and 大跨度钢结构局部构件失效 第8章韵规定确定 实际上 separating beams. Components Structures γ 钢结构防火设计可分为基于整体结构耐火验算的防火设计方法和基于构件耐火验算的防火设计方法 建篥樽造部分の耐火試驗方法 of ——楼面或屋面活荷载的频遇值系数 elements. 但是对于理论计算来说则需要进行多次计算比较 而在火灾后 故作为强制性条文 Requirements 360-10 材料和构造措施 防火设计 10） 计算火灾下构件的承载力时 构件的设计耐火极限 由于计算方法对结构的承载力影响大 a 达不到绝大部分建筑构件的设计耐火极限 w of 耐火验算工作量大 Materials 并应采用结构材料在相应温度下的强度与弹性模量 Steel American Standards 对于轴心受拉 JIS Constructional Standards G 因此在火灾下荷载（作用）效应组合中不考虑地震作用 屋盖支撑等的规定 Qk ——按楼面或屋面活荷载标准值计算的荷载效应值 Fire 其设计耐火极限可按表1规定降低0.50h 必须严格执行 其耐火极限可不作要求 Tk 式（3.2.6-3）的耐火验算结果是完全相同的 7: 834-1:1999 基本规定 Components 对于膨胀型防火涂料 requirements Behavior 基本规定 典型的屋盖结构体系 British Industrial 防火设计 fire 各防火分区应分别作为一个火灾工况并选用最不利火灾场景进行验算 做到安全适用 19） of Contribution ——在设计耐火极限时间内构件的最高温度 50068-2001 Requirements fire 但是 building Concepts Part 应根据本规范第7章 构件的温度应取其截面的最高平均温度 Organization（ISO）.ISO/CD Principles）. Construction.ANSI/AISC 9978—1988等 ENV of to and Technical for Tests and 3 2000.Fire-resistance ——结构构件抗力的设计值 当永久荷载有利时 Materials Eurocode Building 经济合理的防火保护措施 Wk of National 12） Tests Elsevier of Elements 是基于承载力极限状态 Method 加劲肋等聚集 3.1.5 Building tests-Elements Building BS of Institution（BSI） 在设计荷载作用下 3.2.5 本条规定了在钢结构防火设计技术文件中应注明的基本事项 for 或是受压失稳 ——荷载（作用）效应组合的设计值 Specification （NFPA） 续表1 ≥T 因此 防火材料的性能要求及设计指标 Tests Steel Fire Construction 膨胀型钢结构防火涂料的等效热传导系数与防火保护层厚度有关 Normung 式（3.2.6-1） for 补充增加了柱间支撑 应根据本规范第7章 assessment 1530.4 the Components 梁的特殊要求》GB/T 柱间支撑的设计耐火极限应与柱相同 British 评定结构状态及修复结构时 horizontal 3.2.2 2003. ——构件的临界温度 3.2.1 Standards 1nternational 许多国家的规范给出了通用的构件耐火极限表（如外包一定厚度混凝土的钢构件的耐火极限） 但这些构件的耐火极限表比较粗略 在总体上与欧洲钢结构协会ECCS钢结构防火设计标准 该组合是根据现行国家标准《建筑可靠度统一设计标准》GB Fire ——按永久荷载标准值计算的荷载效应值 Institute 结构受火作用是一个恒载升温的过程 10: of 在20世纪80年代以前 3.2 Materials 钢结构构件的耐火验算和防火设计 3.1.1 20） of 2:Building tests-Elements A the 火灾下随着构件温度的升高 and 构件承载力也将下降 直接涉及建筑的结构安全 必须保证钢结构节点在高温作用下的安全 Loadbearing 构件升温热膨胀受约束将产生很大的温度内力 2519 Organization（ISO）.IS0 119和NFPA 1:Building loadbearing 在设计耐火极限时间内 and 1nternational of 476-21:1987 并应按下式进行验算 先施加永久荷载 柱的特殊要求》GB/T of British the 1 construction-Part Institut Standards Components m 多层厂房（仓库）设置自动喷水灭火系统时 假定火灾下构件的边界约束和在外荷载作用下产生的内力可采用常温下的边界约束和内力 the 防火保护层的厚度应通过构件耐火验算确定 Fire BS 不应视为屋盖主要结构体系的一个组成部分 steel of Materials 必须进行科学的防火设计 且应按下列组合值中的最不利值确定 and Structural 2005 3 防火保护应根据工程实际选用合理的防火保护方法 q Standards of The the ——荷载（作用）效应组合的设计值 of 因此 Exposed Elements 计算构件在火灾下的组合效应 7） Institution（BSI） Fire-Resistance of Materials. 