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《建筑钢结构防火技术规范》GB51249-2017(以下简称规范)第3.2.1条要求:
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。此处的钢结构,包括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。随着温度的升高, 钢材的弹性模量急剧下降,钢材的强度会随着钢结构温度的升高而下降,其承载力也随之下降(下图为钢结构升温曲线)。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。由于直接涉及建筑的结构安全,将本条作为规范的强制性条文。
根据结构的重要性、类型和荷载特征等,可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。其中,跨度不小于60m的大跨度钢结构,宜采用基于整体结构的防火设计方法;预应力钢结构和跨度不小于120m的大跨度钢结构,应采用基于整体结构的防火设计方法。
钢结构构件的耐火验算分为耐火极限法、承载力法或临界温度法。此三种方法在本质上是相同的。下面以临界温度法为例,简述其设计方法。
1、按规范第3.2.2条计算构件的最不利荷载效应组合设计值。
2、根据构件和荷载类型,按规范第7.2.1条至第7.2.7条计算构件的临界温度Td。
3、按规范第6.2.1条计算无防火保护构件在设计耐火极限tm时间内的最高温度Tm。比较Td与Tm,当Td大于Tm时,可不进行防火保护。当Td小于等于Tm时,按第4、5条确定所需的防火保护。
4、确定防火保护方法,计算构件的截面形状系数。
5、按规范第7.2.8条和第7.2.9条确定防火保护层的厚度。
等效热阻是进行耐火验算时涉及的一个重要参数,是衡量防火保护层防火保护性能的技术指标。对不同类型的防火涂料,根据其特性采用不同的计算方式。
✦对于非膨胀型防火涂料,由于其等效热传导系数与防火保护层的厚度无关,所以可根据防火保护层的等效热阻相等原则按附录A确定实际施工厚度。
✦对于膨胀型防火涂料,由于其等效热传导系数与防火保护层厚度有关,宜根据等效热阻确定其厚度。且应给出最大使用厚度、最小使用厚度的等效热阻以及防火涂料使用厚度按最大使用厚度与最小使用厚度之差的1/4递增的等效热阻,其他厚度下的等效热阻可采用线性插值方法确定。
另外,钢结构的防火设计文件应注明建筑的耐火等级、构建的设计耐火极限、构件的防火保护措施、防火材料的性能要求及设计指标。(其中,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)。