2015年二級消防工程師《綜合能力》考點(diǎn):建筑結(jié)構(gòu)耐火性能分析

　　建筑結(jié)構(gòu)耐火性能分析

　　本節(jié)介紹了主要的建筑結(jié)構(gòu)形式以及各種建筑結(jié)構(gòu)耐火性能的特點(diǎn)、影響建筑結(jié)構(gòu)耐火性能的主要因素、火災(zāi)下建筑結(jié)構(gòu)及構(gòu)件極限狀態(tài)的定義、建筑結(jié)構(gòu)耐火時(shí)間計(jì)算模型的選取方法及計(jì)算步驟、鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)的耐火時(shí)間計(jì)算方法、整體結(jié)構(gòu)耐火時(shí)間計(jì)算的方法和步驟等。

　　一、影響建筑結(jié)構(gòu)耐火性能的因素

　　(一)結(jié)構(gòu)類型

　　1.鋼結(jié)構(gòu)

　　鋼結(jié)構(gòu)是由鋼材制作結(jié)構(gòu)，包括鋼框架結(jié)構(gòu)、鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和鋼網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、大跨交叉梁系結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)具有施工機(jī)械化程度高、抗震性能好等優(yōu)點(diǎn)，但鋼結(jié)構(gòu)的最大缺點(diǎn)是耐火性能較差，需要采取涂覆鋼結(jié)構(gòu)防火涂料等防火措施才能耐受一定規(guī)模的火災(zāi)。在高大空間等鋼結(jié)構(gòu)建筑中，在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)耐火性能分析的基礎(chǔ)上，如果火災(zāi)下鋼結(jié)構(gòu)周圍的溫度較低，并能保持結(jié)構(gòu)安全時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)可不必采取防火措施。

　　2.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)

　　鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是在混凝土配置鋼筋形成的結(jié)構(gòu)，混凝土主要承受壓力，鋼筋主要承受拉力，二者共同承擔(dān)荷載。當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)耐火重要性較高，火災(zāi)荷載較大、人員密度較大或建筑結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜的場合時(shí)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐火能力也可能不滿足要求。這時(shí)，需要進(jìn)行鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的耐火性能評估，確定結(jié)構(gòu)的耐火性能是否滿足要求。

　　3.鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)

　　(1)型鋼混凝土結(jié)構(gòu)。型鋼混凝土結(jié)構(gòu)是將型鋼埋入鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形成一種組合結(jié)構(gòu)，截面形式如圖5-4-15所示。適合大跨、重載結(jié)構(gòu)。由于型鋼被混凝土包裹，火災(zāi)下鋼材的溫度較低，型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的耐火性能較好。

　　圖5-4-15 型鋼混凝土結(jié)構(gòu)

　　(2) 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)是由鋼和混凝土兩種材料組成的，它充分發(fā)揮了鋼和混凝土兩種材料的優(yōu)點(diǎn)，具有承載能力高、延性好等優(yōu)點(diǎn)。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中，由于混凝土的存在可降低鋼管的溫度，鋼管的溫度比沒有混凝土?xí)r要低得多。一般情況下，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼管需要進(jìn)行防火保護(hù)。鋼管混凝土柱截面如圖 5-4-16所示。

　　圖5-4-16 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)

　　(二)荷載比

　　荷載比為結(jié)構(gòu)所承擔(dān)的荷載與其極限荷載的比值?；馂?zāi)下，結(jié)構(gòu)承受的荷載總體不變，而隨溫度升高，材料強(qiáng)度降低，構(gòu)件的承載能力降低。當(dāng)構(gòu)件的荷載達(dá)到極限荷載，構(gòu)件就達(dá)到了火災(zāi)下的承載能力，構(gòu)件就達(dá)到了耐火極限狀態(tài)，開始倒塌破壞，這時(shí)的耐火時(shí)間為耐火極限。荷載比越大，構(gòu)件的耐火極限越小，荷載比是影響結(jié)構(gòu)及構(gòu)件耐火性能的主要因素之一。

