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建筑钢结构防火技术规范 GB51249-2017

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    开心
    2021-6-18 10:57
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    [LV.Master]伴坛终老

    发表于 2021-5-10 07:15 | 显示全部楼层 |阅读模式
    强制性条文汇编!
    前言
    1 总则
    2 术语和符号
    2.1 术语
    2.2 符号
    3 基本规定
    3.1 防火要求
    3.2 防火设计
    4 防火保护措施与构造
    4.1 防火保护措施
    4.2 防火保护构造
    5 材料特性
    5.1 钢材
    5.2 混凝土
    5.3 防火保护材料
    6 钢结构的温度计算
    6.1 火灾升温曲线
    6.2 钢构件升温计算
    7 钢结构耐火验算与防火保护设计
    7.1 承载力法
    7.2 临界温度法
    8 组合结构耐火验算与防火保护设计
    8.1 钢管混凝土柱
    8.2 压型钢板组合楼板
    8.3 钢与混凝土组合梁
    9 防火保护工程的施工与验收
    9.1 一般规定
    9.2 防火保护材料进场
    9.3 防火涂料保护工程
    9.4 防火板保护工程
    9.5 柔性毡状材料防火保护工程
    9.6 混凝土、砂浆和砌体防火保护工程
    9.7 复合防火保护工程
    9.8 防火保护分项工程验收
    附录A 防火保护层的施用厚度
    附录B 标准火灾下钢管混凝土柱的承载力系数
    附录C 标准火灾下钢管混凝土柱防火保护层的设计厚度
    附录D 火灾下组合楼板考虑薄膜效应时的承载力
    附录E 施工现场质量管理检查记录
    附录F 钢结构防火保护检验批质量验收记录
    附录G 钢结构防火保护分项工程质量验收记录
    本规范用词说明
    引用标准名录
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     楼主| 发表于 2021-5-10 07:16 | 显示全部楼层
    前言
    中华人民共和国国家标准
    建筑钢结构防火技术规范
    Code for fire safety of steel structures in buildings
    GB 51249-2017
    发布日期:2017年07月31日
    实施日期:2018年04月01日
    发布部门:中华人民共和国住房和城乡建设部
    中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局

    中华人民共和国住房和城乡建设部公告
    第1633号
    住房城乡建设部关于发布国家标准
    《建筑钢结构防火技术规范》的公告
        现批准《建筑钢结构防火技术规范》为国家标准,编号为GB 51249—2017,自2018年4月1日起实施。其中,第3.1.1、3.1.2、3.1.3、3.2.1条为强制性条文,必须严格执行。
        本规范在住房城乡建设部门户网站( www.mohurd.gov.cn)公开,并由我部标准定额研究所组织中国计划出版社出版发行。
    中华人民共和国住房和城乡建设部
    2017年7月31日

        根据(原)建设部《关于印发〈2007年工程建设标准规范制订、修订计划(第一批)〉的通知》(建标〔2007〕125号)的要求,规范编制组经广泛调查研究,认真总结实践经验,参考有关国际标准和国外先进标准,并在广泛征求意见的基础上,编制了本规范。
        本规范共有9章和7个附录,主要技术内容是:总则,术语和符号,基本规定,防火保护措施与构造,材料特性,钢结构的温度计算,钢结构耐火验算与防火保护设计,组合结构耐火验算与防火保护设计,防火保护工程的施工与验收等。
        本规范中以黑体字标识的条文为强制性条文,必须严格执行。
        本规范由住房和城乡建设部负责管理和对强制性条文的解释,由公安部消防局(主编部门)负责日常管理,由同济大学(主编单位)负责具体技术内容的解释。执行过程中如有意见或建议,请寄送同济大学土木工程学院建筑工程系《建筑钢结构防火技术规范》管理组(地址:上海市四平路1239号,邮政编码:200092)。
        本规范的主编单位、参编单位、主要起草人和主要审查人:
        主编单位:同济大学
                 中国钢结构协会钢结构防火与防腐分会
        参编单位:公安部天津消防研究所
                 公安部四川消防研究所
                 上海市消防局
                 中国建筑科学研究院
                 清华大学
                 中国人民武装警察部队学院
                 上海交通大学
                 公安部上海消防研究所
                 广东省公安消防总队
                 铁路总公司公安局
                 太原市公安消防支队
                 南京工业大学
                 上海建筑设计研究院有限公司
                 上海市建筑科学研究院(集团)有限公司
