5.1.1  本条规定了高温下钢材的物理特性参数取值。高温下钢材的热膨胀系数、热传导系数和比热等随温度的不同会有一定的变化[式（1）～式（4）]，本规范取这些参数在高温下的平均值。

    钢材的物理特性主要取决于钢材的化学组分，加工工艺、加工过程对其影响较小。钢结构工程中常用的碳素结构钢（低碳钢、中碳钢、高碳钢）和低合金结构钢等所含的碳元素、合金元素的比例都很小，基本上小于或等于5％；耐火钢的合金元素稍高于低合金结构钢。因此，这些钢材的高温物理特性基本相同。

    （1） 结构钢的热膨胀变形率△l／l：

式中：Ts——钢材的温度（℃）。

    （2） 结构钢的热膨胀系数as [m/（m·℃）]:

    （3） 结构钢的热传导系数λs[W/（m·℃）]：

    （4） 结构钢的比热Cs[J/（kg·℃）]：

    （5）结构钢的泊松比Vs：

Vs=0.3 （5）

5.1.2、5.1.3  这两条规定了高温下结构钢的强度设计值和弹性模量。

    在本规范中，如无特别说明，结构钢是指钢结构工程中大量应用的具有屈服平台的低碳结构钢和低合金结构钢，包括Q235钢、Q345钢、Q390钢和Q420钢等。与高温下钢材的物理特性不同，钢材的生产工艺、加工过程等对高温下钢材的力学性能有较大的影响，并且高温对高强度钢、高强度螺栓、高强度钢绞线、钢索的强度影响要显著地大于结构钢，式（3）不适用这些钢材。

    结构钢在高温下的力学性能有如下特点（图3）

图3 ASTM A36钢的高温应力-应变曲线

    （1） 钢材的屈服强度和弹性模量随温度升高而降低，且屈服台阶变得越来越小；温度高于3 00℃后，已无明显的屈服平台。

    （2） 钢材的极限强度基本上随温度的升高而降低，但在180℃～370℃温度区间内，极限强度有所提高，塑性和韧性下降（即出现“蓝脆现象”）。

    （3） 温度高于400 ℃后，钢材的强度与弹性模量开始急剧下降；温度达到650℃时，钢材已基本丧失大部分强度。温度高于300℃后，钢材已无屈服段，因此需要指定一个强度作为钢材的名义屈服强度。通常以一定量的塑性残余应变（称为名义应变）所对应的应力作为钢材的名义屈服强度（图4）。常温下一般取0.2％应变作为名义应变，而在高温下名义应变取值尚无一致的标准。

图4 钢材高温名义 屈服强度定义

    （1） 欧洲钢结构协会标准《钢结构防火-欧洲钢结构防火设计手册》规定，当温度大于400℃时，以0.5％应变作为名义应变，当温度低于400℃时，则在0.2％ （20℃时）和0.5％应变之间按线性插值确定[European Convention for Constructional Steelwork （ECCS）,Technical Committee 3-Fire Safety of Steel Structures, Design Manual on the European Recommendations for the Fire Safety of Steel Structures，1st Edition,1985.]。钢梁、钢柱耐火试验表明，按上述方法确定的名义应变值过于保守。

    （2） 英国国家标准《建筑钢结构  第8部分：耐火设计实施规范》规定了三个名义应变水平的强度，以适应各类构件的不同要求，即：2％应变，适用于有防火保护的受弯组合构件；1.5％应变，适用于受弯钢构件；0.5％应变，适用于除上述两类以外的构件（British Standards Institution,BS 5950,The Structural Use of Steelwork in Buildings,Part 8:Code of Practice for Fire Resistant Design，1990.）。

    （3） 欧洲标准《钢结构设计 第1.2部分：结构防火设计》则取2％应变作为名义应变来确定钢材的名义屈服强度（European Committee for Standardization,EN 1993-1-29Eurocode 3,Design of Steel Structures,Part 1.2:Structural Fire Design,2005.）。

    随着研究的广泛与深入，对结构钢的高温性能以及钢结构在火灾下的反应有了更深入的了解，目前对于采用较大的名义应变来确定结构钢高温下的名义屈服强度已达成共识。

    国内对Q235、Q345等结构钢进行了系统的高温材性试验，得到了0.2％、0.5％、1.0％等名义应变水平的高温屈服强度。综合国内试验资料，并参考EN 1993-1-2：2005、BS 5950-8：2003等给出了我国结构钢高温下的强度设计值和弹性模量。表6为按本规范有关公式计算的各温度下钢材的屈服强度折减系数ηsT和弹性模量折减系数XsT。