　　(三)火災(zāi)規(guī)模

　　火災(zāi)規(guī)模包括火災(zāi)溫度和火災(zāi)持續(xù)時(shí)間?；馂?zāi)高溫是構(gòu)件升溫的源泉，它通過對流和輻射兩種傳熱方式將熱量從建筑內(nèi)空氣向構(gòu)件傳遞。作為構(gòu)件升溫的驅(qū)動(dòng)者，火災(zāi)規(guī)模對構(gòu)件溫度場有明顯的影響。當(dāng)火災(zāi)高溫持續(xù)時(shí)間較長時(shí)，構(gòu)件的升溫也較高。

　　(四)結(jié)構(gòu)及構(gòu)件溫度場

　　溫度越高，材料性能劣化越嚴(yán)重，結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的溫度場是影響其耐火性能的主要因素之一。材料的熱工性能直接影響構(gòu)件的升溫快慢，從而決定了火災(zāi)下結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的溫度場分布。

　　二、結(jié)構(gòu)耐火性能分析的目的及判定標(biāo)準(zhǔn)

　　結(jié)構(gòu)耐火性能分析的目的就是驗(yàn)算結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的耐火性能是否滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。結(jié)構(gòu)的耐火性能分析一般有兩種方法：第一種驗(yàn)算結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的耐火極限是否滿足規(guī)范的要求;第二種即在規(guī)范規(guī)定的耐火極限時(shí)的火災(zāi)溫度場作用下，結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的承載能力是否大于荷載效應(yīng)組合。這兩種方法是等效的。

　　(一)耐火極限要求

　　構(gòu)件的耐火極限要求應(yīng)符合《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50016、《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50045及其他相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)的要求一致。

　　(二)構(gòu)件抗火極限狀態(tài)設(shè)計(jì)要求

　　《建筑鋼結(jié)構(gòu)防火技術(shù)規(guī)范》(國標(biāo)報(bào)批稿)提出了基于計(jì)算的結(jié)構(gòu)及構(gòu)件抗火驗(yàn)算方法?；馂?zāi)發(fā)生的概率很小，是一種偶然荷載工況。因此，火災(zāi)下結(jié)構(gòu)的驗(yàn)算標(biāo)準(zhǔn)可放寬。根據(jù)《建筑鋼結(jié)構(gòu)防火技術(shù)規(guī)范》(國標(biāo)報(bào)批稿)，火災(zāi)下只進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的承載能力極限狀態(tài)的驗(yàn)算，不需要正常使用極限狀態(tài)的驗(yàn)算。構(gòu)件的承載能力極限狀態(tài)包括以下幾種情況：

　　①軸心受力構(gòu)件截面屈服;

　?、谑軓潣?gòu)件產(chǎn)生足夠的塑性鉸而成為可變機(jī)構(gòu);

　　③構(gòu)件整體喪失穩(wěn)定;

　?、軜?gòu)件達(dá)到不適于繼續(xù)承載的變形。對于一般的建筑結(jié)構(gòu)，可只驗(yàn)算構(gòu)件的承載能力，對于重要的建筑結(jié)構(gòu)還要進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)的承載能力驗(yàn)算。

　　三、計(jì)算分析模型

　　抗火驗(yàn)算時(shí)建筑結(jié)構(gòu)耐火性能計(jì)算(一般也可稱為抗火驗(yàn)算)一般有三種方法：第一種采取整體結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型;第二種采取子結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型;第三種采取單一構(gòu)件計(jì)算模型。《建筑鋼結(jié)構(gòu)防火技術(shù)規(guī)范》(CECS200:2006)和廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)《建筑混凝土結(jié)構(gòu)耐火設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》(DBJ/T 15-81-2011)規(guī)定，對于高度大于100m的高層建筑結(jié)構(gòu)宜采用整體計(jì)算模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)的抗火計(jì)算，單層和多層建筑結(jié)構(gòu)可只進(jìn)行構(gòu)件的抗火驗(yàn)算。