                 中冶京诚工程技术有限公司
                 奥雅纳工程顾问(香港)有限公司
                 上海宝冶集团有限公司
                 上海美建钢结构有限公司
                 上海汇丽涂料有限公司
        主要起草人:李国强 倪照鹏 李风 楼国彪 刘激扬 殷李革 韩林海 史毅 王宝伟 屈立军 赵金城 蒋首超 施樑 覃文清 张泽江 阚强 张剑 姜宁 杜咏 李亚明 蔡建中 余海群 殷颖智 郝坤超 肖瑾 刘承宗 周荣
        主要审查人:陈禄如 沈友弟 周详 宋晓勇 傅玉祥 高建民 王立军 周建龙 吴波 董毓利 范重 杨强跃 侯兆新 陈敖宜 贺明玄

    条文说明
    编制说明

        《建筑钢结构防火技术规范》GB 51249—2017,经住房城乡建设部2017年7月31日以第1633号公告批准发布。
        为便于钢结构防火保护设计、施工、验收和监督等部门的有关人员在使用本规范时能正确理解和执行条文规定,《建筑钢结构防火技术规范》编制组按章、节、条顺序编制了本规范的条文说明,对条文规定的目的、依据及执行中需要注意的有关事项进行了说明,还着重对强制性条文的强制性理由做了解释。但是,本条文说明不具备与规范正文同等的法律效力,仅供使用者作为理解和把握规范规定的参考。
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     楼主| 发表于 2021-5-10 07:17 | 显示全部楼层
    1 总则
    1.0.1 为了合理进行建筑钢结构防火设计,保证施工质量,规范验收和维护管理,减少火灾危害,保护人身和财产安全,制定本规范。
    1.0.2 本规范适用于工业与民用建筑中的钢结构以及钢管混凝土柱、压型钢板-混凝土组合楼板、钢与混凝土组合梁等组合结构的防火设计及其防火保护的施工与验收。不适用于内置型钢混凝土组合结构。
    1.0.3 建筑钢结构的防火设计及其防火保护的施工与验收,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。

    条文说明
    1 总则
    1.0.1 本条规定了制定本规范的目的。钢结构自重轻、强度高、抗震性能好,便于工业化生产,施工速度快,是建筑中应用的主要结构形式之一。与混凝土结构相比,钢结构在某些方面也存在一些不足,特别是钢结构的耐火性能较差。其原因主要有两个方面:一是钢材热传导系数大,火灾下钢构件升温快;二是钢材强度随温度升高而迅速降低。无防火保护的钢结构的耐火时间通常仅为15min~20min,故在火灾作用下易被破坏。因此,为了防止和减少建筑钢结构的火灾危害,保护人身和财产安全,必须对钢结构进行科学的防火设计,采取安全可靠、经济合理的防火保护措施。
    1.0.2 本规范除适用于建筑钢结构外,也适用于钢管混凝土柱、压型钢板-混凝土组合楼板和钢—混凝土组合梁等组合构件,但不适用于内置型钢混凝土构件、钢板剪力墙等组合构件。建筑中局部采用钢结构(包括钢管混凝土柱、压型钢板—混凝土组合楼板和钢—混凝土组合梁)时,这部分钢结构适用本规程。
        除特别说明外,本规程所称的“钢结构”,也包括钢管混凝土柱、压型钢板—混凝土组合楼板和钢—混凝土组合梁这三种组合构件。
    1.0.3 与本规范有关的国家标准和行业标准主要有:《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068、《工程结构可靠度设计统一标准》GB 50153、《工程结构设计基本术语标准》GB/T 50083、《建筑结构荷载规范》GB 50009、《建筑设计防火规范》GB 50016、《钢结构设计规范》GB 50017、《混凝土结构设计规范》GB 50010、《建筑构件耐火试验方法  第1部分:通用要求》GB/T 9978.1、《钢结构防火涂料》GB 14907、《建筑工程施工质量验收统一标准》GB 50300等。
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     楼主| 发表于 2021-5-10 07:17 | 显示全部楼层
    2.1 术语
    2.1.1 耐火钢 fire-resisant steel
        在600℃温度时的屈服强度不小于其常温屈服强度2/3的钢材。
    2.1.2 钢管混凝土柱 concrete-filled steel tubular column
        在钢管中填充混凝土而形成且钢管及其核心混凝土能共同承受外荷载作用的结构构件。
    2.1.3 钢与混凝土组合梁 composite steel and concrete beam
        由混凝土翼板和钢梁通过抗剪连接件组合而成,并能整体受力的梁。
    2.1.4 压型钢板组合楼板 steel deck-concrete composite slab
        在压型钢板上浇筑混凝土,并能共同受力的楼板。
    2.1.5 截面形状系数 section factor
        钢构件的受火表面积与其相应的体积之比。
    2.1.6 标准火灾升温曲线 standard fire temperature-time curve
        在标准耐火试验中,耐火试验炉内的空气平均温度随时间变化的曲线。
    2.1.7 标准火灾 standard fire
        热烟气温度按标准火灾升温曲线确定的火灾。
    2.1.8 等效曝火时间 equivalent time of fire exposure
