7 钢结构耐火验算与防火保护设计
7.1 承载力法
采用承载力法进行钢结构耐火验算与防火保护设计时，可按下列步骤进行：
（1） 确定防火保护方法，设定钢构件的防火保护层厚度（可设定为无防火保护）；
（2） 按本规范第6章的规定计算构件在设计耐火极限tm时间内的最高温度Tm；
（3） 按本规范第5.1节的规定确定高温下钢材的力学参数；
（4） 按本规范第3.2.2条的规定计算构件的最不利荷载（作用）效应组合设计值；
（5） 按本规范第7.1节的规定验算构件的耐火承载力；
（6） 当设定的防火保护层厚度过小或过大时，调整防火保护层厚度，重复上述（1）～（5）步骤。
7.1.1～7.1.6 本规范第7.1.1条～第7.1.6条规定了轴心受拉钢构件、轴心受压钢构件、单轴受弯钢构件、拉弯钢构件、压弯钢构件等基本钢构件的耐火承载力验算公式，这些公式与其常温下验算公式的形式一致，以便于设计人员掌握与应用。这些公式的推导原理与常温下钢构件的相同，不同之处在于考虑了温度对强度、弹性模量和稳定系数等的影响。
现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017规定，当受弯钢构件的稳定系数φb>0.6时，φb应取式（9）计算的φ′b。第7.1.4条的符号说明中，“当所计算的φb>0.6时，φb不作修正”是指在此情况下，不采用φ′b代替φb 。
7.1.7 框架梁上一般有楼板或其他支撑，起到侧向约束作用，可防止框架梁发生整体失稳，因此钢框架梁的耐火承载力取决于其截面强度。试验和理论研究发现，对于两端有一定轴向约束的框架梁，火灾下梁的轴力首先为压力，但随着梁挠曲变形的增大，由于悬链线效应，梁中轴压力将逐渐减小，直至为零，再变为拉力。随着轴向拉力的发展，梁仍能再承受较高些的温度才会发生强度破坏（图11）。因此，框架梁的耐火设计，可偏于安全地取梁中温度轴力为零时的状态，进行耐火承载力验算。
图11 两端约束钢梁轴力随温度的变化图
7.1.8 通常，框架柱受火时，相邻框架梁也会受影响而升温膨胀使框架柱受弯。分析表明，框架柱很可能因框架梁的受火温度效应而受弯形成塑性铰。为简化框架柱耐火设计，可偏于保守地假设柱两端屈服（图1 2），同时忽略框架柱另一方向弯矩的影响，则本规范第7.1.6条有关框架柱平面内、外稳定验算公式（7.1. 6-1）、（7.1. 6-3）可分别近似为：
由于框架柱的长细比一般较小，而两端反方向弯矩条件下βm和βt的平均值约为0.23，加上考虑所忽略的框架柱另一方向弯矩的影响，则本规范第7.1.6条式（7.1.6-1）、式（7.1.6-3）左端的第二项可近似取为0.3fT，框架柱的耐火验算可仅按式（7.1.8）进行。需注意，应分别针对框架柱的两个主轴方向，按式（7.1.8）进行验算。
图12 框架梁升温使框架柱端部受弯形成塑性铰
7.2 临界温度法
采用临界温度法进行钢结构耐火验算与防火保护设计时，可按下列步骤进行：
（1） 按本规范第3.2.2条计算构件的最不利荷载（作用）效应组合设计值；
（2） 根据构件和荷载类型，按本规范第7.2.1条～第7.2.7条计算构件的临界温度Td；
（3） 按本规范第6.2.1条计算无防火保护构件在设计耐火极限tm时间内的最高温度Tm；当Td＞Tm时，构件耐火能力满足要求，可不进行防火保护；当Td≤Tm时，按步骤（4）、（5）确定构件所需的防火保护；
（4） 确定防火保护方法，计算构件的截面形状系数；
（5） 按本规范第7.2.8条、第7.2.9条确定防火保护层的厚度。
7.2.1～7.2.7 各类钢构件的临界温度，均是根据本规范第7.1节相应构件的耐火承载力验算公式，按构件达到耐火承载力极限状态时的温度为临界温度的定义，通过数值计算得到。
7.2.8、7.2.9 第7.2.8条中的式（7.2.8）是由本规范第6.2.3条式（6.2.3）变换得到，因此其适用条件为：火灾烟气温度按标准火灾升温曲线确定，防火保护层为轻质防火保护层，且临界温度不高于700 ℃ 。当不符合上述条件时，应按第7.2.9条确定防火保护层的厚度；本规范第6.2.2条式（6.2.2）为有防火保护的钢构件升温迭代公式，计算防火保护层的厚度需要多次试算，具体可按以下步骤进行：
（1） 假定防火保护层厚度，按本规范第6.2.2条式（6.2.2）计算钢构件在设计耐火极限时间内的最高温度Tm；
（2） 比较构件的临界温度Td和构件在火灾下的最高温度Tn，调整防火保护层厚度。当Tm大于Td时应增大防火保护层厚度，以新的防火保护层厚度按式（6.2.2）重新计算Tm，直至Tm小于Td；当Tm比Td小很多时应减小防火保护层厚度，以使防火保护经济。
根据本规范第5.3.2条、第5.3.3条，对于膨胀型防火涂料给出的是最大使用厚度、最小使用厚度的等效热阻以及防火涂料使用厚度按最大使用厚度与最小使用厚度之差的1/4递增的等效热阻，因此在计算所需的防火涂层厚度时，可据此采用线性插值方法计算确定其防火层厚度。