　　實(shí)際建筑結(jié)構(gòu)中，構(gòu)件總是和其他構(gòu)件相互作用，獨(dú)立構(gòu)件是不存在的。因此，研究構(gòu)件的耐火性能需要考慮構(gòu)件的邊界條件。歐洲規(guī)范規(guī)定，進(jìn)行構(gòu)件耐火性能分析時(shí)，構(gòu)件的邊界條件可取受火前的邊界條件，并在受火過程中保持不變。

　　整體結(jié)構(gòu)耐火性能評估模型是一種高度非線性分析，計(jì)算難度較高，需要專門機(jī)構(gòu)和專業(yè)人員完成。

　　四、建筑結(jié)構(gòu)耐火性能分析的內(nèi)容和步驟

　　建筑結(jié)構(gòu)耐火性能分析包括溫度場分析和高溫下結(jié)構(gòu)的安全性分析。建筑火災(zāi)模型和建筑材料的熱工參數(shù)是進(jìn)行結(jié)構(gòu)溫度場分析的基礎(chǔ)資料。同樣，高溫下建筑材料的力學(xué)性能是建筑結(jié)構(gòu)高溫下安全性分析的基礎(chǔ)資料。同時(shí)，進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)高溫下安全性分析還需要確定火災(zāi)時(shí)的荷載。確定上述基本材料之后，就可按照一定的步驟進(jìn)行高溫下結(jié)構(gòu)的抗火驗(yàn)算了。

　　(一)結(jié)構(gòu)溫度場分析

　　確定建筑火災(zāi)溫度場需要火災(zāi)模型。我國《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》 GB50016、《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50045均提出可采用ISO834標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線作為一般建筑室內(nèi)火災(zāi)的火災(zāi)模型?！督ㄖ摻Y(jié)構(gòu)防火技術(shù)規(guī)范》(國標(biāo)報(bào)批稿)提出可采用參數(shù)化模型作為一般室內(nèi)火災(zāi)的火災(zāi)模型，同時(shí)也提出了大空間室內(nèi)火災(zāi)的火災(zāi)模型。由于建筑室內(nèi)可燃物數(shù)量和分布、建筑空間大小及通風(fēng)形式等因素對建筑火災(zāi)有較大影響，為了更加準(zhǔn)確的確定火災(zāi)溫度場，也可采用火災(zāi)模擬軟件對建筑火災(zāi)進(jìn)行數(shù)值模擬。

　　確定火災(zāi)模型之后，即可對建筑結(jié)構(gòu)及構(gòu)件進(jìn)行傳熱分析，確定火災(zāi)作用下建筑結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的溫度。進(jìn)行傳熱分析，需要已知建筑材料的熱工性能。國內(nèi)外對鋼材、鋼筋和混凝土材料的高溫?zé)峁ば阅?、力學(xué)性能進(jìn)行了大量的研究。在進(jìn)行構(gòu)件溫度場分布的分析時(shí)涉及到的材料熱工性能有3項(xiàng)，即導(dǎo)熱系數(shù)、質(zhì)量熱容和質(zhì)量密度，其他的參數(shù)可以由這3項(xiàng)推導(dǎo)出。

　　1.鋼材

　　《鋼結(jié)構(gòu)防火技術(shù)規(guī)范》(國標(biāo)報(bào)批稿)提供的高溫下鋼材的有關(guān)熱工參數(shù)見表5-4-11。

　　表5-4-11 高溫下鋼材的物理參數(shù)

　　參數(shù)名稱 符 號 數(shù) 值 單 位

　　熱傳導(dǎo)系數(shù) 45 W/(m?℃)

　　比熱容 600 J/(kg?℃)

