6 钢结构的温度计算
6.1 火灾升温曲线
6.1.1 常见建筑的室内火灾升温曲线可按下列规定确定:
1 对于以纤维类物质为主的火灾,可按下式确定:
2 对于以烃类物质为主的火灾,可按下式确定:
式中:t——火灾持续时间(min);
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(℃),可取20℃。
6.1.2 当能准确确定建筑的火灾荷载、可燃物类型及其分布、几何特征等参数时,火灾升温曲线可按其他有可靠依据的火灾模型确定。
6.1.3 当实际火灾升温曲线不同于标准火灾升温曲线时,钢结构在实际火灾作用下的等效曝火时间te可按实际火灾升温曲线、时间轴、时刻t直线三者所围成的面积与标准火灾升温曲线、时间轴、时刻te直线三者所围成的面积相等的原则经计算确定。
6.2 钢构件升温计算
6.2.1 火灾下无防火保护钢构件的温度可按下列公式计算。
式中:t——火灾持续时间(s);
△t——时间步长(s),取值不宜大于5s;
△TS——钢构件在时间(t,t+△t)内的温升(℃);
TS、Tg——分别为t时刻钢构件的内部温度和热烟气的平均温度(℃);
ρS、CS——分别为钢材的密度(kg/(m3)和比热[J/(kg·℃)];
F/V——无防火保护钢构件的截面形状系数(m-1);
F——单位长度钢构件的受火表面积(m2);
V——单位长度钢构件的体积((m3);
α——综合热传递系数[W/mm2·℃)];
αc——热对流传热系数[W/(m2·℃)],可取25W/(m2·℃);
αr——热辐射传热系数[W/(m2·℃)];
εr——综合辐射率,可按表6.2.1取值;
σ——斯蒂芬-波尔兹曼常数,为5.67×10-8W/(m2·℃4)。
表6.2.1 综合辐射率εr
6.2.2 火灾下有防火保护钢构件的温度可按下式计算。
1 当防火保护层为非轻质防火保护层,即2ρicidiFi>ρscsV时:
2 当防火保护层为轻质防火保护层,即2ρicidiFi≤ρscsV时:
对于膨胀型防火涂料防火保护层:
对于非膨胀型防火涂料、防火板等防火保护层:
式中:ci——防火保护材料的比热容[J/(kg·℃)];
ρi——防火保护材料的密度(kg/(m3);
Ri——防火保护层的等效热阻(m2·℃/W);
λi——防火保护材料的等效热传导系数[W/(m·℃)];
di——防火保护层的厚度(m);
Fi/V——有防火保护钢构件的截面形状系数(m-1);
Fi——有防火保护钢构件单位长度的受火表面积(m2);对于外边缘型防火保护,取单位长度钢构件的防火保护材料内表面积;对于非外边缘型防火保护,取沿单位长度钢构件所测得的可能的矩形包装的最小内表面积;
V——单位长度钢构件的体积((m3)。
6.2.3 在标准火灾下,采用轻质防火保护层的钢构件的温度可按下式近似计算;在非标准火灾下,计算采用轻质防火保护层的钢构件的温度时,火灾时间t应采用按本规范第6.1.3条确定的等效曝火时间te。
式中:t——火灾持续时间(s)。