应视为钢结构整体达到耐火承载力极限状态 热膨胀将增大其内力并易造成构件失稳 Safety resistance 可采用耐火极限法 应根据防火保护层的等效热阻相等的原则确定保护层的施用厚度 Fire 因此 采用该方法 Structures 2 Building 无防火保护钢构件的耐火时间为0.25h～0.50h 1994. 拉弯构件和压弯构件等以弯曲变形为主的构件（如钢框架结构中的梁 钢结构在火灾下的破坏 故要求采用基于整体结构验算的防火设计方法 图1 Definitions Determination American 通常 tests-Elements 楼面或屋面活荷载和风荷载等取火灾发生时的最可能出现的值 应按本规范第3.1.1条规定确定 building 并应按下式进行验算 14） 该简化处理方法 包括国际标准组织ISO/CD Materials 一级耐火等级的单层 9） Association 预应力结构时 3.2.3 1304 钢结构构件的设计耐火极限能否达到要求 钢结构构件的设计耐火极限应根据建筑的耐火等级 6） 本规范采用基于结构分析与耐火验算的钢结构防火设计方法 防火要求 for Construction 澳大利亚AS 834-10.Fire 对于受弯构件 3.1.3 2） 本条指出了本规范钢结构耐火验算与防火设计的验算准则 15） （General Methods Resistance 1 对于其他建筑 Materials 834-11.Fire 则仍应考虑结构正常使用中的各种荷载及作用组合 Safety 耐火验算时只需采用其中之一即可 Committee E119-12 3.1.3 International Association 并于80年代开始编制基于结构分析与耐火验算的钢结构防火设计规范 Structures 第6部分 因此 应考虑热膨胀效应对内力的影响 50016的规定确定 计算火灾下构件的承载力时 5950 Use Tests for Materials 50016-2014对各类结构构件设计耐火极限的规定均为强制性条文 必须严格执行 Building d 将抵消热膨胀变形 Fire 当施工所用防火保护材料的等效热传导系数与设计文件要求不一致时 Gk 2 11: Fire and ＝1.1 Testing ——结构重要性系数 S Structural 21） Components for 应采取防火保护措施 系杆”的要求取值 S Fire 3.2.4 of 同时 50016的规定 of Fire European Tests Specific Fire 欧洲规范ENV 计算构件的抗力时宜考虑温度的不均匀性 Organization（ISO）.IS0 式中 for European ——按火灾下结构的温度标准值计算的作用效应值 对于这类檩条 columns. 对于受弯构件 构件的防火保护措施 本质上是由于随着火灾下钢结构温度的升高 第5部分 其截面形状系数小于邻近构件 Loadbearing 建筑经常发生火灾这类次生灾害 钢结构耐火承载力极限状态的最不利荷载（作用）效应组合设计值 Structures 采用防火涂料保护时 Standards Building Structures Determination ——火灾下钢结构构件的实际耐火极限 of 为此 18） T 尽可能地减少试验次数 0T 本条规定了钢结构构件的设计耐火极限确定依据 其承载力随之下降 并确定其防火保护 Standards 1998. Behavior 表1列出了现行国家标准《建筑设计防火规范》GB 或者作为横向水平支撑开间的腹杆 Fire-resistance φ 还应考虑结构几何非线性的影响 Building 钢构件可在进入屈服后继续承载 and 规定节点的防火保护要求及其耐火性能均不应低于被连接构件中要求最高者 耐火极限法 Test Part of of 可通过构件的塑性变形 材料强度下降 弱构件”的设计原则 Steel for 8:Code 非膨胀型钢结构防火涂料 Building m Design 1 0T 钢结构节点是钢结构的一个基本组成部分 2 Convention Design Buildings （2）受弯构件产生足够的塑性铰而成为可变机构 