准确模拟构件在结构中的实际受力情况和端部约束，因此，难以分析这些因素对构件耐火时间的影响。
从20世纪70年代之后，结构抗火设计方法转为基于构件计算的现代方法。英、美、日等国进行了考虑荷载的分布与大小及构件端部约束对构件耐火时间影响的大量计算分析。基于计算的钢结构构件抗火设计方法的理论分析主要是用有限元方法，也有一些采用经典解析分析方法，基本建立了考虑任意荷载形式和端部约束状态影响的钢构件抗火设计方法。目前这种方法仍被一些国家的钢结构设计规范所采用。
基于计算的结构抗火设计方法以防止整体结构倒塌为目标，认为火灾下单个构件的破坏，并不一定意味着整体结构的破坏。特别是超静定钢结构体系，当结构局部或少数构件发生破坏，将引起结构的内力重分布，整体结构仍有一定的承载能力。基于整体结构极限承载能力的抗火设计是更为合理的，但目前还没有提出被规范采纳的工程实用方法。
基于火灾随机性的结构抗火设计方法以结构的概率可靠度为目标，考虑火灾及空气升温的随机性。这方面的研究涉及火灾学等其他相关学科的研究，但成果还不多。人们认为这是结构抗火设计的发展方向。
以上4 种方法中基于试验的抗火设计方法基本上被淘汰，现在的试验一般用来检验理论研究的结果。基于计算的构件抗火设计方法研究已有一定的理论成果和工程应用实践，但钢构件在各种条件下的理论和试验研究还在发展。基于计算的结构抗火设计方法是以高温下钢结构整体反应为目标的设计方法，是目前钢结构抗火设计的整体发展趋势。考虑火灾随机性的结构抗火设计方法的研究和工程实践还很少，是新的研究课题。以下重点讨论第二和第三种设计方法。
3 基于计算的钢构件抗火设计方法
目前对钢构件的主要防火措施是涂防火涂料或包覆防火板。由于钢材导热性好，一般假设有防火保护的钢构件内部温度为均匀分布的。由火灾环境传入钢构件的热量应等于该构件升温所吸收的热量，可建立火灾条件下构件升温的微分方程。简化求解可得标准火灾升温条件下，钢构件的瞬时内部温度. 随火灾发生时间变化的关系式式中， $0 和!0 为钢材的比热与密度； $% 和!% 为保护层的比热与密度；钢材的屈服应力和弹性模量, 随着温度升高而减小，因此钢结构的承载能力随着温度的升高而降低。欧洲钢结构协会推荐时采用下列材料参数计算。
采用确定的防火措施，设置防火被覆厚度；
（A）计算构件在确定的防火措施和耐火极限条件下的内部温度；根据高温下钢的材料参数，利用常温下的结构分析程序，分析计算构件在外荷载和温度作用下的内力；
.B 进行荷载效应组合计算；
根据构件和载荷的类型，进行构件抗火极限承载力的验算；当设定的防火被覆厚度不合适时，可调整防火被覆厚度.
4 国内外研究动态
国内外在钢结构抗火领域的研究范围很广。在构件层次有不同约束条件下钢构件的试验研究和数值模拟研究；在框架层次有用有限元法进行整体结构模拟分析，还有通过试验确定高温下空气温度9 时间曲线的经验公式的研究。
文献综述了高温下不同钢材的比热、导热系数、弹性模量和应力9 应变关系，给出了裸钢和有保护层的钢构件的温升9 时间的增量公式，以及英国在标准火灾升温条件下B((F K 4((F 的温升9 保护层厚度的公式和温升迟滞时间。文献L0 M 总结了已有的抗火设计方法和钢结构防火保护措施、结构构件在火灾条件下的破坏机理；介绍了英国卡丁顿的8钢结构火灾试验的重要结果。
屈立军采用简单的温度模型和理想塑性应力9 应变曲线作为高温下钢材的本构关系，得出纯弯、拉弯和压弯构件的临界温度计算公式。计算中只考虑了强度的降低，没考虑温度应力的影响。由结构热响应及内力分析得出构件临界温度，给出以火灾荷载密度和开口系数为特征的实际火灾升温曲线的临界温度与综合系数" 的关系，通过换算拟合出当量时间的计算公式。
赵金城等把各国规范常用的E 模型与试验结果进行比较分析。通过单个构件的计算分析，发现E 模型的计算结果偏于保守。根据影响室内火温度9 时间曲线的因素，得到几种室内火的温度9 时间参数关系式，给出等效曝火时间与火荷载密度和通风条件有关，火燃烧速率和持续时间对结构抗火性能有影响以及热梯度将导致构件内的温度不均匀分布等结论。在标准火试验基础上提出两种确定防火层厚度的方法。
文献对比了英国抗火设计规范和我国抗火计算方法，提出了我国钢结构抗火设计应解决的问题是：一是构件在温度、重力荷载共同作用下的破坏机理和承载力计算模型研究；二是基于整体结构的极限承载力的抗火设计；三是防火涂料热性能及保护层厚度确定方法的研究；四是火灾荷载分布统计。文献L !( M 介绍了现行标准《钢结构防火涂料通用技术条及欧共体的钢结构防火规范和设计手册推荐的防火保护层厚度的计算公式。
赵金城等指出高温下压弯构件采用与常温下形式相同的整体稳定验算公式的缺点，从高温下钢材的本构模型出发，忽略温度内力的影响，利用平衡条件得到应变和外力满足的基本方程。利用结构抗火有限元分析程序OPE-P- 对国外完成的钢框架火灾试验实例进行了理论分析。分析中考虑了温度变形引起的几何非线性及塑性区扩展引起的材料非线性。计算结果与试验结果吻合。此法用全量形式给出刚度方程，适用于任何荷载状态和任何温度状态的结构抗火反应分析，但是构件的温度需作为已知数据输入，且分布只能是沿截面高度线性分布和沿长度均匀分布的。高温下钢材的本构关系采用三折线理论。计算结果与试验结果相当吻合。
李国强等在试验中模拟钢梁在结构中的约束条件，利用变形协调条件求出由约束产生的温度内力，该试验结果与高温下压弯构件的抗火计算公式所得结果符合较好。分析了传统的基于试验的抗火设计方法的缺点，提出火灾下结构整体反应分析和以概率可靠度为目标的抗火设计方法L!$ M，对所完成的钢梁约束抗火试验和钢柱铰接抗火试验进行了计算分析L!# M，试验结果与理论计算结果符合较好。但钢梁约束抗火试验结果与不考虑温度内力的理论计算结果相差较大。进而提出了基于广义%QRSTU 模型，考虑材料非线性、几何非线性和温度内力影响的高温钢结构整体反应历史的增量分析方法L !H M，其理论分析与试验结果符合较好。
文献介绍了火灾下钢框架结构反应的一种有限元分析方法。假定空气温度为空间和时间相关函数，温度沿构件纵向均匀分布，沿构件横向线性变化，屈服面随温度升高而缩小。运用有限元法分析了不同火曲线下的简支钢梁、两端转角约束钢柱、半9 刚性门式框架和多层框架，给出了框架的破坏形态，得到柱子对结构高温破坏有决定作用等结论。对多层半9 刚性框架的火灾水平蔓延的研究发现火蔓延对受火跨梁的变形影响较大。文献L A! M 介绍了描述自然火的V-W 曲线，给出了最大温度(8、最大温度出现的时间08 和曲线形状常数1< 的