　　密 度 7850 kg/m3

　　2.混凝土

　　《鋼結(jié)構(gòu)防火技術(shù)規(guī)范》(國標(biāo)報(bào)批稿)提供的高溫下普通混凝土的有關(guān)熱工參數(shù)可按下述規(guī)定取值。

　　熱傳導(dǎo)系數(shù)可按式(5-4-49)取值;

　　20℃ 1200℃ (式5-4-49)

　　比熱容應(yīng)按式(5-4-50)取值;

　　20℃ 1200℃ (式5-4-50)

　　密度應(yīng)按式(5-4-51)取值。

　　(式5-4-51)

　　式中： ――混凝土的溫度(℃);

　　――混凝土的比熱容 [J/(kg?℃)];

　　――混凝土的密度(kg/m3)。

　　(二)材料的高溫性能

　　1.混凝土

　　高溫下普通混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度、彈性模量應(yīng)按下式確定：

　　(式5-4-52)

　　(式5-4-53)

　　式中： ――溫度為 時(shí)混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(N/m┫);

　　――常溫下混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(N/m┫)，應(yīng)按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50010取值;

　　――高溫下混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度折減系數(shù)，應(yīng)按表5-4-12取值;其他溫度下的值，可采用線性插值方法確定;

　　――高溫下混凝土的彈性模量(N/m┫);

　　――高溫下混凝土應(yīng)力為 時(shí)的應(yīng)變，按表5-4-12取值;其他溫度下的值，可采用線性插值方法確定。

　　表5-4-12 高溫下普通混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度折減系數(shù) 及應(yīng)力為 時(shí)的應(yīng)變

　　(℃) 20 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200

　　1.00 1.00 0.95 0.85 0.75 0.60 0.45 0.30 0.15 0.08 0.04 0.01 0

　　(×10-3) 2.5 4.0 5.5 7.0 10.0 15.0 25.0 25.0 25.0 25.0 25.0 25.0 -

　　2.鋼材

　　在高溫下，普通鋼材的彈性模量應(yīng)按下式計(jì)算：

　　(式5-4-54)

　　(式5-4-55)

　　式中， ―溫度(℃);

　　―溫度為 時(shí)鋼材的初始彈性模量(N/m┫);

　　E―常溫下鋼材的彈性模量(N/m┫)，按現(xiàn)行《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50017)確定;

　　―高溫下鋼材的彈性模量折減系數(shù)。

　　高溫下鋼材的熱膨脹系數(shù)可取1.4×10-5m/℃。

　　在高溫下，普通鋼材的屈服強(qiáng)度應(yīng)按下式計(jì)算：

　　(式5-4-56)

　　(式5-4-57)

　　(式5-4-58)

　　式中： ――鋼材的溫度(℃);

　　――高溫下鋼材的屈服強(qiáng)度(N/m┫);

　　――常溫下鋼材的屈服強(qiáng)度(N/m┫);

　　――常溫下鋼材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(N/m┫)，應(yīng)按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50017取值;

　　――鋼材的分項(xiàng)系數(shù)，取 ;

　　――高溫下鋼材的屈服強(qiáng)度折減系數(shù)。

　　(三)火災(zāi)極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)組合

　　《建筑鋼結(jié)構(gòu)防火技術(shù)規(guī)范》(國標(biāo)報(bào)批稿)規(guī)定，火災(zāi)作用工況是一種偶然荷載工況，可按偶然設(shè)計(jì)狀況的作用效應(yīng)組合，采用下列較不利的設(shè)計(jì)表達(dá)式：

　　(式5-4-59)

　　(式5-4-60)

　　式中： ――荷載(作用)效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值;

　　――按永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的荷載效應(yīng)值;

　　――按火災(zāi)下結(jié)構(gòu)的溫度標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的作用效應(yīng)值;

　　――按樓面或屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的荷載效應(yīng)值;

　　――按風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的荷載效應(yīng)值;

