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3? , 基本规定
【
【
3.1《 防?火要求
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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 5001】6-2014—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
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—。 :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G—B 500》16:。-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)
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》续表1
》
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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G:B :500?16的规定;
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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】),
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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)
》
3.2! 防火设计—
》
在2!0世纪8《0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AS《TM E 119】和NFPA》 251、英国BS! 476、德国D】IN 4《。10:2,、日本JIS 【A 13《。04、?。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 997!81988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19《70: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 5》950? Part —8、欧洲规范—ENV 1993 !-,1-2、美国规范】AN-SI》/,AI:SC: ,360-10等规】范所采用的方—。。法相同上述标准的具!体名:称如:下,
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,。 1) ln!t,ern?。ational 】S,tan?。dard《s Or《gani《za:tio?n(IS《。O).IS0— 834《。-1:19》99,Fire【-resist【ance tes】ts-E《le:ments o【f bui》lding c【onstru—ct:i,o,n-:Pa:rt 1:》 Gener—al requ【irements】.
】 2) 1【nternatio!nal Stan】d,ards Or【gan?i,zation(【ISO).I—S0 8《34:-5 20》00.Fire【-,resistan】ce t《est?s,-Elemen【。ts: o:f b?uilding【 constru】cti?on:-P:。art 5: S】pecific 】re:quiremen】ts fo》r l?oadbe》aring ho】rizon》t,。。。al separa!tin?g e?lements【.
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3) 】1n:terna》。tional 【Stand》ards《 Orga》n,iza?tion《。(ISO).IS0! 834-6—:2000.Fi】re-res—。istanc—e, tests-【Ele?ments》 of bui【。lding —construct!io:n-:。Par?t, 6: Speci!fi:c require!me:nts f》or: b:。eams.
!
4) !1nternati!onal St【an:dards —Organizat!i,on(?I,SO).IS—0 8?。3,4-7?。:2:000.《Fire-》res?istance 】tes?t,s-Ele》ments o【f, bui《lding co】。nst?ru:cti?on-Part 】7: Spe—ci:fic requ】ire?ments f【or co》lum?ns.
—
5】) Interna!t,ion?。a,l Stand【ards Org】anizatio】n(ISO).IS!O,/CD 834【-10.Fire】 r:esista—nce tes【ts-E《lements o!。f,。 ,building !construc】tio?n-Par》t 10《: Specifi!c re《quirem—ents《 to dete】r,mine t—he contri!buti《。o,n of ap【。plied f【。i,re ?。protec—tion mate!ria?ls to》 ,structura!l eleme【nts.
》
,
— 6) In【ternation!al ?。Stan《dards —Organiza】tio?n,(ISO)》.IS?O/CD 》8,34:-1:1.Fire 【re:si:stance te!sts-《。Elements !of bu》ilding c】onstru—ction》。-Par《t 1?1: Spec【ific r—eq:uirements!。 f:or t《he ass—。es:smen《t of fir】e prot—ection to! structu】ral ste【。el eleme】。nt:s.
《
— 7) 》Americ—an Soci【ety o》f Testi【ng ?and M》ater《ials(ASTM!).ASTM— E1?。19-1《2,Standa】r,d Tes》。。t Method】。s :。for 《Fire 》Test《。s of B—。uildi》ng Cons【truction !an:d Materia!l,s,.
》
: 8》) Nat》i,o,nal Fi—re ?Protect【ion A》ssocia—tion《。 (NFPA—),NF《PA 2519 】。Stan《dard《 Me?thod《s, ,。of Tes—ts of —Fire《 Resista】nc:e of B—u,。ild?ing Co—nstru》cti?on a《nd M《ateria—ls,2005 】editio—n.
【
9)【。 British】 Stan》dards —Inst《。itution(B!SI),BS 4】76-20:1【987,F》ire Tes【ts on B【uil?d,ing M》aterials】 and《 Struct【ures,Pa【r,t, 20?: Met》h,od f《。o,r D?etermi—nation 【of th》e Fire 【Resist—ance《。 ,o,。f Element!s of Co【ns:truction】 (G?enera》l Prin—ciples).】
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,
1!0) Br》it:。ish Stan】dards —Instit—ution(—BS:I),?B,S 47《6-21:198】7,Fir》e :。Tests on !。。Building】。 Ma?terials【 and《 Structu】。res,Part】 2:1: Method!。s for》 Dete》rminatio】。n o?。f the》 Fir《e Resist】。ance of 】Loa?dbearing】 Elemen【ts of Co】nstru》ction.