        钢构件受标准火灾作用后的温度与其受实际火灾作用时达到相同温度的时间。
    2.1.9 温度效应 temperature effects on structural behavior
        结构(构件)因其温度变化所产生的结构内力和变形。
    2.1.10 耐火承载力极限状态 fire limit state
        结构或构件受火灾作用达到不能承受外部作用或不适于继续承载的变形的状态。
    2.1.11 荷载比 load ratio
        火灾下结构或构件的荷载效应设计值与其常温下的承载力设计值的比值。
    2.1.12 临界温度 critical temperature
        钢构件受火灾作用达到其耐火承载力极限状态时的温度。

    条文说明
    2.1 术语
        本规范给出了有关钢结构防火设计方面的专用术语,并从防火设计的角度赋予其特定的含义,但不一定是其严密的定义。同时,本规范还给出了相应的推荐性英文术语,该英文术语不一定是国际上通用的标准术语,仅供参考。
    2.1.1 在钢材中添加耐高温的合金元素钼Mo等可提高钢材在高温下的强度。耐火钢通常按结构钢的规格、等级研制生产,且要求其常温下的机械性能、可焊性、施工性等与结构钢基本一致,以方便应用。耐火钢不同于耐热钢。耐热钢对钢的高温性能,如高温持久强度、蠕变强度等有严格的要求,而耐火钢只要求在构件设计耐火时间内(一般不大于3.0h)能保持较高的强度即可。耐火钢的合金元素含量稍高于结构钢,但比同强度级别的耐热钢低得多。因此,耐火钢的热膨胀系数、热传导系数、比热等热物理参数与结构钢的差别很小。
    2.1.2 本规范中钢管混凝土柱所采用的钢材应符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017中的相关规定,所采用的混凝土应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010对普通混凝土的相关规定。
    2.1.6 不同耐火试验标准规定的火灾升温曲线可能存在差异。现行国家标准《建筑构件耐火试验方法  第1部分:通用要求》GB/T 9978.1规定的火灾升温曲线与国际标准IS0 834-1:1999规定的升温曲线相同,适用于以纤维类可燃物为主的建筑火灾。国家标准《建筑构件耐火试验  可供选择和附加的试验程序》GB/T 26784-2011规定了其他特定火灾条件下进行耐火试验可供选择的火灾升温曲线,包括碳氢(HC)升温曲线、室外火灾升温曲线、隧道火灾RABT - ZTV升温曲线等。在本规范中,除特别注明外,标准火灾升温曲线即为GB/T 9978.1所规定的标准火灾升温曲线[式(6.1.1-1)]。
    2.1.8 标准火灾升温曲线有时与真实火灾下的升温曲线相差甚远,为更好地反映真实火灾对构件的破坏程度,同时又保持标准升温曲线的实用性,提出了等效爆火时间的概念,通过等效爆火时间将真实火灾与标准火灾联系起来。等效爆火时间的确定原则为,实际火灾对构件的破坏程度可等效成在标准火灾作用“等效爆火时间”后对该构件的破坏程度。构件的破坏程度一般可用构件在火灾下的温度来衡量。
    2.1.9 因构件温度变化所产生的结构内力和变形可分为两个方面:一是结构材料的力学性能(强度、弹性模量等)的变化,引起的结构内力重分布及变形变化;二是结构材料热膨胀导致的结构内力和变形。
    2.1.12 对于四面均匀受火且截面形状系数大于10的钢构件,其截面温度可近似为均匀分布进行计算。这类构件的临界温度可取构件达到耐火极限承载力状态时最不利截面的平均温度。对于非均匀受火的钢构件,其临界温度则应取最不利截面上关键部件(组件)的平均温度。例如,三面受火的钢梁、钢与混凝土组合梁的临界温度应取受火的下翼缘与腹板的平均温度。
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     楼主| 发表于 2021-5-10 07:17 | 显示全部楼层
    2.2 符号
    2.2.1 材料性能
    Cc——混凝土的比热容;
    Ci——防火保护层的比热容;
    Cs——钢材的比热容;
    2.2.1 材料性能
    Cc——混凝土的比热容;
    Ci——防火保护层的比热容;
    Cs——钢材的比热容;
    Ec——常温下混凝土的弹性模量;
    EcT——高温下混凝土的弹性模量;
    Es——常温下钢材的弹性模量;
    EsT——高温下钢材的弹性模量;
    f——常温下钢材的强度设计值;
    fc——常温下混凝土的轴心抗压强度设计值;
    fck——常温下混凝土的轴心抗压强度标准值;
    ft——常温下混凝土的抗拉强度设计值;
    fT——高温下钢材的强度设计值;
    Ri——保护层的等效热阻;
    αc——混凝土的热膨胀系数;
    αs——钢材的热膨胀系数;
    λc——混凝土的热传导系数;
    λs——钢材的热传导系数;
    ρi——防火保护材料的密度;
    ρs——钢材的密度;
    ρc——混凝土的密度。
    2.2.2 作用、效应、抗力
    Mp——塑性弯矩;
    Mu——常温下钢管混凝土受纯弯时的抗弯承载力设计值;
    Nu——常温下轴心受压钢管混凝土短柱的抗压承载力设计值;
    N*——常温下钢管混凝土柱的抗压承载力设计值;
    Rd——结构构件抗力的设计值;
    SGK——按永久荷载标准值计算的荷载效应值;
    Sm——荷载(作用)效应组合的设计值;
    SQk——按楼面或屋面活荷载标准值计算的荷载效应值;
    STk——按火灾下结构的温度标准值计算的作用效应值;
    SWk——按风荷载标准值计算的荷载效应值。