计算方法。完成了!BA 个单火源自然火灾试验的温度9 时间曲线与V-W 曲线的校核。该曲线方程简单实用，不需进行时间转换，可以重现火灾试验进行灵敏度分析。但还需更多的火灾试验曲线的考验，特别是堆积厚燃料的火灾试验曲线。另外，需进一步完善有关参数的计算方法。
马忠诚等根据灾试验的温度9 时间曲线，拟合出通用的以自然火灾中最大温度和最大温度出现的时间为变量的空气温度9 时间曲线的形状函数，计算分通风控制型火和燃料控制型火，并经过敏感性分析证明系数取值的可靠性。此法的基本原理与V-W 曲线相似，计算过程简单。
文献通过试验研究分析了火灾下柱的长细比，构件两端对热膨胀的约束，柱截面的温度不均匀分布等因素对钢框架结构反应的影响。对英国和欧洲抗火规范的制订基础和适用范围进行了讨论，得到的主要结论有：次框架受边界条件的影响较小，而柱的热膨胀约束很重要；当柱子达到耐火极限承载力时，柱梁的连接为铰接；防火设计规范的极限温度只适用于稳定性为非控制因素的结构。提供了最新的钢框架和承受恒定轴向荷载具有转角约束钢柱的火灾试验成果，通过对这些试验数据的分析，得到一些定性和定量的结论：框架柱是沿弱轴屈曲破坏的；柱在连接处的弯矩随温度的变化与由梁不平衡荷载传递的初始弯矩同柱荷载之比有关。根据大比例长隔间的火灾试验数据得到的关系。
文献完成了两组个轴向约束相同和转动约束不同柱子的抗火试验研究，并与只有轴向约束柱的试验数据进行比较，得出以下结论：转动约束对热膨胀引起的附加压力的影响较小，对临界温度的影响较大；转动约束程度的变化对附加约束轴力的影响很小；附加约束轴力可能使柱的总轴力超过设计荷载；荷载比增加时附加约束力减小；在破坏阶段有转动约束的柱一般不会发生附加约束力会突然降低的现象；荷载增加临界温度明显降低；转动约束越强，梁的有效长度越短。文献C DE F 提出了一种计算高温下无侧向位移约束G 型钢梁横向屈曲载荷的方法，完成了不同温度下!DH 根梁的高温横向屈曲试验，用$IJGK 程序进行横向屈曲的数值分析，把试验结果与多种计算结果进行了比较。
文献用有限元程序JLI$@ 对带有弯曲连接的梁进行了计算分析，研究了端部连接对梁的高温承载力的影响。作者还用三维非线性有限元方法分析对框架梁和梁柱连接处在火灾下的反应历史进行了理论分析。计算中采用八节点等参壳单元，以切线刚度矩阵为基础，考虑非线性，升温引起的材性降低和热膨胀在截面上的不均匀分布，所得变形8 时间曲线和耐火时间的计算结果与试验结果吻合。
文献提出了钢柱轴向弹性约束的数值模型和计算公式，用有限元程序JGNLJGKL 计算分析了不同轴向约束，不同长细比，不同横截面尺寸，不同初始荷载比钢柱的临界温度，提出对有轴向约束钢柱按无轴向约束柱构件计算临界温度的修正方案。总之，钢结构抗火研究已经取得一定的成果，但是仍有许多亟待解决的问题。另外，与国外相比，国内的研究相对滞后，特别是在试验研究和数值模拟分析方面。因此，我们应当加强这一领域各方面的研究。
参考文献
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高等钢结构与组合结构理论如何提高钢结构的抗火性能 姓名：梁梦岩 学号：1530710(硕士) 所在学院：土木工程 指导教师：蒋首超 日期：2016年1月
如何提高钢结构的抗火性能 摘要：钢结构是现代建筑工程中普遍采用的结构形式之一，由于二其重量轻、机械化程度高、施工简便、布局灵活等特点，在工程中的应用越来越广泛。但其存在的主要缺点是耐火性能差，在高温作用下会很快失效倒塌。本文就其耐火性差的特点，浅谈钢结构在工程中的抗火设计和防火保护措施。 关键词：钢结构抗火设计防火措施 1.钢结构抗火设计 目前国内外的钢结构设计主要采用基：F试验的抗火设计方法。基于试验 的构件抗火设计方法是一种简单、直观的方法，是最基本、最原始的方法!通过对不同构件(梁、柱)在规定荷载分布和标准升温条件下迸行耐火试验，确定在采取不同防火措施后构件的耐火时间。由于无法考虑荷载分布与大小、件端部约束状态的影响，以及难以准确反映构件受力或在结构中产生的温度应力等，此法有很大的缺陷。 基于计算的抗火设计方法是从基于试验的构件抗火设计方法转变过来的，避免了传统的基于试验的钢结构抗火设计方法所存在的问题，目前已被各国普遍接受且编制了钢结构抗火设计规范，规定了进行结构抗火计算的内容。这种钢结构的抗火设计方法以高温下构件的承载力极限状态为耐火极限判断，考虑温度内力的影响，在我国第一部钢结构抗火设计标准中即采纳r这种方法，其计算过程如下：1)采用确定的防火措施，设定一定的防火被覆厚度：2)计算构件在确定的防火措施和耐火极限条件下的内部温度：3)采用确定高温下钢铁材料参数，计算结构中的该构件在外荷载和温度作用下的内力；4)进行荷载效应组合：5)根据构件和受载的类型，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，重复上述步骤1)～步骤5)。 作为结构抗火设计方法的发展趋势，和基于计算的抗火漫计方法相比，基 于计算的结构抗火设计方法以防止整体结构倒塌为日标，基于整体结构的承载能力极限状态进行抗火设计，即结构的主要功能作为整体承受荷载，火灾下结构单个构件的破坏，并不一定意味着整体结构的破坏，特别是对于钢结构，一般情况下结构局部少数构件发生破坏，将引起结构内力重分布，结构仍具有一定
文献综述 建筑设计参考文献综述： [1]《房屋建筑学》，邢双军主编 建筑学作为一门内容广泛的综合性学科，它沙及到建筑功能、工程技术、建筑经济、建筑艺术以及环境规划等许多方面的问题。般说来，建筑物既是物质产品，又具有一定的艺术形象，它必然随着社会生产生活方式的发展变化而发展变化，并且总是受科学技术、政治经济和文化传统的深刻影响*建筑物—一作为人们亲手创造的人为环境的重要组成部分，需要耗用大量的人力和物力。它除了具行满足物质功能的使用要求外，其空间组合和建筑形象又常会赋予人们以精神上的感受。 [2]《建筑设计防火规范》（GB50016-2006） 1.0.1 为了防止和减少建筑火灾危害，保护人身和财产安全，制定本规范。 1.0.2 本规范适用于下列新建、扩建和改建的建筑： 1 9层及9层以下的居住建筑（包括设置商业服务网点的居住建筑）； 2 建筑高度小于等于24.0m 的公共建筑； 3 建筑高度大于24.0m 的单层公共建筑； 4 地下、半地下建筑（包括建筑附属的地下室、半地下室）； 5 厂房； 6 仓库； 7 甲、乙、丙类液体储罐（区）； 8 可燃、助燃气体储罐（区）； 9 可燃材料堆场； 10 城市交通隧道。 