6 钢】结构的?温,。。度计算
】
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6.1— , 火灾升温曲线【
6!.1.1 —本条规定了钢结构】。耐火:验,算与防?火设计采用的火灾】升温:曲线
】 : 建筑火灾一【般是:从建筑内部的某一空!间起火开始而造【成的:结果通?。。常可分为火灾初【期增长阶《段、全盛阶段、衰退!阶段三个阶段—火,灾的发展《过程及?其严:重程度取决于室内可!燃物的燃烧性能、】数量:及分:布情况(火荷载密度!)以及着火》房间的?大小:、形状、通风状况等!因素图6为一般【室内:火灾、高大空间【火灾这?两种典型的建筑火灾!着火空间的环境温】度升温曲线的—比较
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图6 】一般室内火》灾与:高大空间火》灾的升温《曲线比?。。较
【 一》般室内火灾在初期】增长阶段、全盛阶段!之间有?。。一个标志着火—灾发生?质变:的现象轰燃现象(图!7)这时室内—所有可燃物都将【着火燃烧《。环境:温度急剧升高危【及结构安全轰燃【现象是一般》室内火?灾过:。程中一个《非常:。重要的现象持—续时间很短
!
实【。际火灾?。升温曲线具有多样性!为了:统一和便于比较许】。多国家和组织—制定了标准火灾升】温曲线用《于构件耐火》试验以评定构件【的耐火极限为—了使钢结构耐—火验算与标准耐【火试验一致因此【本,规范规定采》用标准耐火》试验的?炉内升温《曲线作为钢结构耐火!验算的火灾升温曲】线
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图】7 一般室内—火灾的发展过程【
— , 式(6—.1.1-1)所规!定的标准火灾—。升温曲?线是现行国家—标准建筑构件耐火试!验,。方法 《第1部分通用要求】GB/T《 99?78.1《所采用?的升:温曲线该曲线和【国际标准IS0【 834-1—199?9所采用的标准【火,灾升温曲《线,相同适用于以—纤维:。类火灾为主》的建筑其《可,燃物主要为》一,般可燃?物如木材、》纸张:、棉花、《布匹、衣物等可混】有少量塑料或—合成材?。料
【 式》(,。6.1.1-—2)所规定的升温曲!线,称为碳氢《(HC)升》温曲线适《。用于可燃物以烃类材!料,为主:的场所如《石油化工《建筑及生《产、存放烃》类材料、《。产品的厂房》等
《
【图8为标准火灾升】温曲线与碳氢(HC!)升温曲线的比【。较
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图8 标】准火灾?升,温曲线与《碳氢(HC》)升温曲线》的,比较
6!.1.2《 采用《标准火灾升温—曲,线给结构防》火设计带来了很大的!。方,便但是标准火—灾升温曲线有时与实!。际,火灾(如高大空【。间火灾?)相:差甚:大为了更好》地反映?实际火灾对结构的】破坏:程,度在能确定建筑物】室内的有关参数以及!火荷:载的:情况下欧洲规范【。EC3 EN 1】993-1》-2、英国规—范BS 59—50:: Pa《rt 8等均允许结!。构防火设计采用【实际火灾升温曲线近!年来提出的性能化防!火设计方《法(Perfo【rmance-【Ba:sed Desi】gn Method!)则更是要求—在设计时《应采用能反映实【。际火灾特性的升温】曲,线因此本条规定当能!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【数时建筑内着火空】间的环?境温:度也可按其他有可靠!依据:。的火灾?模型计?算
】 ?。必须:指出的是《高大空?间火灾着火空—间的环境温度不一】。定很高但是》火灾区域及邻近的】。构件还应考虑可能被!火焰吞没、火—焰辐射对其升温的】影响建筑内的高大空!。。间大体?可分为以下两—类
《
(1!) 占地面积相【当大且具有一—定高度的《大体积型建筑如会堂!。、展览馆、剧—院,、体育馆、候车【厅和大型《仓库:等其面积通》常有几百至》几千平方米高度一】般,在8m~20m【之间;
【
《 (2) 具有】一定的?占地面?积但:空,间相当高的》细高型建筑》如高层建筑的中庭】其面:积为几十《至几百?平方米高度则有十几!米至:百米
【
6.1.3— 本规范第2.1!.8条给出了等效】曝火时间的》定义(见《图9)本条给出了】确定等效《曝火:。时间的方法该方【法基:。于火灾释放热—量相等的原》则该方?法考虑了火灾持【续时间的影响但【火灾:时从:热烟气传递》到构件的热》量与:。热烟气和构件—的温度差有关—因,此当实际火灾升温】曲,线与标准火灾升温】曲,线差别很大时该【方法存在较大的误】差
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》
图9】 等效曝》。火时间te》
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为】简化计算数值积分法!计算面积时》时间间?隔可取1mi—n按下式确定等效曝!。火时间
】。
《
式中》Tgi由式(6【.,1.1-1)—确定的标准火—灾,升温曲线《中i时刻(min)!的,热烟气平均温度(℃!);:。
?
《 T′g】J实际火灾升温曲线!中j时刻《(min)的热烟】气,平均温度(℃)【;
【 t【′,实际火灾作用时间】(min《);
—。
t!e等效?曝火时间(m—in)
》
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6.2 】 钢构件升温—计算:
《
— , 本节适用》于表面?受火均匀《的轻型钢构件—的升温计算重型钢】构件或表面受—。火不均匀的钢构件】其截面上各点—温,度相差较大》为不均匀分布宜【采用有限差》分,法、有限单元法【等数:值方法计算其—升温当单位长度【钢构件的表》面积:与对:。应,的体积之《比大于10》时为轻型钢》构件;?。反,之则为重型钢—构,件实际?工程中?的大:部分:钢构件为轻型钢【构件
?