    2.2.3 几何参数
    Ac——钢管混凝土柱中混凝土的截面面积;
    As——钢管混凝土柱中钢管的截面面积;
    C——截面周长;
    D——钢管混凝土柱的截面高度;
    di——防火保护层的厚度;
    F——单位长度构件的受火表面积;
    Fi——有防火保护钢构件单位长度的受火表面积;
    hc1——混凝土翼板的厚度;
    hc2——压型钢板托板的高度;
    hcb——混凝土翼板的等效厚度;
    hs——钢梁的高度;
    hw——钢梁腹板的高度;
    l——长度或跨度;
    l0——计算长度;
    ttf——钢梁上翼缘的厚度;
    tw——钢梁腹板的厚度;
    tbf——钢梁下翼缘的厚度;
    V——单位长度钢构件的体积;
    W——毛截面模量;
    Wn——净截面模量;
    Wp——截面塑性模量。
    2.2.4 时间、温度
    t——火灾持续时间;
    te——等效曝火时间;
    Tc——混凝土的温度;
    Td、T'd、T''d——构件的临界温度;
    Tg——火灾发展到t时刻的热烟气平均温度;
    Tg0——火灾前室内环境的温度;
    Tm——在设计耐火极限时间内构件的最高温度;
    Ts——钢材或钢构件的温度;
    △t——时间步长;
    △Ts——钢构件在△t内的温升。
    2.2.5 其他耐火计算相关参数
    F/V——无防火保护构件的截面形状系数;
    Fi/V——有防火保护构件的截面形状系数;
    kT——火灾下钢管混凝土柱的承载力系数;
    R、R'——荷载比;
    α——综合热传递系数;
    αb——高温下受弯钢构件的稳定验算参数;
    αc——热对流传热系数或高温下轴心受压钢构件的稳定验算参数;
    αr——热辐射传热系数;
    βmx、βmy——弯矩作用平面内的等效弯矩系数;
    βtx、βty——弯矩作用平面外的等效弯矩系数;
    γ、γm——截面塑性发展系数;
    γ0T——结构重要性系数;
    γG——永久荷载的分项系数;
    εr——综合辐射率;
    η——截面影响系数;
    ηcT——高温下混凝土的轴心抗压强度折减系数;
    ηsT——高温下钢材的屈服强度折减系数;
    λ——构件的长细比;
    λ0——弹塑性失稳的界限长细比;
    λp——弹性失稳的界限长细比;
    σ——斯蒂芬一波尔兹曼常数;
    φ——常温下轴心受压钢构件的稳定系数;
    φb——常温下受弯钢构件的稳定系数;
    φT——高温下轴心受压钢构件的稳定系数;
    φbT——高温下受弯钢构件的稳定系数;
    фf——楼面或屋面活荷载的频遇值系数;
    фq——楼面或屋面活荷载的准永久值系数;
    фw——风荷载的频遇值系数;
    χcT——高温下混凝土的弹性模量折减系数;
    χsT——高温下钢材的弹性模量折减系数。

    条文说明
    2.2 符号
        符号主要参照现行国家标准《工程结构设计通用符号标准》GB/T 50132和《工程结构设计基本术语标准》GB/T 50083、《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068、《建筑结构荷载规范》GB 50009、《消防基本术语  第1部分  通用术语》GB/T 5907.1-2014等的规定编写,并根据需要增加了一些内容。这些符号都是本规范各章节中所引用的。
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     楼主| 发表于 2021-5-10 07:17 | 显示全部楼层
    3.1 防火要求
    3.1.1 钢结构构件的设计耐火极限应根据建筑的耐火等级,按现行国家标准《建筑设计防火规范》GB 50016的规定确定。柱间支撑的设计耐火极限应与柱相同,楼盖支撑的设计耐火极限应与梁相同,屋盖支撑和系杆的设计耐火极限应与屋顶承重构件相同。
    3.1.2 钢结构构件的耐火极限经验算低于设计耐火极限时,应采取防火保护措施。
    3.1.3 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。
    3.1.4 钢结构的防火设计文件应注明建筑的耐火等级、构件的设计耐火极限、构件的防火保护措施、防火材料的性能要求及设计指标。
    3.1.5 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,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,并应经设计单位认可。对于非膨胀型钢结构防火涂料、防火板,可按本规范附录A确定防火保护层的施用厚度;对于膨胀型防火涂料,可根据涂层的等效热阻直接确定其施用厚度。

    条文说明
    3.1 防火要求
    3.1.1 本条规定了钢结构构件的设计耐火极限确定依据。表1列出了现行国家标准《建筑设计防火规范》GB 50016—2014对各类结构构件的最低耐火极限要求,并结合钢结构特点,补充增加了柱间支撑、楼盖支撑、屋盖支撑等的规定。
        钢结构构件的设计耐火极限能否达到要求,是关系到建筑结构安全的重要指标。同时,本条所引用的现行国家标准《建筑设计防火规范》GB 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。因此,本规范将本条作为强制性条文,必须严格执行。
    表1 构件的设计耐火极限(h)
    表1 构件的设计耐火极限(h)