表6 钢材高温下的屈服强度折减系数ηsT和弹性模量折减系数XsT

5.1.4、5.1.5  耐火钢通过在钢材中加入钼等合金元素，使钢材在高温时从原子中析出碳化钼M02C。由于此类化合物比铁原子大，能起到阻止或减弱“滑移”的作用，从而提高钢材高温下的强度。耐火钢无蓝脆现象，故在低温度区段内耐火钢的强度损失大于结构钢。在实际工程中，绝大多数钢构件的临界温度在450℃～700℃范围内，在该温度段内耐火钢的强度损失小于结构钢。

目前，各钢铁公司生产的耐火钢的高温材性有较大的差别，本规范给出的公式不一定适用于所有品种。应用式（5.1.4）、式（5.1.5）时，要求600℃时耐火钢的实测屈服强度折减系数不低于式（5.1.4）计算值的10％。

5.2.1  本条有关高温下普通混凝土的热工性能参数参考了EN 1994-1-2:2005（Eurocode 4 Part 1.2，Design of composite steel and concrete structures: Structural fire design）的规定。其中，公式（5.2.1-2）是根据EN 1994-1-2：2005给出的普通混凝土热传导系数上、下限公式取平均值得到的。对于钢与混凝土组合结构建议采用上限公式。

    上限公式：

    下限公式：

20℃≤TC＜1200℃

    混凝土的含水率对热工性能的影响很大，特别是对比热和热传导系数。本条给出的热工参数取值适用于干混凝土，即含水率不大于4％的普通混凝土。

5.2.2  本条有关高温下普通混凝土的轴心抗压强度和弹性模量参考了EN 1994-1-2：2005的规定。其中，弹性模量折减系数是对EN 1994-1-2：2005中混凝土的高温应力一应变曲线计算公式求导得到的。表5.2.2适用于强度等级C60及以下的混凝土。

5.2.3  本条有关高温下轻骨料混凝土的热工性能参数参考了EN 1994-1-2：2005的规定，适用于含水率小于或等于5％的轻骨料混凝土。

5.2.4  本条有关高温下轻骨料混凝土的轴心抗压强度和弹性模量参考了EN 1994-1-2：2005的规定。表5.2.4适用于强度等级C60及以下的混凝土。

5.3.1  本条规定的非膨胀型防火涂料的等效热传导系数计算方法，基于非膨胀型防火涂料保护钢构件的标准耐火试验，可综合反映防火涂料在火灾下传热（隔热防火保护）的实际性能以及火灾下防火涂料外表面的热对流、热辐射传热效应，避免了常规试验方法，如国家现行标准《耐火材料 导热系数试验方法（水流量平板法）》YB/T 4130、《耐火材料导热系数试验方法（热线法）》GB/T 5990等的不足。

    非膨胀型防火涂料在火灾下受火温度范围大，其热传导系数随温度有较大的变化，但从工程应用角度，热传导系数采用常数可极大地简化计算。试验与理论计算的对比表明，采用540℃（约1000 ℉）时的等效热传导系数，可相当精确地模拟非膨胀型防火涂料保护钢构件在火灾下的升温，并且不同保护层厚度下测得的非膨胀型防火涂料的等效热传导系数变化很小。

    现行国家标准《钢结构防火涂料》GB 14907-2002采用I36b、140b（截面形状系数见表7）作为钢试件，按照国家标准《建筑构件耐火试验方法》GB/T 9978-1999（目前已被现行国家标准《建筑构件耐火试验方法  第1部分：通用要求》GB/T 9978.1替代）进行耐火性能试验。当涂料型式检验报告中给出钢试件升温曲线时，可按式（5.3.1）计算非膨胀型涂料的等效热传导系数；当没有给出钢试件升温曲线时，可采用防火保护层厚度20mm、长度500mm的I36b（或I40b）工字钢试件进行不加载耐火试验，测试钢试件的升温曲线。

表7  钢试件的截面形状系数（m-1）

5.3.2、5.3.3  第5.3.2条规定了膨胀型防火涂料保护层的等效热阻计算方法。针对膨胀型防火涂料的特点，第5.3.3条规定膨胀型防火涂料应给出5个使用厚度的等效热阻。

    膨胀型防火涂料受火膨胀，形成比原涂层厚度大数倍到数十倍的多孔膨胀层，该膨胀层的热传导系数小，隔热防火保护性能良好。火灾下膨胀层厚度主要取决于涂料自身的特性、涂层的厚度，受膨胀层自身致密性、强度等的限制，膨胀层厚度不会一直随着涂层厚度的增大而增大，而且涂层太厚容易造成膨胀层过早脱落，因此膨胀型防火涂料存在最大使用厚度。膨胀型防火涂料涂层厚度和膨胀层厚度、热传导系数之间均为非线性关系（图5）。因此，膨胀型防火涂料不宜采用等效热传导系数，而是采用对应于涂层厚度的等效热阻。

图5 膨胀型防火涂料的膨胀层厚度、等效热传导系数

5.3.4  表8给出了其他一些防火保护材料常温下的热传导系数，供参考。

表8  其他防火保护材料常温下的热传导系数