3 基本规定
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）
续表1
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）。
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） lnternational Standards Organization（ISO）.IS0 834-1:1999,Fire-resistance tests-Elements of building construction-Part 1: General requirements.
2） 1nternational Standards Organization（ISO）.IS0 834-5 2000.Fire-resistance tests-Elements of building construction-Part 5: Specific requirements for loadbearing horizontal separating elements.
3） 1nternational Standards Organization（ISO）.IS0 834-6:2000.Fire-resistance tests-Elements of building construction-Part 6: Specific requirements for beams.
4） 1nternational Standards Organization（ISO）.IS0 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 2519 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 fur Normung,DIN 4102-19 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,建篥樽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。