    注:1 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 50016的规定;
           2 一、二级耐火等级的单层厂房(仓库)的柱,其设计耐火极限可按表1规定降低0.50h;
           3 一级耐火等级的单层、多层厂房(仓库)设置自动喷水灭火系统时,其屋顶承重构件的设计耐火极限可按表1规定降低0.50h;
           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。
        根据受力性质不同,屋盖结构中的檩条可分为两类(图1):
    图1 典型的屋盖结构体系
        (1) 第一类檩条,檩条仅对屋面板起支承作用。此类檩条破坏,仅影响局部屋面板,对屋盖结构整体受力性能影响很小,即使在火灾中出现破坏,也不会造成结构整体失效。因此,不应视为屋盖主要结构体系的一个组成部分。对于这类檩条,其耐火极限可不作要求。
        (2) 第二类檩条,檩条除支承屋面板外,还兼作纵向系杆,对主结构(如屋架)起到侧向支撑作用;或者作为横向水平支撑开间的腹杆。此类檩条破坏可能导致主体结构失去整体稳定性,造成整体倾覆。因此,此类檩条应视为屋盖主要结构体系的一个组成部分,其设计耐火极限应按表1对“屋盖支撑、系杆”的要求取值。
    3.1.2 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。通常,无防火保护钢构件的耐火时间为0.25h~0.50h,达不到绝大部分建筑构件的设计耐火极限,需要进行防火保护。防火保护应根据工程实际选用合理的防火保护方法、材料和构造措施,做到安全适用、技术先进、经济合理。防火保护层的厚度应通过构件耐火验算确定,保证构件的耐火极限达到规定的设计耐火极限。
        保证钢结构在火灾下的安全,对于防止和减少建筑钢结构的火灾危害、保护人身和财产安全极为重要。钢结构在火灾下的破坏,本质上是由于随着火灾下钢结构温度的升高,钢材强度下降,其承载力随之下降,致使钢结构不能承受外部荷载作用而失效破坏。因此,对于耐火极限不满足要求的钢构件,必须进行科学的防火设计,采取安全可靠、经济合理的防火保护措施,以延缓钢构件升温,提高其耐火极限。本条规定对于保障钢结构的耐火安全极为重要,故作为强制性条文,必须严格执行。
    3.1.3 本条规定了钢结构节点的防火保护措施。钢结构节点是钢结构的一个基本组成部分,必须保证钢结构节点在高温作用下的安全。但是火灾下钢结构节点受力复杂,耐火验算工作量大。钢结构节点处构件、节点板、加劲肋等聚集,其截面形状系数小于邻近构件,节点升温较慢。为了简化设计,基于“强节点、弱构件”的设计原则,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。例如,采用防火涂料保护时,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。
        本条规定对于保障钢结构耐火安全至关重要,故作为强制性条文,必须严格执行。
    3.1.4 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,这些事项与钢结构防火工程的质量密切相关。防火保护措施及防火材料的性能要求、设计指标包括:防火保护层的等效热阻、防火保护材料的等效热传导系数、防火保护层的厚度、防火保护的构造等。
    3.1.5 等效热阻是衡量防火保护层防火保护性能的技术指标。非膨胀型钢结构防火涂料、防火板等材料的等效热传导系数与防火保护层厚度无关,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。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,最好直接根据等效热阻确定防火保护层的厚度(涂层厚度)。
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     楼主| 发表于 2021-5-10 07:18 | 显示全部楼层
    3.2 防火设计
    3.2.1 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。
    3.2.2 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,应考虑火灾时结构上可能同时出现的荷载(作用),且应按下列组合值中的最不利值确定:
    Sm=γ0T(γGSGk+STk+фfSQk)  (3.2.2-1)
    Sm=γ0T(γGSGk+STk+фqSQk+фwSWk)  (3.2.2-2)
    式中:Sm——荷载(作用)效应组合的设计值;
          SGk——按永久荷载标准值计算的荷载效应值;
          STk——按火灾下结构的温度标准值计算的作用效应值;
          SQk——按楼面或屋面活荷载标准值计算的荷载效应值;
          SWk——按风荷载标准值计算的荷载效应值;
          γ0T——结构重要性系数;对于耐火等级为一级的建筑,γ0T=1.1;对于其他建筑,γ0T=1.0;
          γG——永久荷载的分项系数,一般可取γG=1.0;当永久荷载有利时,取γG=0.9;
          фw——风荷载的频遇值系数,取фw=0.4;
          фf——楼面或屋面活荷载的频遇值系数,应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009的规定取值;