英国BS 应视为钢结构构件达到耐火承载力极限状态 楼盖支撑 （2） Structures-Calculation of Materials（ASTM）.ASTM 承载力法或临界温度法 3.2.2 9978.7通过试验测定 ＝0.4 3.2.6 3） Building 对于非膨胀型钢结构防火涂料 R Assemblies requirements 设计指标包括 Institution（BSI） 并应经设计单位认可 tests-Elements Element 国际上主要采用基于建筑构件标准耐火试验的方法来进行钢结构防火设计 13） Organization（ISO）.IS0 或按本规范有关规定计算确定 钢结构节点的防火保护应与被连接构件中防火保护要求最高者相同 AS 251 再施加温度作用 G applied 476 Materials φ 预应力钢结构对温度敏感 Part 基于“强节点 1 ——按风荷载标准值计算的荷载效应值 to 8） for and 是关系到建筑结构安全的重要指标 取最不利部件进行验算 地震过后 lnternational 改变结构受力方式 Tests Building 834-7:2000.Fire-resistance Specific 22:Methods Materials 4102 Parts 耐火极限法是通过比较构件的实际耐火极限和设计耐火极限 Standards 基于整体结构耐火验算的防火设计方法适用于各类形式的结构 节点板 BS 在较低温度时即进入弹塑性受力状态 考虑钢构件热膨胀型温度内力时 in building ≥S and Resistance 本规范将本条作为强制性条文 屋盖结构中的檩条可分为两类（图1） 此类檩条破坏 我国国家标准《建筑构件耐火试验方法》GB/T Specific Fire 9978.6 防火板等材料的等效热传导系数与防火保护层厚度无关 φ requirements Buildings Standard fur Standard 保证钢结构在火灾下的安全 再逐步施加与时间相关的温度作用进行结构弹塑性分析 恒载 Fire 檩条仅对屋面板起支承作用 for 可根据涂层的等效热阻直接确定其施用厚度 50009的规定取值 Building 2010. 即使在火灾中出现破坏 并应按下式进行验算 3 二级耐火等级的单层厂房（仓库）的柱 the 本条规定了钢结构构件的耐火极限不满足设计要求时的处理方法 3-Fire 因此 基于整体结构耐火验算的钢结构防火设计方法应符合下列规定 因此 Tests of for 第二类檩条 此类檩条破坏可能导致主体结构失去整体稳定性 Components 为了简化计算 Fire 各国及有关组织制定了相应的试验标准 m 节点升温较慢 防火保护层的等效热阻 fur 476-22:1987 构件温度应取其截面的最高平均温度 楼面活荷载等 1983. structural of 本条所引用的现行国家标准《建筑设计防火规范》GB 20: γ 应采用基于整体结构耐火验算的防火设计方法 宜采用基于整体结构耐火验算的防火设计方法 钢材强度下降 S für 例如 1977. 德国DIN Steel 当构件两端的连接承载力不低于构件截面的承载力时 Fire Part 本条给出了构件耐火验算时的三种方法 Resistance 防火保护层的厚度 construction-Part 条文中给出的荷载（作用）效应组合值的表达式是采用各种荷载（作用）叠加的形式 Part 当满足下列条件之一时 of 火灾下钢结构构件的最高温度不应高于其临界温度 （4）构件达到不适于继续承载的变形 因此 Structures 验算结构的耐火承载力 取φ of of 计算火灾下构件的组合效应时 4 因此在结构未形成机构之前 4102-4 吊车梁的设计耐火极限不应低于表1中梁的设计耐火极限 G 4: Deutsches 5: 因此 这些事项与钢结构防火工程的质量密切相关 为此 当满足下列条件之一时 tests-Elements 为了简化设计 Part construction-Part 也为英国标准BS 《建筑构件耐火试验方法 5） 式中 ＝1.0 Institution（BSI） of 当构件承载力降至最不利组合效应时 钢结构应按结构耐火承载力极限状态进行耐火验算与防火设计 Fire 承载力法 R ——钢结构构件的设计耐火极限 并结合钢结构特点 钢结构的防火设计文件应注明建筑的耐火等级 这在理论上仅适用于各种荷载（作用）的效应与荷载为线性关系的情况 elements. of 对于耐火极限不满足要求的钢构件 结构材料性能受高温作用的影响 因此根据防火保护层的等效热阻相等原则可按附录A确定实际施工厚度 3 日本JIS 按现行国家标准《建筑设计防火规范》GB 防火保护的构造等 Building construction-Part 进行这样一系列的耐火试验 Construction. （2）钢结构整体丧失稳定 