　　――結(jié)構(gòu)重要性系數(shù);對于耐火等級為一級的建筑， ;對于其他建筑， ;

　　――永久荷載的分項(xiàng)系數(shù)，一般可取 =1.0;當(dāng)永久荷載有利時(shí)，取 =0.9;

　　――溫度作用的分項(xiàng)系數(shù)，取 =1.0;

　　――樓面或屋面活荷載的分項(xiàng)系數(shù)，取 =1.0;

　　――風(fēng)荷載的分項(xiàng)系數(shù)，取 =0.4;

　　――樓面或屋面活荷載的頻遇值系數(shù)，應(yīng)按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB 50009的規(guī)定取值;

　　――樓面或屋面活荷載的準(zhǔn)永久值系數(shù)，應(yīng)按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB 50009的規(guī)定取值。

　　(四)結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗火驗(yàn)算基本規(guī)定

　　1.耐火極限要求

　　構(gòu)件的耐火極限要求與《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50016、《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50045及其他國家標(biāo)準(zhǔn)的要求一致。

　　2.構(gòu)件抗火極限狀態(tài)設(shè)計(jì)要求

　　《建筑鋼結(jié)構(gòu)防火技術(shù)規(guī)范》(國標(biāo)報(bào)批稿)提出了基于計(jì)算的構(gòu)件抗火計(jì)算方法?；馂?zāi)發(fā)生的概率很小，是一種耦合荷載工況。因此，火災(zāi)下結(jié)構(gòu)的驗(yàn)算標(biāo)準(zhǔn)可放寬。根據(jù)《建筑鋼結(jié)構(gòu)防火技術(shù)規(guī)范》(國標(biāo)報(bào)批稿)，火災(zāi)下只進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的承載能力極限狀態(tài)的驗(yàn)算，不需要正常使用極限狀態(tài)的驗(yàn)算。構(gòu)件的承載能力極限狀態(tài)包括以下幾種情況：

　?、佥S心受力構(gòu)件截面屈服;

　?、谑軓潣?gòu)件產(chǎn)生足夠的塑性鉸而成為可變機(jī)構(gòu);

　　③構(gòu)件整體喪失穩(wěn)定;

　?、軜?gòu)件達(dá)到不適于繼續(xù)承載的變形。對于一般的建筑結(jié)構(gòu)，可只驗(yàn)算構(gòu)件的承載能力，對于重要的建筑結(jié)構(gòu)還要進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)的承載能力驗(yàn)算。

　　基于承載能力極限狀態(tài)的要求，鋼構(gòu)件抗火設(shè)計(jì)應(yīng)滿足下列要求之一：

　?、僭谝?guī)定的結(jié)構(gòu)耐火極限時(shí)間內(nèi)，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的承載力Rd不應(yīng)小于各種作用所產(chǎn)生的組合效應(yīng)Sm，即：

　　(式5-4-61)

　?、谠诟鞣N荷載效應(yīng)組合下，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的耐火時(shí)間td不應(yīng)小于規(guī)定的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的耐火極限tm，即：

　　(式5-4-62)

　?、劢Y(jié)構(gòu)或構(gòu)件的臨界溫度Td不應(yīng)低于在耐火極限時(shí)間內(nèi)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的最高溫度Tm，即：

　　(式5-4-63)

　　對鋼結(jié)構(gòu)來說，上述三條標(biāo)準(zhǔn)是等效的。由于鋼構(gòu)件溫度分布較為均勻，因此，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件驗(yàn)算時(shí)采用上述第③條的最高溫度標(biāo)準(zhǔn)，混凝土構(gòu)件可采用前面兩條標(biāo)準(zhǔn)。