          фq——楼面或屋面活荷载的准永久值系数,应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009的规定取值。
    3.2.3 钢结构的防火设计应根据结构的重要性、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,并应符合下列规定:
        1 跨度不小于60m的大跨度钢结构,宜采用基于整体结构耐火验算的防火设计方法;
        2 预应力钢结构和跨度不小于120m的大跨度建筑中的钢结构,应采用基于整体结构耐火验算的防火设计方法。
    3.2.4 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:
        1 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;
        2 应考虑结构的热膨胀效应、结构材料性能受高温作用的影响,必要时,还应考虑结构几何非线性的影响。
    3.2.5 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:
        1 计算火灾下构件的组合效应时,对于受弯构件、拉弯构件和压弯构件等以弯曲变形为主的构件,可不考虑热膨胀效应,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,计算构件在火灾下的组合效应;对于轴心受拉、轴心受压等以轴向变形为主的构件,应考虑热膨胀效应对内力的影响。
        2 计算火灾下构件的承载力时,构件温度应取其截面的最高平均温度,并应采用结构材料在相应温度下的强度与弹性模量。
    3.2.6 钢结构构件的耐火验算和防火设计,可采用耐火极限法、承载力法或临界温度法,且应符合下列规定:
        1 耐火极限法。在设计荷载作用下,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,并应按下式进行验算。其中,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  第1部分:通用要求》GB/T 9978.1、《建筑构件耐火试验方法  第5部分:承重水平分隔构件的特殊要求》GB/T 9978.5、《建筑构件耐火试验方法  第6部分:梁的特殊要求》GB/T 9978.6、《建筑构件耐火试验方法  第7部分:柱的特殊要求》GB/T 9978.7通过试验测定,或按本规范有关规定计算确定。
    tm≥td (3.2.6-1)
        2 承载力法。在设计耐火极限时间内,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,并应按下式进行验算。
    Rd≥Sm (3.2.6-2)
        3 临界温度法。在设计耐火极限时间内,火灾下钢结构构件的最高温度不应高于其临界温度,并应按下式进行验算。
    Td≥Tm (3.2.6-3)
    式中:tm——火灾下钢结构构件的实际耐火极限;
          td——钢结构构件的设计耐火极限,应按本规范第3.1.1条规定确定;
          Sm——荷载(作用)效应组合的设计值,应按本规范第3.2.2条的规定确定;
          Rd——结构构件抗力的设计值,应根据本规范第7章、第8章的规定确定;
          Tm——在设计耐火极限时间内构件的最高温度,应根据本规范第6章的规定确定;
          Td——构件的临界温度,应根据本规范第7章、第8章的规定确定。

    条文说明
    3.2 防火设计
        在20世纪80年代以前,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,并确定其防火保护措施。为此,各国及有关组织制定了相应的试验标准,包括国际标准组织ISO/CD 834、美国ASTM E 119和NFPA 251、英国BS 476、德国DIN 4102、日本JIS A 1304、澳大利亚AS 1530.4、我国国家标准《建筑构件耐火试验方法》GB/T 9978—1988等。采用该方法,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。进行这样一系列的耐火试验,费用高。为了改善这一情况,尽可能地减少试验次数,在总结大量构件标准耐火试验结果的基础上,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,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。为此,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,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。
        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,在总体上与欧洲钢结构协会ECCS钢结构防火设计标准,英国规范BS 5950 Part 8、欧洲规范ENV 1993 -1-2、美国规范AN-SI/AISC 360-10等规范所采用的方法相同。上述标准的具体名称如下:
        1) International Standards Organization(ISO).ISO 834-1:1999,Fire-resistance tests-Elements of building construction—Part 1: General requirements.