注：1 建筑高度的计算：当为坡屋面时，应为建筑物室外设计地面到其檐口的高度；当为平屋面（包括有女儿墙 的平屋面）时，应为建筑物室外设计地面到其屋面面层的高度；当同一座建筑物有多种屋面形式时，建筑 高度应按上述方法分别计算后取其中最大值。局部突出屋顶的瞭望塔、冷却塔、水箱间、微波天线间或设 施、电梯机房、排风和排烟机房以及楼梯出口小间等，可不计入建筑高度内。 2 建筑层数的计算：建筑的地下室、半地下室的顶板面高出室外设计地面的高度小于等 于 1.5m 者，建筑底部设置的高度不超过2.2m 的自行车库、储藏室、敞开空间，以及建筑屋顶上突出的局部设备用房、出屋面 的楼梯间等，可不计入建筑层数内。住宅顶部为两层一套的跃层，可按1 层计，其它部位的跃层以及顶部 多于2 层一套的跃层，应计入层数。 1.0.3 本规范不适用于炸药厂房（仓库）、花炮厂房（仓库）的建筑防火设计。 人民防空工程、石油和天然气工程、石油化工企业、火力发电厂与变电站等的建筑防火设计，当有专门的国家现行标准时，宜从其规定。 1.0.4 建筑防火设计应遵循国家的有关方针政策，从全局出发，统筹兼顾，做到安全适用、技术先进、经济合理。 1.0.5 建筑防火设计除应符合本规范的规定外，尚应符合国家现行有关标准的规定。
钢结构防火设计规范 结合我国建筑行业实际情况，现阶段，我国对钢结构防火设计 规范有什么规定？基本情况怎么样？以下是我们整理建筑术语钢结构防火规范基本介绍： 我们通过相关资料查阅，总结我国钢结构防火设计规范内容，总结几点要点情况，基本内容如下： 第一：规范的效力 从2015年5月1日起，《建筑设计防火规范》GB50016-2014正式施行，原《建筑设计防火规范》GB50016-2006和《高层民用建筑 设计防火规范》同时废止。自此，通过一本规范统一了对建筑防火的要求。 第二：耐火极限的定义 在标准耐火试验条件下，建筑构件、配件或结构从受到火的作 第 1 页共 4 页
用时起，到失去稳定性、完整性或隔热性时止的这段时间，用小时表示。 钢梁、钢柱在无保护层的情况下，耐火极限为0.25H，即15分钟。 第三：厂房（仓库）的火灾危险性与耐火等级 厂房（仓库）根据生产过程或储存物品的火灾危险性由高到低 分为甲、乙、丙、丁、戊类。厂房（仓库）的耐火等级由高到低分为一、二、三、四级。 第四：厂房（仓库）的相关规定 A、通用规定 厂房（仓库）耐火等级为二级时，柱、梁的耐火极限应分别不低于2.5H和1.5H，檩条（属屋顶承重构件）的耐火极限要求为 1.0H。一、二级耐火等级的单层厂房（仓库）的柱，其耐火极限可降低0.50H（多层柱仍为 2.5H）。 即：耐火等级为二级的单层钢结构厂房（仓库）的柱、梁(门式 第 2 页共 4 页
刚架结构的梁可归为屋顶承重构件)、檩条的耐火极限要求分别为：柱2H、梁1H、檩条1H。 当厂房采用混凝土主体结构加钢结构屋盖时,钢结构屋盖的梁、支撑、檩条等均可以视为屋顶承重构件。 B、新规范对钢结构建筑的重要规定 新规范取消了原规范中丁、戊类厂房可以不采取防火保护措施 的规定。这意味着所有的钢结构建筑，都必须涂刷防火涂料或采取其他防火保护措施。 金属夹芯板应全部采用岩棉等不燃芯材。 单层卷材柔性防水屋面，其保温层仅能采用不燃材料如岩棉。 更对关于钢结构防火规范、钢结构防火设计规范相关资料，敬请关注行业解读栏目或登入建筑图库栏目查询建筑钢结构图集攻略。 第 3 页共 4 页
浅谈钢结构抗火设计方法 摘要：从分析钢材高温下力学性能的变化及影响机理入手，概述了钢结构抗火的传统与现代设计方法的一般步骤及各自优缺点，并对抗火设计的发展趋势与现存问题进行总结。 关键词：钢结构抗火设计结构性能 0引言 长期以来，防火是建筑及结构设计师重点考虑的问题之一，如在建筑中设置防火墙和防火门等，即对建筑进行防火保护，其目的是为了减轻火灾损失，减少人员伤亡。而钢结构作为具有强度高、质量轻、抗震性能好、环境污染少、施工速度快等优点的材料，在建筑工程中发挥着重要的作用，尤其对于体育馆、机场、展览馆等大跨度结构，钢结构更是首选的结构形式。近年来，随着钢材产量的增加，钢结构建筑得到了广泛的推广，如北京国家大剧院、水立方等等。然而由于自身特性的限制，钢结构有一个不容忽视的缺陷——抗火性能差，一旦发生火灾结构受到破坏，后果不堪设想。这使得以钢结构的发展，以及其全新的结构形式和材料特性在建筑防火中遇到了新的挑战。 1钢材的材料特性、破坏机理及抗火设计的必要性 掌握高温条件下的钢材的性能是确定火灾下钢结构的结构性能的必要条件。钢材虽为非燃性材料，耐热性能高于钢筋混凝土，但其耐火性能较差，而钢结构的耐火极限即是指构件在标准耐火试验中，从受到火的作用时起，到失去稳定性、完整性或绝热性为止这段抵抗火作用的时间，无防护措施的钢结构耐火极限只有15min左右。 与钢材抗火相关的材料特性主要包括强度、弹性模量、热膨胀系数、应力- 应变关系及热传导系数、比热等热工参数。在高温情况下，钢材的屈服强度、极限强度和弹性模量均随温度的升高而降低，而且屈服台阶越来越小。当温度在150℃以上时，就必须采取保护措施；在300-400℃时，钢材已无明显的屈服台阶，强 度开始迅速下降，且内部晶体结合方式发生变化导致塑性和韧性下降，出现明显蓝脆现象；接着当温度达到400℃时，钢材的屈服强度将降至室温下强度的一半；然后当温度高达600℃时，钢材基本丧失全部强度和刚度，高温钢材强度变化如
钢结构防火与节点设计浅谈 随着国民经济和科学技术的发展，钢结构的应用范围日趋广泛。由于其应用及结构形式发展较快，也带来一些新问题。本文简析了钢结构设计中的节点设计和防火问题。 钢结构节点设计防火 1前言 人类社会发展至今，科学技术作为第一生产力已日益显示出其重要性。钢结构作为一种传统的建筑结构产业，近年来在我国得到了广泛的发展。钢结构通常用于高层、大跨度、体型复杂、荷载或吊车起重量大、有较大振动、高温车间、密封性要求高、要求 能活动或经常装拆的结构。如：大厦、体育馆、歌剧院、大桥、电视塔、仓棚、工厂、住宅和临时建筑等。这和钢结构自身的特点如材料强度高、自重轻、塑性及韧性好、抗 震性能好、工业装配化程度高、造型美观、综合经济效益优以及符合绿色建筑等众多优点相一致。但是，随着科技的进步，人们对事物认识的全面深入，钢结构的一般缺陷也 越来越显著。纵观钢结构的发展历程，我们也看到世界范围内的钢结构事故频繁发生，给人类造成了巨大的损失，但同时也得到了诸多的经验教训。随着人们对钢结构认识的深入，发现其诸多缺陷在设计、施工和使用中都是可以补救或避免的，因此，钢结构事故的发生越来越取决于人为因素，即事故的发生多是由于在设计、施工、使用过程中很多人为的错误积累重复而综合引起的。 