　　3.構(gòu)件抗火驗(yàn)算步驟

　　采用承載力法進(jìn)行單層和多高層建筑鋼結(jié)構(gòu)各構(gòu)件抗火驗(yàn)算時(shí)，其驗(yàn)算步驟為：

　　①設(shè)定防火被覆厚度。

　?、谟?jì)算構(gòu)件在要求的耐火極限下的內(nèi)部溫度。

　?、塾?jì)算結(jié)構(gòu)構(gòu)件在外荷載作用下的內(nèi)力。

　　④進(jìn)行荷載效應(yīng)組合。

　?、莞鶕?jù)構(gòu)件和受載的類型，進(jìn)行構(gòu)件抗火承載力極限狀態(tài)驗(yàn)算。

　?、蕻?dāng)設(shè)定的防火被覆厚度不合適時(shí)(過小或過大)，可調(diào)整防火被覆厚度，重復(fù)上述①～⑤步驟。

　　采用承載力法進(jìn)行單層和多高層混凝土結(jié)構(gòu)各構(gòu)件抗火驗(yàn)算時(shí)，其驗(yàn)算步驟為：

　　①計(jì)算構(gòu)件在要求的耐火極限下的內(nèi)部溫度。

　?、谟?jì)算結(jié)構(gòu)構(gòu)件在外荷載作用下的內(nèi)力。

　?、圻M(jìn)行荷載效應(yīng)組合。

　　④根據(jù)構(gòu)件和受載的類型，進(jìn)行構(gòu)件抗火承載力極限狀態(tài)驗(yàn)算。

　?、莓?dāng)設(shè)定的截面大小及保護(hù)層厚度不合適時(shí)(過小或過大)，可調(diào)整截面大小及保護(hù)層厚度，重復(fù)上述①～④步驟。

　　4.鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗火驗(yàn)算

　　這里只介紹基于高溫下承載能力驗(yàn)算的方法，火災(zāi)下鋼構(gòu)件的驗(yàn)算還有極限溫度計(jì)算方法，讀者可參考其他資料。

　　高溫下，軸心受拉鋼構(gòu)件或軸心受壓鋼構(gòu)件的強(qiáng)度應(yīng)按下式驗(yàn)算：

　　(式5-4-64)

　　式中： ―火災(zāi)下構(gòu)件的軸向拉力或軸向壓力設(shè)計(jì)值;

　　―構(gòu)件的凈截面面積;

　　―高溫下鋼材的強(qiáng)度折減系數(shù);

　　―鋼構(gòu)件的抗力分項(xiàng)系數(shù)，近似取 ;

　　―常溫下鋼材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

　　高溫下，軸心受壓鋼構(gòu)件的穩(wěn)定性應(yīng)按下式驗(yàn)算：

　　(式5-4-65)

　　(式5-4-66)

　　式中： ―火災(zāi)時(shí)構(gòu)件的軸向壓力設(shè)計(jì)值;

　　―構(gòu)件的毛截面面積;

　　―高溫下鋼材的強(qiáng)度折減系數(shù);

　　―鋼構(gòu)件的抗力分項(xiàng)系數(shù)，近似取 ;

　　―常溫下鋼材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

　　―高溫下軸心受壓鋼構(gòu)件的穩(wěn)定驗(yàn)算參數(shù);對于普通結(jié)構(gòu)鋼構(gòu)件，根據(jù)構(gòu)件長細(xì)比和構(gòu)件溫度按規(guī)范表格采用;

　　―常溫下軸心受壓鋼構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)，按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50017確定。

　　高溫下，單軸受彎鋼構(gòu)件的強(qiáng)度應(yīng)按下式驗(yàn)算：

　　(式5-4-67)

　　式中： ―火災(zāi)時(shí)最不利截面處的彎矩設(shè)計(jì)值;

　　―最不利截面的凈截面模量;

　　―截面塑性發(fā)展系數(shù);對于工字型截面 ， ，對于箱形截面 ，對于圓鋼管截面 。

　　高溫下，單軸受彎鋼構(gòu)件的穩(wěn)定性應(yīng)按下式驗(yàn)算：

　　(式5-4-68)

　　(式5-4-69)