        2) International Standards Organization(ISO).ISO 834-5:2000.Fire-resistance tests-Elements of building construction—Part 5: Specific requirements for loadbearing horizontal separating elements.
        3) International Standards Organization(ISO).ISO 834-6:2000.Fire-resistance tests-Elements of building construction—Part 6: Specific requirements for beams.
        4) International Standards Organization(ISO).ISO 834-7:2000.Fire-resistance tests-Elements of building construction—Part 7: Specific requirements for columns.
        5) International Standards Organization(ISO).ISO/CD 834-10.Fire resistance tests-Elements of building construction—Part 10: Specific requirements to determine the contribution of applied fire protection materials to structural elements.
        6) International Standards Organization(ISO).ISO/CD 834-11.Fire resistance tests-Elements of building construction—Part 11: Specific requirements for the assessment of fire protection to structural steel elements.
        7) American Society of Testing and Materials(ASTM).ASTM E119-12,Standard Test Methods for Fire Tests of Building Construction and Materials.
        8) National Fire Protection Association (NFPA),NFPA 251, Standard Methods of Tests of Fire Resistance of Building Construction and Materials,2005 edition.
        9) British Standards Institution(BSI),BS 476-20:1987,Fire Tests on Building Materials and Structures,Part 20: Method for Determination of the Fire Resistance of Elements of Construction (General Principles).
        10) British Standards Institution(BSI),BS 476-21:1987,Fire Tests on Building Materials and Structures,Part 21: Methods for Determination of the Fire Resistance of Loadbearing Elements of Construction.
        11) British Standards Institution(BSI),BS 476-22:1987,Fire Tests on Building Materials and Structures,Part 22:Methods for Determination of the Fire Resistance of Non-Loadbearing Elements of Construction.
        12) British Standards Institution(BSI),BS 476-23:1987,Fire Tests on Building Materials and Structures,Part 23: Methods for Determination of the Contribution of Components to the Fire Resistance of a Structure.
        13) Deutsches Institut für Normung,DIN 4102-1, Fire Behavior of Building Materials and Building Components,Part 1:Building Materials, Concepts, Requirements and Tests,1998.
        14) Deutsches Institut für Normung,DIN 4102-2,Fire Behavior of Building Materials and Building Components,Part 2:Building Components,Definitions,Requirements and Tests,1977.
        15) Deutsches Institut fur Normung,DIN 4102-4,Fire behavior of Building Materials and Building Components,Part 4:Synopsis and Application of Classified Building Materials, Components and Special Components,1994.
        16) Japanese Industrial Standards,JIS A 1304:1994,建築構造部分の耐火試驗方法 (Method of Fire Resistance Test for Structural Parts of Buildings),1994.
        17) Standards Association of Australian,AS 1530.4-1997,Methods for Fire Tests on Building Materials, Components and Structures, Part 4: Fire-Resistance Tests of Elements of Building Construction,1997.
        18) European Convention for Constructional Steelwork(ECCS),Technical Committee 3-Fire Safety of Steel Structures,European Recommendation for the Fire Safety of Steel Structures-Calculation of the Fire Resistance of Loadbearing Element and Structural Assemblies Exposed to the Standard Fire,Amsterdam, Elsevier,1983.
        19) British Standards Institution(BSI),BS 5950,The Structural Use of Steelwork in Buildings,Part 8:Code of Practice for Fire Resistant Design,2003.
        20) European Committee for Standardization,ENV 1993-1-2,Eurocode 3,Design of Steel Structures,Part 1.2:Structural Fire Design,2005.
        21) American Institute of Steel Construction.ANSI/AISC 360-10,Specification for Structural Steel Buildings,2010.
