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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
】
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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《。
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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
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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G—B/T 99—78.?1所采用的》升温曲线《该曲:线,和国际标准》IS:0 834-—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(H—C):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
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》。 , 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B《S 5950—: Par》t 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(】Pe:rformanc】e-Ba《sed D》esign》 Me?thod《)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
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【。(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;
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: : (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】
【 ?为简化计算》数值:积分法计算面—积时时间间隔—可取1min—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(》℃,);
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:。 T′g!J实际火灾升温【曲线中j时刻(【min)《的热烟气平均温度】(℃);
》
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》 ? t:′实际火《灾作用时间(mi】n);
】
t】e等效?曝火时间(mi【n)
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6.2 】钢构件升温计算
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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—N,SI/AISC 】360-1》0Spec》ifica》ti:on ?。f,or Stru【ctura》l Steel 】Build》ing?s(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
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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1:0,
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《
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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;【
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》 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30s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
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表11《 有防火保护钢构件!的截面形状系数
】。
《
》。
续表1》1
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续表1—1
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【
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,注表中?A为构件截面面【积
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表1?2 标准火—灾下轻?质防火?保护:钢构件的《。升温(℃《)等效热阻0.01!m2·℃/W—
【
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:.05?m2·℃/》W
】
续表【13
—
【
续:表1:3
》
】表14 》标准火灾下》轻质防火保护钢构】。件的升温(》℃)等效热》阻0.1m》2·℃/W
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】
,
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0.2—m2:。。·℃/W
【
《。。
,
《续表15
【
!。表16 《 标准火灾下轻【质防火保护钢构件】的升温?(℃)等效热阻0.!3m:2·℃/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
《
》
续表1【7
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!
续表17
【
】
?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,.5m2·℃/W】
【
续表18!
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—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,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1《0 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)》
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