建筑钢结构耐火设计方法综述

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1、建筑钢结构耐火设计方法综述朱浩赵娜宿迁学院建筑工程学院摘要：钢结构是我国建筑发展的主要方向之一，常温下钢结构性能良好，但是在火灾环境下其强度会急剧降低，对此必须加强建筑钢结构耐火设计，本文分析了建筑钢结构火灾危害性，结合案例重点探讨丫基于性能的耐火设计方法，以期实现我国钢结构建筑的稳定、安全发展。关键词：建筑;钢结构;火灾危害性;耐火设计;作者简介：朱浩(1985-),男，讲师，硕士研究生，研究方向为钢结构理论及应用。收稿日期：2017-9-26Received：2017—9-261引言近年来，钢结构在一些大型体育场馆、商业用房、工业厂房、

2、住宅用房应用越加广泛，但是由于钢结构内部晶体组织对温度十分敏感，因此高温极易异致钢结构性能发生变化，强度降低，由此必须要重视耐火设计问题。2建筑钢结构火灾危害性根据有关实验表明:在常温下钢结构的性能非常好，其至在2oor以下其力学性能变化不大，但当温度达43(T54(TC时，钢结构强度会急剧下降；当温度达到45(f65(TC时，钢材强度儿乎为零而失去承载能力。根据标准时间火灾升温曲线表明,火灾发生后,一般在15〜30min即可达到650〜700°C。由此可见，未进行耐火设计的钢构件，一旦发生火灾，很可能在30min内就会发生垮塌。近年来我国

3、发生多次类似火灾，给国家和人民财产造成重大损失，如:2012年2月，一家大型家具厂因电路发生火灾，建筑面积约1.5万m两层钢结构厂房在半小时内垮塌，直接经济损失3000万元以上，所幸火灾发生在凌晨3点，没有人员伤亡。3建筑钢结构耐火设计方法3.1基于计算的耐火设计方法此设计方法是依据高温下构件承载力极限状态判断构件耐火极限，同时考虑温度内力影响，具体步骤如下（参考《建筑钢结构防火技术规程》（DG/TJ08-008-2017））:（1）确定防火措施、防火被覆厚度。（2）基于钢构件在第一步中所设定的条件,开展内部温度计算。（3）确定钢材料性能参

4、数，计算在温度和外载荷同时作用下构件中的内力，得出高温下钢构件材料的极限强度、屈服极限、极限应变以及弹性模量等力学性能指标随温度的变化规律曲线。（4）对构件的抗火承载极限状态进行验算。（5）重复以上步骤，确保钢结构的抗火承载能力满足要求。3.2基于性能的耐火设计方法现阶段，棊于性能的耐火设计方法主要用于大空间建筑项A，根据相关实践经验总结，此方法可分为限制构件温度评价法、结构整体安全评价法。（1）限制构件温度评价法此种方法主要适用于以下情况:单根构件、与火源很远的结构（仅受火灾对流传热影响），具体步骤如下：（1）确定构件限制温度:参考指标包

5、括.钢结构温度^325°C,来源于2001年版《耐火性能验证法的解说以及计算实例及其解说》;b.钢结构温度＜200°C，此参数更为保守，此温度下防火涂层也未膨胀。（2）设计火灾场景:在综合分析建筑空间大小、平面布局、使用功能、消防设施以及火灾荷载种类的基础上，设计火灾规模、持续时间、发生位置。（3）计算钢结构温度:钢构件不受火焰辐射直接影响，可只考虑高温烟气，否则需考虑火焰辐射问题。（4）确定防火保护方案:按钢结构温度计算结果，确定钢结构是否需开展防火保护，或是否纳入防火保护范围。（2）结构整体安全评价法目前，基于构件的建筑钢结构耐火设计均

6、较为成熟，但是基于整体的设计还处于发展阶段，随着计算机技术发展，火灾模拟技术取得了很大进步，实现整体钢结构力学性能变化的良好分析，为钢结构整体耐火设计提供重要支撑。结构整体安全评价法具体步骤如下：（1）在全面分析建筑功能、消防措施的基础上，设计火灾场景；（2）确定钢结构临界温度；（3）通过流体动力学软件计算火灾后烟气、温度分布情况，计算火灾所致的钢结构的温度；（4）构建钢结构空间的三维几何模型，计算热效应引起的钢材强度、弹性模量降低值;采用冇限元或结构力学分析软件计算，荷载可采用火灾状况中的“火灾荷载”；（5）以结构安全分析计算结果为依据，

7、确定钢结构防火方案。4实例分析建筑钢结构耐火设计4.1工程概况某站房工程是大跨空间结构，主站房空间高大、人流密集，存在各类商业设施、旅客行李，火灾荷载密度大，综合考虑决定采取基于性能的耐火设计方法对站房屋面体系进行分析。主站房建筑屋面最高、最低点分别为42.795m、32.523m，楼层面最高24.81m，站房屋面面积为86590m（416.050mX208.125m）,屋盖采用的是“上平下曲”大跨度钢桁架体系，最大柱距86.06mX54m，如图1所示即为结构形式示意图。图1结构形式示意图下载原图4.2火灾场景设计本工程项目根据危险性分析，

8、设计最不利火灾场景，具体如下：（1）火源点设于候车大厅内15.0m商业夹层上，模拟商业区域火灾，此位置在屋盖体系下方，靠近钢柱，火灾对屋面结构影响最大。（2）根据可燃物数量，参考