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6 ? 钢结构的》温度计算
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6.1【 火灾升温—曲线
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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
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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
》
《
【图7: 一般室内》火灾的发展过程【
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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 9978.1所!采用的升温曲—线该:。曲线和国际》标准IS《0 83《4-11999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
】
》
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E【C,3 EN 》1993-1-2、!英国规范《BS 595—0:: P:art?。 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《(Perfor【mance-Ba】sed 《De:s,ig:n M?ethod)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?
《
《
图9 【 等效曝火时间【。te
《
【 为简化计》。算数值积分法计算】。面积时时间间隔可取!1,min按下式—确定等效《曝火时间
》。
》
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式中—Tgi由式(—6.1.1-—1)确定的标—准,火,灾升温曲线中—。i时刻(mi—。n)的热烟》气平均温度(—℃):;
《。
】。 T′gJ实际【火灾升温曲线—中j:时,刻(m?in)?的热烟?气平均温度(℃);!
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》 t′实】际火灾作用时—间(mi《n);
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】 te等效》曝火时?间(min)—
】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
!
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ANSI/【A,ISC 3》60-?10Spe》cif?i,cat?ion?。 for《 Str《uctur》。al Stee【。l Build【in:gs(?。。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
!
表:9 无防火保护钢】构件的截面形—。状系:数
【
—续表9
—
!注表中A为构件截面!积
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,表,10 ?标准火?灾下无防火保—护钢构件的温—度(℃)《
【
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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30?s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11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
】
, 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
【
,
续表【11
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,
】
续?表11
《。
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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0.0】1m:。2,·℃/W
!
续】表1:。2
!
续表—12
《
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表1—3, :标,准火:灾下轻质防》火保护钢构件的升】温(℃?)等效热阻0.05!m2·℃/》。W
【
,
续—表1:3
!
续表13】
【
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15《 标准火灾下【轻质防火保护—钢构件的升温(℃】)等效热阻0—.2m2·℃/【W
》
《
《续表1?5,
:
!
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1—6
?
】
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
《
:
续!表,17
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【
,续,表17
!
?
表18 】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1—0所:示,从图中?。可见当钢构》件的温度不大于70!0℃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
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(图?中实线?为简化公式计算结果!虚线为迭代公式【计算结果)
【