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6.2.1! 本条《给出的无防火保护】钢构件的升温—。计算公式基于集总】热量法?原理为增量》公,式需要?逐步迭代《计算其中时》。间步长△t》不宜大于5 s以保!证计算?精度表6.2.1给!出的综合辐》射率:εr取自美国标准A!。NS:I/A?。ISC 36—0-10Speci!fication !f,or S《tr:uctural S!。teel Buil!dings》(2010)综合】。考虑了烟《气的辐射率》以及辐射角系数的影!响适:用,于符合本规范第6.!1.1?条式(6.1.1-!1)、式(》6.1.1-—2)规定的》火灾当实际火—灾与本规《范第6.1.1条式!(6.?1.1-1)—、式(6.》1.1-《。2)规定的火—灾,相差很大时应调整】综合辐射率的取值表!。9给出了常见的无防!火保:护,钢构件的截面形状系!数计算示《例在标准《火灾下无防火—保护的钢构》件按式(6.—2.1)计算的温】度如表10所示
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表9 无防—火保护钢构件的截面!形状系数
】
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续表!9
《
《。
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注?表中A为构件截【面积
《
表10 标!准火:灾下无防火》保护钢构件》的温度(《℃):
!
续表》10
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】注1 ?当F/V<10时】构件温度应按截面】温度非均《匀分布计《算,;
!。。 2 当F—。/V>300时可认!。为构件温度》等于空气温》度
6.!2.2 本条【给出的有防火保【护钢构件《的升温计算公式为增!量公式需要逐—步迭代计算》其中时间《步长△t不宜大【。于3:0s以保证计算精】。。度
?
有!防火保?护钢构件的截面【形状系数Fi/【V不仅与钢构—件的截面特性有关还!与防:火保护层《做法有关工程中常用!的防:。火保护?层做法?可,分为两种《(1)外边缘型保护!即,。防火保护层全部沿着!钢构件的外》表面进行保》护,;,(2)非外边缘【型,保护即全部或部【分防火保《护,层不沿着《钢构:件的:外表面进行保护表1!1给出了常见的有防!火保护钢构件—的截面形状系—数计算示例
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? 钢结构防】火保护的种类—和施工方法较—多其:特性也有较大的【差,别有些防火保护层】质量很?轻相:对钢构?件来说?。。其自身吸收的热量】可,忽略这种防》火保护层称为轻质】保护层;而有些【防火:保护层自身所吸收的!热量必须加》以考虑这种防火保护!层称为非《轻,。质保护层一般情【。况,下非膨?胀型防火涂料—、膨胀型《防火涂料、蛭石【防火板、硅酸钙【防火板、硅酸铝纤】维,毡等防?火保护层为轻质保护!层;:混凝土、《金属网抹砂浆、砌体!等防火保护层为非】轻质保护层忽略保】护层自身《。所吸收的热量钢构】件的温?度,计算结?果是偏高的因此以】此温度进《行防火设计的结果】偏于安全
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《 标:准火灾下采用轻质】防火保护层的钢构】件,按式(6《.,。。2.2)计算—。的钢构件温度—如表12~表18所!示
》
表?11: 有防火保护—钢构件的截面形状】系数
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》
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续:。表11
【
》
续《表11?
—
》
注表中A为—构件截?面面积
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表12 标准】火灾下轻《质防:火保护钢《。构件的?升,温(℃)《等,效热阻0《.01m2·℃/】W
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】
续表12【
,
:
!续表12
!
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表13 标准】火灾:下轻质防火保—护,钢,构,件的升?温(℃)等效热【阻,0.05m》2·℃/《W
《
?
,
续表【13
《
?
续表!1,3
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—
,
表《14 标准火灾】下轻质?防火保护钢构件的】升温(℃)等效热】阻0.1m2·【℃/W?
,
—
续—表14
!
?。
表1》5 标准火灾【。下轻质?防火保护钢构件的升!。温(℃)《等效热?阻0.2m》2·℃/W
!
《
续表15】
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—表16 标准火灾!。下轻质防火保护【钢构件?的升温?(℃)等效热—阻0.3m2·℃】/W
】
续表】16:
:
》
《
续表16
!
】表17 标准【火灾下轻《质防火保护钢构件的!。升,温(℃)等效热【阻0:.4m2·》℃/:W
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:
】续表17
】
】续表17
!。
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表1【8 标准火—灾下:轻质防火保》护钢构件的升温(】℃)等效热阻—。0.5?m2·℃/W
【
!
:。续表18
【
《。
?
6.2.3【 , 本条给出的标准火!灾下采用轻质防火】保护的钢构件—的近似升温计算公】式是通过对本规范】第6.2.2条【的迭代升《温计算公式》(6.2.2-1)!。、式(6.2.2】-4)的计算结果进!行数学拟合得到二者!的比较如图10所示!从图:中可见当钢构件的温!度不大于700【℃时二者计算结【果的偏差很小由【于式:(6.2.3)为显!式计算公式极大地】方便了计算
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图?10 简化升温计】算公式(6.2.3!)与迭代升》温计算公式》(6.2.2-1)!的比:较
《。
(图中实【线为简化公式计算结!果,虚线为迭代》公式计算结果)
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