为避免事故的发生，在钢结构设计的整个过程中都应该强调“概念设计”，它在结构选型与布置阶段尤其重要。对一些难以做出精确理性分析或规范还未规定的问题，可依据从整体结构体系与分体系之间的力学关系、破坏机理、震害、试验现象和工程经验 所获得的设计思想，从全局的角度来确定控制结构的布置及细部措施。运用概念设计可以在早期迅速、有效地进行构思、比较与选择。所得结构方案往往易于手算、概念清晰、 定性正确，并可避免结构分析阶段不必要的繁琐运算。同时，它也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。 但是，目前在钢结构的设计中存在着两个重要但又是很难解决的问题，一是连接节点的形式和处理问题，二是钢结构的防火问题，现已倍受人们的关注。钢结构事故往往是由于结构体系丧失稳定性而产生的（构件的或整体的），在正常设计或正常使用中这可以通过加强支撑以提高结构的刚度来解决。 点设计 连接节点的设计是钢结构设计中的重要内容之一。在结构分析前就应该对节点的形式有充分地思考与确定。常常出现的一种情况是——最终设计的节点与结构分析模型中使用的形式不完全一致，这种情况必须避免。按照传力特性的不同，节点分刚接，铰接和半刚接。常用的设计参考书都有很多值得推荐的节点做法及计算公式。连接节点有等强设计和实际受力设计这两种常用的方法。连接的不同对结构影响甚大，有些连接根据经验或计算不好辨别是刚接还是铰接。比如，有的刚接节点虽然承受弯矩没有问题，但会产生较大的转动，不符合结构分析中的假定，会导致实际工程变形大于计算数据等不利结果。节点是刚接还是铰接会影响计算模型的确定进而影响计算的内力值。 具体设计中需要注意的主要问题包括： （1）焊接 对焊接焊缝的尺寸及形式等，规范有强制规定，应严格遵守。焊条的选用应与被连接金属的
关于钢结构抗火设计 2018年4月1日,《建筑钢结构防火技术规范》GB51249-2017开始实施,其中包含多项强条,引发了业界关注.大家普遍反映相关计算有些复杂,为此,有工程师使用SAP2000的API编制了一款钢结构防火计算插件,能够一键完成冗长的计算流程,让防火计算与设计变得简单. 为便于理解、应用,首先对钢结构防火设计理论作简要介绍,然后对如何应用插件予以说明. 钢结构在火灾下容易破坏的主要原因 （1）钢材在火灾下力学性能大幅退化.温度600℃时,结构钢屈服强度只有常温时的50%；温度700℃时,结构钢屈服强度只有常温时的20%.高强度钢材的力学性能则退化更为严重. （2）钢材热传导系数大,火灾下升温快.无防火保护的钢构件,在受火15~20min时,即可能达到600℃以上,难以达到《建筑设计防火规范》GB 50016规定的构件耐火极限要求. 提高钢构件耐火极限的主要措施 要大幅提高钢材在高温下的力学性能难度很大,且不经济.因此,目前提高钢构件耐火极限的主要措施是对其进行防火保护. 工程中应用最多的钢构件防火保护方法是涂覆防火涂料,包括非膨胀型防火涂料和膨胀型防火涂料,目前前者也常称为厚型防火涂料,后者常称为薄型防火涂料/超薄型防火涂料. 《建筑钢结构防火技术规范》GB51249还规定了工程应用的其他钢构件防火保护方法,包括：包覆防火板,浇筑混凝土,砌筑砌块,涂抹砂浆,包覆防火毡等. 以往钢结构防火设计方法 在GB51249-2017实施之前,钢结构防火设计主要根据防火涂料检测报告（按照《钢结构防火涂料》GB14907测试）.例如：某检测报告中,涂抹了d
firecal2_v19）,Menu Text输入任意名称,例如“防火计算插件”,点击右边Add按钮,Status变为OK即安装成功,Tools下拉菜单中将出现这个插件. 模块1：钢构件抗火设计 打开插件,主界面如下： 首先在窗口中选中需要计算的一根构件,使其处于高亮状态.
钢结构耐火设计方法综述 摘要：简述了钢结构的特点、耐火设计需要遵守的原则以及具体方法。参考国内外资料，论述了钢结构抗火设计及防火保护。防止钢结构在火灾中迅速升温并发生形变塌落的措施有多种，关键是要根据不同情况采取不同方法。钢结构通常在450～650℃温度中就会失去承载能力，发生很大的形变，导致钢柱、钢梁弯曲，结果因过大的形变而不能继续使用，一般不加保护的钢结构的耐火极限为15分钟左右。这一时间的长短还与构件吸热的速度有关。使钢结构材料在实际应用中克服防火方面的不足，必须进行防火处理，其目的就是将钢结构的耐火极限提高到设计规范规定的极限范围。介绍了几种不同钢结构的防火保护措施，为钢结构设计的完整性提供了参考。 关键词：建筑；钢结构；耐火设计；荷载 钢结构与传统的钢筋混凝土结构相比具有以下特点：（1）钢材材质均匀，可认为为理想的弹性材料，受力状态简单明了；（2）钢材的塑性和韧性好，有利用提高结构的抗震性能；（3）钢结构强度高，自重轻，降低结构的自振周期，减小结构设计内力，降低基础造价；（4）钢结构制作周期短、施工速度快等。 钢结构优点很多，但却有一个致命的缺陷：耐火性能差。结构发生火灾后在很短的时间内就能把建筑物烧毁。文中针对钢材的抗火性能，参考了国内外的资料，总结出了钢结构的抗火设计方法及保护方法，并给出一些建议，为钢结构的设计提供参考。 钢结构建筑的梁、柱、屋架是建筑的骨架，它的安全性直接关系到整幢建筑的安全，它们大都采用钢材，钢材虽然是不燃材料，但其耐火性能很差，随着温度的变化，其力学指标会发生很大的改变，承载力和平衡稳定性会随温度升高而大幅度下降。钢结构在温度达到350℃、500℃、600℃时，其强度分别下降1 /3、1/2、2/3，在高温条件下其内部应力也会发生改变，使钢结构承重体系出现问题，按理论计算，在全负荷下，钢结构失去平衡稳定性的临界温度为500℃，一般火场温度都在800℃－1000℃左右，在这样的高温条件下，无任何保护的钢结构很快就会出现塑性变形，大约15分钟内就会倒塌。 要使钢结构材料在实际应用中克服防火方面的不足，必须进行防火处理，其目的就是将钢结构的耐火极限提高到设计规范规定的极限范围。 对于钢结构，无论是构件层次还是整体结构层次的抗火设计，均应满足以下要求：