】
【 11) 》Bri?tish 》Stand》ards Ins】tit?u,tion(B—SI),BS 【476-22:【19:87,Fire 】Tests on】 Bu?ilding— M:aterials】 and 》Struc》tures,Pa】r,t :22:Me》thod《s, for Dete!rmination! of th—e Fi《。re Re》si:s,。tance o【f Non-—Loadb》earing El!ements 【of Co》nstructi】on.
【
: 12)【 B:ritish St!an:dards》 Instit【ution(—BSI),BS 】47:6-23:1987!,Fire Tes!ts on》 B:uilding 】。Mate《rials an】d S?truct》u,res,Par【t :23: Metho!ds for— Determ【inati》。on of t【he Contr】ibution 】of Compon!。ents《。 to the【 F:ir:e Resis【tan?ce of a S!tructur【e,.
:
?
: 1》3) D《eutsches】 Ins《titut》 fur Nor】m,ung?,DIN 》4102-》19 Fi》re: B:ehav《。ior of— Building! Material!s an《d Buildin!g Compone!n,ts:。,Part 1:】Bu:。ilding Ma!teria》ls,? Conc》epts, Req!uireme—nts 《a,。n,d :Tes?。ts,1998.】
— 14) 】Deut《s,ches Inst!itut für !No:rmu?ng:,DIN 410】2-:2,Fire B】eha?vi:or o《f, Buildi【ng Mat—eri?als and【 B:uilding【 C:omponents!,Part —2:Bui》lding Co】mp:onents,De!finit》ions,R—equire—men?t,s a?nd: Tests,【1977.
!
15】) :Deutsch【es Ins—tit?ut fu》r :。Nor?mu:ng,DIN 【4102-4,F】ire 《behav》。io:r of 》Building】 Mater—ials 》and B》uild《i,。ng ?Compone【n,ts,Par—t 4:《S,ynopsis a!n,d A?pplicati】on of Cl】。。assif》ied 《Buildi—ng Mat—erial》s,: Comp》onent》s, ,。and S》p,ecial —Comp《onents—,1:994?.
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【16:) Japa—nes?e Indu—stria》l :St:andar》ds,J《IS A 》1304:19【94,建篥樽造部分!の耐:火試驗方法 (Me!thod《 of Fire !Resistan】ce Test f!or: Stru》ctur《al: Parts— ,。of ?Build》ings)》,1994》.,
《
《 17) Sta!nd:ar:ds Assoc】iat?。。ion of Au!str?。alian,—AS 15》30.?4-1997—,Methods !for Fi—re Tests !on Bui—ldin《g Ma《t,erials—, C?。。om:ponent—s :and Str【uctures【, Part 4:! Fi?r,e-R?。esistance! Tests 【of Ele—ments》 of Buil】ding Cons!tr:u,cti?on,19》。97.
【
《 1?8) Europe!an Co》nvention】 for C—。on:st:ructiona】l :Steelwo【r,k(E?CCS),Te【ch:nical —。Com?mitt《。ee 3-》Fire Safe!ty of Ste!el ?。Struct—ures,》European】 Rec《ommendati!on fo》r the Fir!e Sa《fe:ty of Ste!el Stru【ct:。ures-Ca【。。lculati【o,n of《 the Fir】e Re《sist《a,。nce o》f :Lo:adbear—ing Ele【ment and】 St?。r,uctural【 Assembli!es E《xpo?sed to t】he Standa!rd Fir—e,Amster】dam, El【s,evier,19】83.
《
《。
》19)?。 Britis【h Standa】rds 《Insti》tution—(B:SI),《BS 5950,】The Stru】ctural— U:se ?of Ste—elw?ork i》n Build【。ing?s,Part 【8:Code— of Pr—actice fo!r :Fire Res】istant De!sign,20【03:.
:
》 , : 20) E—ur:opean C【。ommi《ttee f—or Sta—n,dardiza【。tion,》ENV 1993-!1-:2,Eu《rocod》。e 3,Desi】gn: of St—eel? Struct【ures,Par】t 1.2:S【tru?ctural F】ire De—sign,》2005.》
! 21) Amer!i,can? Instit【ute 《of Ste—。el Constr!uc:t,i,on.A《N,。SI/AI》S,。。C 3?60-1《0,Spec—ific《ation for! Structur!al Stee【l Bui》ldings,2】010.
》
?
: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
》。
:
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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 50】068-2001】、建筑?结构:荷,载规范GB 5【0,009?-,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
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《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
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【 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 【。595?0 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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