4102-19 应考虑热膨胀效应对内力的影响 当有充分的依据时（例如 基于构件耐火验算的钢结构防火设计方法应符合下列规定 即先施加荷载 Tests and 一般可取γ 也不会造成结构整体失效 钢结构在火灾下的破坏 其承载力随之下降 5950 致使钢结构不能承受外部荷载作用而失效破坏 structural determine 9978.5 美国ASTM 应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 防火保护措施及防火材料的性能要求 对于以轴向变形为主的构件 Part 但在火灾过程中再发生较大地震的事件为极小概率事件 应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB Normung 1993-1-2 Tests 美国规范AN-SI/AISC European 柱） 1.2:Structural Specific 费用高 the 对于试验来说操作方便 对于轴心受压构件 本条规定了钢结构节点的防火保护措施 对于变截面构件 Determination T 设计时应予以特别重视 基于整体结构耐火验算的设计方法应考虑结构的热膨胀效应 Standardization for of 钢材的弹性模量急剧下降 4） Fire 可采用子结构耐火分析与验算替代整体结构耐火分析与验算 m 承重水平分隔构件的特殊要求》GB/T 钢结构的防火设计应根据结构的重要性 t 2 t Amsterdam behavior 热膨胀将减小轴心受拉构件的拉力 4:Synopsis ＝1.0 根据验算对象和层次的不同 （Method Deutsches 必要时 本质上是由于随着火灾下钢结构温度的升高 Protection 1994. 结构类型和荷载特征等选用基于整体结构耐火验算或基于构件耐火验算的防火设计方法 以延缓钢构件升温 of ——楼面或屋面活荷载的准永久值系数 A 构件的设计耐火极限（h） 2005. Fire on Building 3.1 Structures 第一类檩条 本条规定了钢结构在火灾下的荷载（作用）效应组合 Structural requirements 5950 of 1） 最好直接根据等效热阻确定防火保护层的厚度（涂层厚度） Japanese 跨度不小于60m的大跨度钢结构 根据受力性质不同 Standards S requirements 钢结构节点处构件 可按本规范附录A确定防火保护层的施用厚度 对于该部分结构及相邻受影响的结构部分的耐火性能验算也要按照本条规定进行 Specific 防火板 不要求进行正常使用极限状态验算 必须严格执行 且火灾下构件的边界约束和在外荷载作用下产生的内力可采用常温下的边界约束和内力 可采用直接验算构件在设计耐火极限时间内是否满足耐火承载力极限状态要求 保护人身和财产安全极为重要 为了改善这一情况 ≥t Standards on Resistant DIN 保证构件的耐火极限达到规定的设计耐火极限 当建筑中局部为大跨度结构 Practice ——永久荷载的分项系数 1530.4-1997 building Organization（ISO）.IS0 d 对于截面上温度明显不均匀的构件（例如组合梁） 檩条除支承屋面板外 Design 834-5 火灾下允许钢结构发生较大的变形 0T and Institut 结构材料性能受高温作用的影响 on resistance 4102-2 2 Standard 防火要求 Structure. construction-Part Fire 50009-2012中关于偶然设计状况的荷载（作用）效应组合原则制定的 for f Resistance 构件达到耐火承载力极限状态 1: 1304:1994 在火灾下构件的变形显著大于常温受力状态 式（3.2.6-2） 第8章的规定确定 英国规范BS protection （3.2.6-3） 必须严格执行 Steel and 大挠度变形来抵消其热膨胀变形 （3.2.6-1） 《建筑构件耐火试验方法 3.2 Part BS ——风荷载的频遇值系数 Society 可不考虑热膨胀效应 但是火灾下钢结构节点受力复杂 British ＝0.9 模拟恒载升温 Non-Loadbearing Part Fire 国际社会在1970年前后开始研究建立基于结构分析与耐火验算的钢结构防火设计理论与方法 building Construction. 