钢结构抗火研究 李本兵 硕研12级06班 2012020620 摘要：钢结构是工程实际中应用广泛的结构形式，具有强度高、自重轻、可利用空间大等优点，但其耐火性较差，因此钢结构的抗火性能研究是重要的课题之一。文章综述了国内外有关钢结构抗火研究的主要试验结果和理论研究成果，总结了现有的结构抗火设计 关键词：钢结构；防火设计；计算方法 Study on Fire – resistance of Steel Structures ABSTRACT: Steel structure, which has many advantage scuh as higher strength ,lighter self-weight and bigger usable space, is widely appied in engineering practices. However the fire-risistance of steel structure is low ,so the investigation of mechanical behaviors of steel structure in fire condition is one of important subjects. This paper sums up the main experimental results and theoretical research payoffs of steel structure under fire conditions ,and reviews the fire-resistance design theory, calculation methods and engineering applications of current steel structure. KEY WORDS: steel structure ;fire resistance design; calculation method 1 钢结构的抗火设计 与混合结构、钢筋混凝土结构相比，钢结构具有强度高、自重轻、空间大、布局灵活和施工周期短等突出的优点，因此钢结构在工程实际中应用非常广泛，特别是在厂房、飞机场等大跨度结构和高层结构中。但是钢结构的耐火性较差。随着温度的提高，钢材的强度和刚度下降。而且未受防火保护的钢结构在火灾环境中升温很快，即使结构承受着室温下相对安全的荷载，也可能会在高温下迅速破坏。所以从工程实用的角度出发，必须对钢结构进行防火保护，就是在钢构件上覆盖一定厚度的防火隔热层，利用保护层良好的热工性能，减缓钢结构的升温速度，使钢结构达到高温承载极限状态的时间（即耐火时间）延长。不同等级的建筑，不同的结构构件，耐火极限不同。钢结构抗火设计的目的就是通过计算分析定量确定防火保护层厚度，使结构构件的实际耐火时间不低于规定的耐火极限。 在火灾条件下，以下因素使得钢结构的反应分析相当困难。一是材料的非线性本构关系随温度变化；二是受火空间的空气温度随时间变化，并与受火房间的热工性能、形状尺寸、开口系数和火灾荷载密度有关；三是构件中温度分布呈非线性特点；四是随温度变化的附加应力引起的未受火结构部分对受火结构部分的约束，以及这些附加力对荷载和变形的影响；五是热渗透对结构反应具有一定的影响等。 随着人们对钢结构抗火计算与设计理论研究的不断深入，钢结构抗火设计的方法在不断发展。本文综述了国内外钢结构抗火研究的发展概况、现代钢结构抗火设计计算的主要方法及目前研究的热点和难点问题。
现代钢结构抗火设计方法 【摘要】本文基于钢结构建筑的特点，分析了钢结构建筑抗火的设计原理和方法，论述了钢结构抗火设计的要点和具体的步骤，以期能够通过分析为我国现代钢结构的抗火设计工作提供有意义的借鉴。 【关键词】钢结构；抗火；设计；方法 一、前言 钢结构的设计已经成为了当下建筑设计的一个重点方向，在钢结构建筑设计的环节里，抗火设计成为了一个设计的关键工作。只有保证了钢结构建筑具有抗火性能，才能够提高钢结构建筑的整体质量。 二、结构附火极限 长期以来，建筑防火被认为是建筑师设计时需要考虑的问题，结构工程师设计时考虑结构防火(对结构更适合称抗火)问题的不多。确实，建筑的防火分隔、避难层的设置、安全疏散出口的布置等为建筑防火设计问题，目的在于减轻火灾损失，减少人员伤亡.然而，作为防火分隔的防火墙靠结构支承，如果火灾中支承结构破坏，防火墙也起不了防火分隔作用；还有避难层下的结构如果达不到耐火时间要求而破坏，造成的人员伤亡将更为严重；此外，建筑结构构件(如梁、楼板、楼梯等)在火灾中如果破坏，会影响人员的疏散和消防人员进入建筑内灭火。因此，各国建筑防火设计规范都有建筑结构构件耐火时间(或耐火极限)的规定。表1是我国规定的各类建筑结构构件的耐火极限。 表1建筑结构构件的燃烧性能和耐火极限 三、钢结构抗火设计的目标与意义 钢结构抗火设计的目标就是使结构构件的实际耐火时间大于或等于规定的耐火极限。在火灾高温下,结构钢的强度和刚度都将迅速降低(见图1),而火灾升温迅速(见表1),故无防火保护的钢构件在火灾中很容易破坏。因此,钢结构抗火设计的一般要求是:如何定量地确定防火保护措施,使得钢结构构件的耐火时间大于或等于规定的耐火极限。 表2ISO834标准升温曲线温度时间关系 进行结构抗火设计具有如下意义:
建筑结构抗火设计 1 火灾的危害性我国的火灾次数和损失相当严重，据公安部消防局统计，2000年全国共发生火灾189185起，死亡3021人，伤残4404人，直接财产损失15.22亿元。我国的火灾次数和火灾损失都呈上升趋势，我国未来的火灾形势不容乐观。迅速采取有效措施，抑制火灾上升的势头，已成为党、政府和全国人民普遍关心的问题。近几十年来，我国的高层建筑发展非常迅速，建筑结构火灾的问题也日益突出，这些都迫切需要进行结构抗火性能的研究。现代建筑中大部分采用钢筋混凝土结构和钢结构作为承重结构，根据已有的研究成果，钢筋混凝土结构在火灾(高温)下钢材和混凝土的强度、弹性模量等均随温度升高而下降，一般混凝土材料在400度以上、钢材在300度以上，其力学性能严重恶化，高温下材料性能的变化是结构的承载力和耐火极限严重下降的一个主要原因。另外结构受火时受火面温度随周围环境温度迅速升高，但由于混凝土的热惰性，内部温度增长缓慢，截面上形成不均匀温度场，而且温度变化梯度也不均匀，导致不等的温度变形和截面应力重分布，这些变化都足以危及结构的安全性，某些情况下会导致结构失效。 2 建筑结构抗火性能研究回顾结构抗火设计的目的是保证建筑构件和结构具有足够的耐火时间，防止火灾时出现局部倒塌甚至整体倒塌。 2.1 建筑火灾发展过程研究建筑火灾发展过程研究的目的是掌握建筑火灾发展规律，主要了解气体温度变化及烟气运动等规律，从而再现已发生火灾和预测未来火灾的情况，