　　式中： ―火災(zāi)時(shí)構(gòu)件的最大彎矩設(shè)計(jì)值;

　　―纖維確定的構(gòu)件毛截面模量;

　　―高溫下受彎鋼構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù);

　　―常溫下受彎鋼構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)(基于彈性階段)，按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50017)有關(guān)規(guī)定計(jì)算，但當(dāng)所計(jì)算的 時(shí)， 不作修正;

　　―高溫下受彎鋼構(gòu)件的穩(wěn)定驗(yàn)算參數(shù)。

　　高溫下，拉彎或壓彎鋼構(gòu)件的強(qiáng)度，應(yīng)按下式驗(yàn)算：

　　(式5-4-70)

　　式中： ―火災(zāi)時(shí)構(gòu)件的軸力設(shè)計(jì)值;

　　―纖維確定的構(gòu)件毛截面模量;

　　、 ―火災(zāi)時(shí)最不利截面處的彎矩設(shè)計(jì)值，分別對應(yīng)于強(qiáng)軸x軸和弱軸y軸;

　　―構(gòu)件的凈截面面積;

　　、 ―分別為對強(qiáng)軸x軸和弱軸y軸的凈截面模量;

　　、 ―分別為繞強(qiáng)軸彎曲和繞弱軸彎曲的截面塑性發(fā)展系數(shù)，對于工字型截面 、 ，對于箱形截面 ，對于圓鋼管截面 。

　　高溫下，壓彎鋼構(gòu)件的穩(wěn)定性應(yīng)按下式驗(yàn)算：

　?、倮@強(qiáng)軸x軸彎曲：

　　(式5-4-71)

　　(式5-4-72)

　?、诶@弱軸y軸彎曲：

　　(式5-4-73)

　　(式5-4-74)

　　式中： ―火災(zāi)時(shí)構(gòu)件的軸向壓力設(shè)計(jì)值;

　　、 ―分別為火災(zāi)時(shí)所計(jì)算構(gòu)件段范圍內(nèi)對強(qiáng)軸和弱軸的最大彎矩設(shè)計(jì)值;

　　―構(gòu)件的毛截面面積;

　　、 ―分別為對強(qiáng)軸和弱軸的毛截面模量;

　　、 ―分別為高溫下繞強(qiáng)軸彎曲和繞弱軸彎曲的參數(shù);

　　、 ―分別為對強(qiáng)軸和弱軸的長細(xì)比;

　　、 ―高溫下軸心受壓鋼構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)，分別對應(yīng)于強(qiáng)軸失穩(wěn)和弱軸失穩(wěn);

　　、 ―高溫下均勻彎曲受彎鋼構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)，分別對應(yīng)于強(qiáng)軸失穩(wěn)和弱軸失穩(wěn);

　　、 ―分別為繞強(qiáng)軸彎曲和繞弱軸彎曲的截面塑性發(fā)展系數(shù)，對于工字型截面 、 ，對于箱形截面 ，對于圓鋼管截面 ;

　　―截面影響系數(shù)，對于閉口截面 ，對于其它截面 ;

　　、 ―彎矩作用平面內(nèi)的等效彎矩系數(shù)，按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50017確定;

　　、 ―彎矩作用平面外的等效彎矩系數(shù)，按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50017確定。

　　5.鋼筋混凝土構(gòu)件抗火驗(yàn)算

　　目前，尚沒有國家標(biāo)準(zhǔn)提出鋼筋混凝土構(gòu)件的抗火驗(yàn)算方法，鋼筋混凝土構(gòu)件的抗火驗(yàn)算一般依據(jù)通用的非線性有限元方法進(jìn)行計(jì)算。

　　6.整體結(jié)構(gòu)抗火驗(yàn)算

　　(1)整體結(jié)構(gòu)抗火極限狀態(tài) 整體結(jié)構(gòu)的承載能力極限狀態(tài)為：

　?、俳Y(jié)構(gòu)產(chǎn)生足夠的塑性鉸形成可變機(jī)構(gòu);