    3.2.1 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,是基于承载力极限状态。钢结构在火灾下的破坏,本质上是由于随着火灾下钢结构温度的升高,钢材强度下降,其承载力随之下降,致使钢结构不能承受外部荷载、作用而失效破坏。因此,为保证钢结构在设计耐火极限时间内的承载安全,必须进行承载力极限状态验算。
        当满足下列条件之一时,应视为钢结构整体达到耐火承载力极限状态:(1)钢结构产生足够的塑性铰形成可变机构;(2)钢结构整体丧失稳定。
        当满足下列条件之一时,应视为钢结构构件达到耐火承载力极限状态:(1)轴心受力构件截面屈服;(2)受弯构件产生足够的塑性铰而成为可变机构;(3)构件整体丧失稳定;(4)构件达到不适于继续承载的变形。
        随着温度的升高,钢材的弹性模量急剧下降,在火灾下构件的变形显著大于常温受力状态,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。因此,火灾下允许钢结构发生较大的变形,不要求进行正常使用极限状态验算。由于计算方法对结构的承载力影响大,直接涉及建筑的结构安全,故将本条作为强制性条文,必须严格执行。
    3.2.2 本条规定了钢结构在火灾下的荷载(作用)效应组合,该组合是根据现行国家标准《建筑可靠度统一设计标准》GB 50068—2001、《建筑结构荷载规范》GB 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,恒载、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。地震过后,建筑经常发生火灾这类次生灾害,但在火灾过程中再发生较大地震的事件为极小概率事件,因此在火灾下荷载(作用)效应组合中不考虑地震作用;而在火灾后,评定结构状态及修复结构时,则仍应考虑结构正常使用中的各种荷载及作用组合。
        必须指出,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,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。实际上,对于端部约束足够强的受火钢构件,构件升温热膨胀受约束将产生很大的温度内力,在较低温度时即进入弹塑性受力状态。由于钢材具有良好的塑性变形能力,将抵消热膨胀变形,因此在结构未形成机构之前,钢构件可在进入屈服后继续承载。
    3.2.3 根据验算对象和层次的不同,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。
        大跨度钢结构局部构件失效,有可能造成结构连续性破坏甚至倒塌;预应力钢结构对温度敏感,热膨胀很可能导致预应力的丧失,改变结构受力方式,设计时应予以特别重视,故要求采用基于整体结构验算的防火设计方法。当建筑中局部为大跨度结构、预应力结构时,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。
    3.2.4 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。当有充分的依据时(例如,周边结构对局部子结构的受力影响不大时),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。
        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、结构材料性能受高温作用的影响,先施加永久荷载、楼面活荷载等,再逐步施加与时间相关的温度作用进行结构弹塑性分析,验算结构的耐火承载力。
    3.2.5 基于构件耐火验算的防火设计方法的关键,是计算钢构件在火灾下的内力(荷载效应组合)。考虑钢构件热膨胀型温度内力时,结构中相当多的钢构件将进入弹塑性受力状态,或是受压失稳。
        对于受弯构件、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、柱),当构件两端的连接承载力不低于构件截面的承载力时,可通过构件的塑性变形、大挠度变形来抵消其热膨胀变形,因此可不考虑温度内力的影响,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,即荷载(作用)效用组合公式(3.2.2-1)、式(3.2.2-2)时忽略温度作用效应。该简化处理方法,也为英国标准BS 5950 Part 8采用。
        对于轴心受压构件,热膨胀将增大其内力并易造成构件失稳;对于轴心受拉构件,热膨胀将减小轴心受拉构件的拉力。因此,对于以轴向变形为主的构件,应考虑热膨胀效应对内力的影响。
        计算火灾下构件的承载力时,构件的温度应取其截面的最高平均温度。但是,对于截面上温度明显不均匀的构件(例如组合梁),计算构件的抗力时宜考虑温度的不均匀性,取最不利部件进行验算。对于变截面构件,则应对各不利截面进行耐火验算。
    3.2.6 本条给出了构件耐火验算时的三种方法。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,来判定构件的耐火性能是否符合要求,并确定其防火保护。结构受火作用是一个恒载升温的过程,即先施加荷载,再施加温度作用。模拟恒载升温,对于试验来说操作方便,但是对于理论计算来说则需要进行多次计算比较。为了简化计算,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。火灾下随着构件温度的升高,材料强度下降,构件承载力也将下降;当构件承载力降至最不利组合效应时,构件达到耐火承载力极限状态。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;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。因此,式(3.2.6-1)、式(3.2.6-2)、式(3.2.6-3)的耐火验算结果是完全相同的,耐火验算时只需采用其中之一即可。
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    2021-5-29 10:11
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