为建筑防火设计和结构抗火设计提供科学依据。对建筑火灾发展过程进行实验研究是一种较为直接、可靠的途径。它一方面可以给出供计算用的一些经验、半经验性的模型，另一方面可以为人们从一般原理出发提出的理论和计算模型提供检验手段和可靠依据。1972年，在美国国家科学基金资助下，美国哈佛大学现代火灾科学之父Howard Emmons教授与工厂联合研究公司对建筑火灾发展过程进行合作研究，其中进行了两次足尺实体试验。这项研究取得了三方面的重大成果：实验方面，使用了新的仪器和数据处理方法，建立了现代火灾实验标准；理论方面，建立了现在广为知晓的区域火灾模型；数值方面，为哈佛大学的火灾模拟软件提供了可靠的数据支持。 2.2 建筑材料高温下热工性能和力学性能研究建筑材料在高温下的热工性能参数以及力学性能参数是研究建筑结构在火灾中反应的基础。材料的热工性能参数包括热传导系数、比热容、质量密度以及热膨胀系数等。影响混凝土热传导系数的因素有骨料类型、水分含量、混凝土的配合比以及温度等。试验表明，随着温度的升高，混凝土的热传导系数逐渐减小，混凝土的热膨胀系数与骨料类型等因素有关，并且还受试件尺寸、加热速度等外部条件影响，不同研究者得出的结果差异较大。相对于混凝土的力学性能来说，混凝土的热工性能研究还较少，但热工性能参数对结构分析结果影响还是比较大的，这方面还有很多工作要做。 2.3 建筑构件内温度场研究材料的力学性能与温度密切相关，所以，搞清构件内部各点的温度变化过程是计算构件及结构在火灾中结构反
1 前言 1.1 建筑的基本结构功能要求 建筑物的功能要求，为人们的生产和生活活动创造良好的环境是建筑设计的首要任务。[1] 1.1.1 项目概况 经城乡建设规划管理部门的批准，拟投资建设多层商业综合办公楼，建筑面积6000 m2 ，高度控制在24米下,层数6层以下。 1.1.2 建筑要求 一层布置主要入口，休息接待多功能厅等；二层布置会议，三四五六层布置办公室。 1.2 建筑形式及结构类型 本次课题拟采用现浇混凝土钢筋混凝土框架结构进行设计，参考市区各种综合办公楼工程设计现状，完成该综合办公楼的建筑设计、结构设计及基础设计等。根据本工程的具体情况，初步拟定的结构方案有： 1、基础方案：根据地质条件为冲洪积而成的粘土质粉砂工程地质特性[2]以及建筑楼等具体情况，采用合理的基础形式，初选柱下钢筋混凝土条形基础。当地基较为软弱、柱荷载或地基压缩性分布不均匀，以至于采用扩展基础可以产生较大的不均匀沉降时，常将同一方向上若干柱子的基础连成一体而形成柱下条形基础。这种基础的抗弯刚度较大，因而具有调整不均匀沉降的能力，并能将所承受的集中柱荷载均匀地分布到整个基底面积上。柱下条形基础是常用于软弱地基上框架或排架结构的一种基础形式。[3] 2、主要承重结构方案: 本工程采用全现浇钢筋混凝土框架结构，即全部竖向荷载和水平荷载均由框架承担的结构体系。竖向荷载作用下采用分层法、叠代法计算其力，水平荷载作用下采用反弯点法、D值法计算其力；现浇楼板，按弹、塑性理论分析方法进行结构力分析和计算，按照规、规程，采用合理的配筋的方式。 [4] 办公楼是指机关、企业、事业单位行政管理人员、业务技术人员等办公的业务用房，而综合办公楼就是除了办公之外还有别的功能的楼，其中包括酒店、商
混凝土结构抗火设计综述 向贤华勘察、设计 混凝土结构抗火设计综述 向贤华 (铁道第四勘察设计院城建院 武汉430063) [摘 要] 总结归纳了国内外混凝土结构抗火设计研究的现状、混凝土结构的火灾反应,在指出目前我国结构抗火设计方法存在的缺点的基础上,提出基于计算的结构抗火设计方法,并针对现阶段的研究状况,对结构抗火设计有待进一步研究的问题提出了自己的见解。 [关键词] 混凝土 结构 火灾 反应 结构抗火 设计 1 前言 频繁发生的建筑火灾,往往造成人类财富和物质资源的巨大损失,甚至人员的惨重伤亡。特别是近年来,随着建筑物高层化、大规模化及用途的复合化的发展,在火灾防治水平不断提高的同时,火灾的防治难度也在不断加大。目前,对火灾的防御和研究主要集中在建筑防火和结构抗火两个方面。 50年代,前苏联首先颁布了耐热钢筋混凝土的设计暂行指示( -151-56/M C ),之后,美国消防协会(1962)、FIP/CEB(1979)、瑞典(1983)、法国(1984)相继颁布了钢筋混凝土抗火的设计标准。 70年代,我国冶金工业部建筑研究总院等单位编制了冶金工业厂房钢筋混凝土结构抗热设计规程!,该规程给出了60~200?范围内的设计计算方法、设计措施、材料指标及有关规定,这是我国第一部有关钢筋混凝土结构抗火设计规程。80年代中期开始,为了制订科学合理的建筑结构抗火设计规范,清华大学、同济大学、西南交通大学等单位对钢筋混凝土结构的高温材料模型、构件和结构在高温下的反应以及灾后评估修复等问题进行了研究,并取得了较为丰富的成果。到目前为止,我国已有GB9918-88建筑构件火灾试验!和DBJ08-219-96火灾后混凝土构件评定标准!两部与混凝土结构抗火有关的技术规 范[1,2]。 随着国内混凝土结构抗火研究的深入,制定混凝土结构抗火设计标准已成为必然趋势。 2 混凝土结构进行抗火设计的必要性 2.1 火灾对混凝土结构的破坏 对于混凝土结构,虽然其耐火性能比木结构和钢结构好,但实际发生的火灾实例表明,混凝土结构在火灾作用下承载力降低、结构失效以致于倒塌的危险依然存在。主要原因是:在火灾引发的高温作用下,钢材和混凝土的强度、弹性模量以及两者之间的粘结力等均随温度升高而降低,甚至有时还会发生混凝土的爆裂。这些材性的严重劣化,必将导致构件的承载能力下降、变形增大。另外,结构受火时受火面温度随周围环境温度迅速升高,但由于混凝土的热惰性,内部温度增长缓慢,截面上形成不均匀温度场,而且温度变化梯度也不均匀,导致不均匀的温度变形和截面应力重分布,这些变化都足以危及结构的安全性,甚至导致结构失效。 2.2 结构抗火设计的内容 建筑防火主要是利用建筑的防火措施(如防火分区、消防设施的布置等)、建筑的防护设施(如防火门、防火墙)和结构防护设施(如防火涂料、防火板等)达到其减少火灾发生的概率,避免或减少人员伤亡以及减少火灾直接经济损失的目的。而进行结构抗火设计的意义为[3]:
钢结构耐火设计方法综述 摘要:简述了钢结构的特点、耐火设计需要遵守的原则以及具体方法。参考国内外资料,论述了钢结构抗火设计及防火保护。防止钢结构在火灾中迅速升温并发生形变塌落的措施有多种,关键是要根据不同情况采取不同方法。钢结构通常在450~650℃温度中就会失去承载能力,发生很大的形变,导致钢柱、钢梁弯曲,结果因过大的形变而不能继续使用,一般不加保护的钢结构的耐火极限为15分钟左右。这一时间的长短还与构件吸热的速度有关。使钢结构材料在实际应用中克服防火方面的不足,必须进行防火处理,其目的就是将钢结构的耐火极限提高到设计规范规定的极限范围。介绍了几种不同钢结构的防火保护措施,为钢结构设计的完整性提供了参考。 关键词:建筑;钢结构;耐火设计;荷载 钢结构与传统的钢筋混凝土结构相比具有以下特点:(1钢材材质均匀,可认为为理想的弹性材料,受力状态简单明了;(2钢材的塑性和韧性好,有利用提高结构的抗震性能;(3钢结构强度高,自重轻,降低结构的自振周期,减小结构设计内力,降低基础造价;(4钢结构制作周期短、施工速度快等。 钢结构优点很多,但却有一个致命的缺陷:耐火性能差。结构发生火灾后在很短的时间内就能把建筑物烧毁。文中针对钢材的抗火性能,参考了国内外的资料,总结出了钢结构的抗火设计方法及保护方法,并给出一些建议,为钢结构的设计提供参考。 钢结构建筑的梁、柱、屋架是建筑的骨架,它的安全性直接关系到整幢建筑的安全,它们大都采用钢材,钢材虽然是不燃材料,但其耐火性能很差,随着温度的变化,其力学指标会发生很大的改变,承载力和平衡稳定性会随温度升高而大幅度下降。钢结构在温度达到350℃、500℃、600℃时,其强度分别下降1 /3、1/2、2/3,在高温条件下其内部应力也会发生改变,使钢结构承重体系出现问题,按理论计算,在全负荷下,钢结构失去平衡稳定性的临界温度为500℃,一般火场温度都在800℃-1000℃左
筑 龙 网 W W W .S I N O A E C .C O M 常可观? 吊车荷载最不利组合发生概率问题 在厂房排架计算和柱构件设计中 均考虑 台吊车 甚 至 台 同时重载运行 同时刹车 这是结构设计的最不利荷载 它直接控制设计结果 但这种荷载发生概率到底多大 值 得研究? 钢结构防火设计和保护 方 强 上海高桥石油化工设计院 上海 摘 要 论述了石油化工企业钢结构防火设计的目的 意义和重要性 介绍了基于试验的传统钢结构防火设计和基于计算的现代钢结构防火设计的方法和优缺点 对钢结构防火保护和防火涂料的选用进行了比较和推荐?关键词 钢结构 传统 现代 防火设计 防火保护 防火涂料 ΦΙΡΕΠΡΟΟΦΙΝΓ?ΕΣΙΓΝΑΝ?ΠΡΟΤΕΧΤΦΟΡΣΤΕΕΛΧΟΝΣΤΡΥΧΤΙΟΝ ΑΒΣΤΡΑΧΤ ΚΕΨ ΟΡ?Σ 钢结构具有强度高 重量轻 塑性和韧性好 施工进度快 等特点 它适用于各种工程结构 尤其在石油化工企业中运 用广泛?但随着钢结构建筑的发展 随之而来的是防火保护问题日趋突出?钢材虽为非燃烧材料 但钢不耐火 其耐火 极限仅为 ?在火灾的温度作用下 钢结构的强度是温度的函数?当结构温度达到 ε时 其强度分别 下降 当结构温度达到 ε以上时 将完全丧 失承载能力?图 图 分别为钢材高温时的Ρ Ε曲线和强度变化曲线? 图 钢材高温时Ρ Ε曲线 图 钢材高温时强度变化 钢结构发生火灾 往往导致结构倒塌 带来重大人员伤 亡和经济损失 国内外钢结构遭火灾倒塌的例子不胜枚举?其中 最典型的莫过于 年 月 日 美国纽约世界贸 易大厦双塔遭恐怖分子飞机撞击 航空煤油爆炸后引发高温燃烧 两幢 高的钢结构摩天建筑先后轰然坍塌 造成近 人死亡和 多亿美元的经济损失?种种迹象表 明 钢结构防火的研究 设计和运用已越来越受到重视? 石油化工企业支承设备 管道的框架 支架 管架以及室内外结构大多为钢结构 由于其生产装置 设备 产品的特殊性和危险性 一旦发生火灾往往会引起泄漏 爆炸等连锁反应 危害极大?基于此 为减轻钢结构建筑在火灾中的损坏 石化企业钢结构的防火设计目的应该是避免结构在火灾中局部倒塌造成灭火及人员疏散困难 避免结构在火灾中整体倒塌造成人员伤亡 减少火灾后结构的修复费用 缩短火灾后钢结构功能恢复周期 减少间接经济损失?总之 钢结构的防火设计和保护具有深远的现实意义和实用价值? 承重钢结构防火保护部位和耐火极限要求 建筑物中承重钢结构需做防火保护 国家标准 建筑设计防火规范 年修订版 中对建筑物的耐火等级 燃烧性能及相应的建筑物应达到的耐火极限的规定 见表 所示? 国家标准 石油化工企业设计防火规范 作 者 方 强 男 年 月出生 工程师收稿日期 方 强 钢结构防火设计和保护
钢结构抗火存在的问题以及设计方法 摘要：钢结构由于耐火性能差，因此必须进行抗火设计。介绍了钢结构抗火设 计存在的问题以及抗火设计方法，并列举了一些具体的钢结构防火措施。 关键词：火灾；钢结构；抗火；设计方法 1.火灾对钢结构的危害 钢材虽具有强度高、重量轻、材质均匀等许多优点，但有一个致命的缺点── 不耐火。钢材抵抗高温的能力非常有限，在火灾高温作用下，其力学性能会随温 度的升高而降低，变形会不断增大，在200℃以内时，其性能没有很大变化，430℃~540℃之间则强度急剧下降，600℃时强度很低，不能承担荷载。最近几年，建筑行业发展迅速，因此，我国的建筑行业的火灾形势也相对来说比较严峻，全 国范围内发生了多起特大的火灾，并且造成了非常严重的影响。例如：2008年7 月27日，济南奥体中心发生火灾，过火面积达3000m3。2009年2月9日，中央 电视台文化中心发生特大火灾，导致多人受伤，直接经济损失达1.6亿元。 2.建筑抗火性能化设计存在的问题 在现在的钢结构建筑物的设计中，设计人员和业主为了让建筑物满足有关的 防火规范的要求，经常会在建筑物的内部结构、外部美观性、建筑结构技术创新 等方面作出不该有的让步，甚至有的情况下已经严重影响了建筑物的许多使用功能。旧式防火规范的修订周期过长，技术水平滞后于行业新技术、新产品的发展。非常不利于建筑行业的新技术、新材料的普及以及行业标准的推广，并且还在很 大程度上限制了建筑设计人员应用新技术、使用新材料和利用新方法的创新空间。由于我国幅员辽阔，因此各个地区之间的社会风俗文化、经济发展水平有着非常 大的差异，所以仅仅依靠旧的方式防火规范就很难成功的解决各种实际问题。防 火设计方案不但要针对具体问题进行具体分析，还要符合基本的建筑规范。建筑 中要具有火灾探测器、安装自动水喷淋头以及防火卷帘等，尽量防止建筑中存在 可燃物、建造一个没有火灾危险性的地方，从而减少资源的浪费。 3.结构抗火设计方法 确定结构抗火能力的方式一般有两种：一种方法是通过试验来确定，另一种 方法就是通过理论计算来确定。最初人们一般通过试验来确定结构抗火承载力和 耐火时间。大约在上世纪六十年代末到八十年代初的二十年时间，国外在通过理 论分析和计算确定结构构件的力学性能和热力学性能方面取得了很大的进展。日本、德国、瑞典、比利时、加拿大等国家也先后建立了各自的结构防火设计规范。但是由于结构受火时工作情况的复杂性，这些方法还较少直接应用到工程实践中。近年来，国内外对结构抗火的研究主要集中在如何预测整个结构在真实火灾情况 下的结构反应方面，以达到用理论分析预测代替试验来确定结构抗火能力的目的，节约花在试验上的费用。 目前，抗火设计方法的发展分为四个阶段： （1）基于试验的构件抗火设计方法 这种方法以试验为设计依据，通过进行不同类型构件（梁和柱）在规定荷载 分布与标准升温条件下的耐火试验，确定在采取不同防火措施（如防火涂料）后 构件的耐火时间。通过进行一系列的试验可确定各种防火措施相应的构件耐火时间。进行结构抗火设计时，可根据构件的耐火时间要求，直接选取对应的防火保 护措施。目前我国现行《建筑设计防火规范》（GBJ16-87）关于钢梁和钢柱防火 措施要求正是基于这种方法。这种方法的缺陷是试验费用昂贵，且试验构件的荷