　?、诮Y(jié)構(gòu)整體喪失穩(wěn)定。對于一般的建筑結(jié)構(gòu)，可只驗(yàn)算構(gòu)件的承載能力，對于重要的建筑結(jié)構(gòu)還要進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)的承載能力驗(yàn)算。

　　(2) 整體結(jié)構(gòu)抗火驗(yàn)算原理。上節(jié)給出的規(guī)范抗火設(shè)計(jì)方法是基于計(jì)算的抗火設(shè)計(jì)方法，要求結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)內(nèi)力組合小于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的抗力?；馂?zāi)高溫作用下，結(jié)構(gòu)的材料力學(xué)性質(zhì)發(fā)生較大變化?；诜阑鹪O(shè)計(jì)性能化的要求，對于一些復(fù)雜、重要性高的建筑結(jié)構(gòu)，需要考慮高溫下材料本構(gòu)關(guān)系的變化、結(jié)構(gòu)的內(nèi)力重分布、整體結(jié)構(gòu)的倒塌破壞過程，這就需要對火災(zāi)下建筑結(jié)構(gòu)的行為進(jìn)行準(zhǔn)確確定。對火災(zāi)下建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)力重分布、結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)及耐火極限的確定，需要采用基于性能的結(jié)構(gòu)耐火性能計(jì)算方法。整體結(jié)構(gòu)耐火性能計(jì)算方法需要采用非線性有限元方法完成。

　　整體結(jié)構(gòu)耐火性能計(jì)算的一般步驟為：

　?、俅_定材料熱工性能及高溫下材料的本構(gòu)關(guān)系和熱膨脹系數(shù);

　?、诖_定火災(zāi)升溫曲線及火災(zāi)場景;

　?、劢⒔ㄖY(jié)構(gòu)傳熱分析和結(jié)構(gòu)分析有限元模型;

　?、苓M(jìn)行結(jié)構(gòu)傳熱分析;

　?、輰凑栈馂?zāi)極限狀態(tài)的組合荷載施加到結(jié)構(gòu)分析有限元模型，進(jìn)行結(jié)構(gòu)力學(xué)性能非線性分析;

　?、薮_定建筑結(jié)構(gòu)整體的火災(zāi)安全性;

　?、甙凑丈瞎?jié)要求進(jìn)行構(gòu)件的驗(yàn)算。

　　(3)鋼結(jié)構(gòu)及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)抗火驗(yàn)算的具體步驟。

　　對單層和多高層建筑鋼結(jié)構(gòu)整體抗火驗(yàn)算時(shí)，其驗(yàn)算步驟為：

　?、僭O(shè)定結(jié)構(gòu)所有構(gòu)件一定的防火被覆厚度;

　?、诖_定一定的火災(zāi)場景;

　?、圻M(jìn)行火災(zāi)溫度場分析及結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)部溫度分析;

　?、芎奢d作用下，分析結(jié)構(gòu)整體和構(gòu)件是否滿足結(jié)構(gòu)耐火極限狀態(tài)的要求;

　　⑤當(dāng)設(shè)定的結(jié)構(gòu)防火被覆厚度不合適時(shí)(過小或過大)，調(diào)整防火被覆厚度，重復(fù)上述①～④步驟。

　　對單層和多高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)整體抗火驗(yàn)算時(shí)，可采用如下步驟：

　?、俅_定一定的火災(zāi)場景;

　　②進(jìn)行火災(zāi)溫度場分析及結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)部溫度分析;

　?、酆奢d作用下，分析結(jié)構(gòu)整體和構(gòu)件是否滿足結(jié)構(gòu)耐火極限狀態(tài)的要求;

　?、墚?dāng)整體結(jié)構(gòu)和構(gòu)件承載力不滿足要求時(shí)，調(diào)整截面大小及其配筋，重復(fù)上述①～③步驟。