对屋盖结构整体受力性能影响很小 3.2.6 834 （1）钢结构产生足够的塑性铰形成可变机构 故将本条作为强制性条文 International 且应符合下列规定 对于防止和减少建筑钢结构的火灾危害 临界温度法 故作为强制性条文 预应力钢结构和跨度不小于120m的大跨度建筑中的钢结构 3.2.3 16） 在设计耐火极限时间内 Classified 其屋顶承重构件的设计耐火极限可按表1规定降低0.50h 必须进行承载力极限状态验算 Organization（ISO）.ISO/CD and Institut （3.2.6-2） 即荷载（作用）效用组合公式（3.2.2-1） 上述标准的具体名称如下 3.1.4 应考虑火灾时结构上可能同时出现的荷载（作用） d and 轴心受压等以轴向变形为主的构件 360-10等规范所采用的方法相同 Test materials 第7部分 for construction-Part 是计算钢构件在火灾下的内力（荷载效应组合） 热膨胀很可能导致预应力的丧失 General d Institution（BSI） 476-20:1987 γ of 3.2.5 本条规定对于保障钢结构耐火安全至关重要 11） 第1部分 对于端部约束足够强的受火钢构件 Materials DIN （1）轴心受力构件截面屈服 8采用 Construction 8 3.1 Buildings） γ 3.2.4 NFPA 3.1.5 and 构件达到其耐火承载力极限状态时的温度即为构件的临界温度 on T -1-2 building Methods 50009的规定取值 to 3.1.2 of Standards for 表1 1993 contribution Structural Part m d Committee 通用要求》GB/T 结构中相当多的钢构件将进入弹塑性受力状态 一 Fire 并确定其防火保护措施 to Application （1） Methods Building 拉弯构件和压弯构件等以弯曲变形为主的构件 of to of 《建筑构件耐火试验方法 对于耐火等级为一级的建筑 Resistance 钢材强度下降 应根据本规范第6章的规定确定 其设计耐火极限应按表1对“屋盖支撑 技术先进 其中 基于构件耐火验算的防火设计方法的关键 of 节点处防火涂层的厚度不应小于所连接构件防火涂层的最大厚度 Part w 50016-2014对各类结构构件的最低耐火极限要求 protection Building Materials tests-Elements British Methods edition. 作用而失效破坏 并应符合下列规定 Standards 本条规定对于保障钢结构的耐火安全极为重要 钢结构构件的耐火极限经验算低于设计耐火极限时 致使钢结构不能承受外部荷载 Components 因此可不考虑温度内力的影响 834-6:2000.Fire-resistance 造成整体倾覆 m 式（3.2.2-2）时忽略温度作用效应 Components 火灾下钢结构构件的承载力设计值不应小于其最不利的荷载（作用）组合效应设计值 建筑物中的墙等其他建筑构件的设计耐火极限应符合现行国家标准《建筑设计防火规范》GB Resistance 在总结大量构件标准耐火试验结果的基础上 3.2.1 火灾下钢结构构件的实际耐火极限不应小于其设计耐火极限 经济合理 《建筑结构荷载规范》GB 3 构件从受火到达到耐火承载力极限状态的时间即为构件的耐火极限 17） 6: d 为保证钢结构在设计耐火极限时间内的承载安全 the Special of 476-23:1987 取γ （3）构件整体丧失稳定 1997. for 23: 没有反映钢构件的截面大小与形状以及受荷水平等因素的影响 BS Deutsches requirements. 等效热阻是衡量防火保护层防火保护性能的技术指标 屋盖支撑和系杆的设计耐火极限应与屋顶承重构件相同 由于钢材具有良好的塑性变形能力 21: Normung of Elements E 仅影响局部屋面板 3.1.2 往往需要进行一系列的试验方可确定合适的防火保护措施 Determination 9978.1 Part the of 周边结构对局部子结构的受力影响不大时） S the Fire Resistance 应考虑结构的热膨胀效应 还兼作纵向系杆 Construction m Steelwork Recommendation Steelwork（ECCS） 3.1.4 注 对于轴心受拉构件 楼盖支撑的设计耐火极限应与梁相同 有可能造成结构连续性破坏甚至倒塌 采取安全可靠 来判定构件的耐火性能是否符合要求 提高其耐火极限 防火保护材料的等效热传导系数 elements. Tests 随着温度的升高 此类檩条应视为屋盖主要结构体系的一个组成部分 t 3.1.1 Standards 1nternational 应按本规范第3.2.2条的规定确定 1 of 构件的实际耐火极限可按现行国家标准《建筑构件耐火试验方法 必须指出 of 则应对各不利截面进行耐火验算 需要进行防火保护 Elements 按正常使用极限状态来设计钢构件的防火保护是过于严苛的 Australian DIN of S 对主结构（如屋架）起到侧向支撑作用 on Methods