建筑结构抗火性能分析 【摘要】如果发生火灾，火灾高温将严重恶化结构材料的性能，结构构建的内力分布也会被重新改变，产生显著的结构变形。结构材料的承载力将会减弱，危机建筑物安全。因此，科学地设计建筑物抗火结构，形成完善的、可靠的抗火设计方案，是学术界和工程界普遍关注的问题。 【关键词】结构；抗火；设计 火灾给人类带来的损失是巨大的，其中，建筑物火灾的发生频率和造成的损失远高于其他形式的火灾。目前，我国的建筑物随着经济的发展也在快速发展，高层、多层、多功能建筑物越来越普及，建筑物内的人口密度也在不断提高，发生火灾时造成的危害也就越大。本文将对建筑物结构抗火性能进行分析和建议。 1.以往的建筑结构抗火性能研究情况 1.1对建筑火灾发展过程的研究 研究建筑火灾发展过程的目的，就是掌握建筑火灾发生的原因和规律，了解火灾发生过程中的气体、温度等的变化，预测未来发生火灾的可能性，从而为科学地设计建筑物抗火结构提供依据。 1.2对高温下建筑材料的受力性能的研究 高温下建筑材料易发生形变，材料的力学性能也会随之发生变化。高温下材料的热工性能和力学性能是人们研究的重要课题。热工性能主要包括比热容、热传导系数、热膨胀系数等。混凝土的骨料类型、温度、水分含量和各材料的混合比都会影响混凝土的热传导性能。混凝土的热传导系数随着温度的升高而下降，其它几种因素的影响也会越来越小。与混凝土的力学性能研究相比，对其热工性能的研究较少，因此在这方面还有很大的研究空间。 1.3对建筑构件内部的温度场的研究 材料的温度与力学性能有密切的关系。研究材料内部各点的温度变化过程能为计算构件及结构在火宅中的反应提供依据。建筑火宅如果发生，释放的热量将会通过热辐射、热对流等传到方式传递到建筑物表层，再通过热传导传递到构件内部。构件内部的温度场会随时间变化，一般可以通过傅立叶热微分方程计算构建内部的温度分布情况。混凝土的导热系数和比热容与温度具有函数关系，且环境因素会影响边界条件，因此火灾发生时构建内部的温度场是非线性瞬态问题。 1.4对建筑结构抗火性能的实验研究 人们已经对梁、柱、板等建筑构件进行过抗火性能测试和研究，并得出了配
钢结构防火设计规范 第一：规范的效力 从2015年5月1日起，《建筑设计防火规范》GB50016-2014正式施行，原《建筑设计防火规范》GB50016-2006和《高层民用建筑设计防火规范》同时废止。自此，通过一本规范统一了对建筑防火的要求。 第二：耐火极限的定义 在标准耐火试验条件下，建筑构件、配件或结构从受到火的作用时起，到失去稳定性、完整性或隔热性时止的这段时间，用小时表示。 钢梁、钢柱在无保护层的情况下，耐火极限为0.25H，即15分钟。 第三：厂房（仓库）的火灾危险性与耐火等级 厂房（仓库）根据生产过程或储存物品的火灾危险性由高到低分为甲、乙、丙、丁、戊类。厂房（仓库）的耐火等级由高到低分为一、二、三、四级。 第四：厂房（仓库）的相关规定 A、通用规定 厂房（仓库）耐火等级为二级时，柱、梁的耐火极限应分别不低于2.5H 和1.5H，檩条（属屋顶承重构件）的耐火极限要求为1.0H。一、二级耐火等级的单层厂房（仓库）的柱，其耐火极限可降低0.50H（多层柱仍为2.5H）。 即：耐火等级为二级的单层钢结构厂房（仓库）的柱、梁(门式刚架结构的梁可归为屋顶承重构件)、檩条的耐火极限要求分别为：柱2H、梁
1H、檩条1H。 当厂房采用混凝土主体结构加钢结构屋盖时,钢结构屋盖的梁、支撑、檩条等均可以视为屋顶承重构件。 B、新规范对钢结构建筑的重要规定 新规范取消了原规范中丁、戊类厂房可以不采取防火保护措施的规定。这意味着所有的钢结构建筑，都必须涂刷防火涂料或采取其他防火保护措施。 金属夹芯板应全部采用岩棉等不燃芯材。 单层卷材柔性防水屋面，其保温层仅能采用不燃材料如岩棉。
钢结构防火工程设计 钢框架结构在世界各地广泛用于商业和工业中，尤其是在高层建筑。为了满足英国国家建筑方面的规例的功能要求，消防安全，这是正常的做法，包括专有的防火材料的钢构件，以确保规定的期限内建筑物的稳定。 近年来替代防火性能工程方法已经被发展出来为实现设计功能要求提供了大量选择。这是本文的目的来描述这些各种各样的选项,以说明该方法的优点和缺点的各式各样的方法。一个关于一些基础研究的发展的根本被提出来了。 材料性能 钢随着温度的升高而失去钢的强度和刚度。并举例说明了这种关系在下一页的图2显示钢强度和温度之间的关系在试验结果的基础上。这一数字显示了从以前的实验所进行的欧洲建筑钢结构（ECCS），没有考虑到的应变硬化占高原在早期阶段测试的影响。应该被牢记强度折减的测定因素不仅仅为热轧钢对材料依赖,也有其试验方法、升温速率与应变极限用来确定钢的强度。测试数据之间的差别是重要的，英国钢铁公司在全国和欧洲的代码中使用的数据表明，对于一个550温度° C结构钢将保留其60％室温强度，当从ECCS关系得到相同温度的对应数字接近40%。英国钢铁的使用数据用于改善的相关性较大规模的梁、柱构件的测试, 在升温速率和偏转发展方面两方面的压力都施加限制标准的耐火试验。这种简化陈述本身并没有考虑到统一的事实之上的价值存在于较低的温度范围。在温度变化的材料性能细节感兴趣的是主要在那些材料和结构行为的数值模拟参与。 图2。钢温度和钢的强度之间的关系结构 由于表现欠佳，在火灾感知上面，火最常用的“设计”方法为讨论的钢构件是设计荷载为周围环境温度，然后钢结构专用防火保护材料的钢构件，以确保某个特定的温度不超过或在上述情况，讨论情况，一个承载能力的环境温度指定的百分比保持不变。这是讨论了在罗宾逊纸谁预见一个更合理的方法，其中，火是在初步设计阶段，而不是作为一个曾经的主要结构构件昂贵事后已被选定考虑。这种新的设计理念是在英国和欧洲生产的文件是一致的。 保护材料