E.0.1  火灾标准升温曲线

    本规范采用的升温曲线为国家标准《建筑构件耐火试验方法 第1部分：通用要求》GB/T 9978.1-2008中第6.6.1条规定的升温曲线，也是国际标准ISO 834推荐的升温曲线。

E.0.2  高温下材料的特性

    高温下，钢材和混凝土的强度会随着温度的升高而下降，目前采用较多的是国外T.T.Lie的实验数据。由于其采用的是高温下钢材和混凝土的强度和弹性模量，用分段函数或表格的形式给出；为了方便采用计算，构造新的函数对其重新回归，最终得本规范公式(E.0.2-1)～(E.0.2-4)，热工参数采用T.T.Lie的成果。

E.0.3  标准升温曲线下构件的温度场计算

    钢管混凝土防火设计是通过基于平均温度概念的方法，由理论、实验和数值分析，给出了钢管和混凝土的平均温度计算公式。多边形的平均温度计算，基于平均温度控制方程推导，将等效成具有同样面积的圆形截面计算，其中：

    钢管的等效厚度 ds（单位为“mm”），按面积等效成圆形的厚度可以按下式计算：

      混凝土的等效厚度 Le（单位为mm），按面积等效成圆形的厚度可以按下式计算：

E.0.4  标准火灾升温曲线下构件的抗压承载力

    由于钢管很薄且导热性好，因此可以认为钢管的温度处处相等。对于混凝土，由于存在温度梯度，通过研究发现可以采用混凝土的平均温度来统一衡量混凝土的强度变化。同时，火灾下钢管强度降低较快，因此忽略火灾下的套箍作用，则强度的折减系数 kscT 等于高温下的强度叠加值比上常温下的强度叠加值，见本规范公式(E.0.4-2)。则火灾下的组合强度等于强度折减系数乘上常温下的组合强度，即：

    当混凝土的折减系数简化为线性变化时，可采用平均温度计算材料的强度折减，考虑温度的不均匀性，混凝土的平均温度按图17中的小值计算，即：

      

图17 钢管混凝土强度折减系数（稳定系数）

随温度的变化曲线

    火灾下构件的强度承载力设计值按下式计算：

    火灾下构件的稳定承载力设计值按下式计算：

      式中：φT—— t 时刻，钢管混凝土构件的稳定系数，按本规范公式(E.0.4-6)计算。

    在常温下，影响构件的稳定系数的主要因素有两个，一个是正则长细比，另一个是等效初始偏心。对于正则长细比，根据统一理论的思想，可以将不同时刻的钢管混凝土看成是一种单一材料组成的构件，对应的参数按不同时间点的材料性质来确定，计算公式和常温相同。对于等效初始偏心系数，由于高温的影响，在这里考虑到高温对残余应力的影响，稳定系数按类似钢结构的“b”类截面考虑。

    高温下的稳定系数同样根据静力公式扩展而来，高温下的稳定系数计算公式如下：

      式中 λscT——高温下的正则长细比，；

          λsc——构件的长细比；

          fscT—— t 时刻，钢管混凝土构件的强度设计值，按本规范公式(E 0.4-1)计算；

          EscT—— t 时刻，钢管混凝土构件的弹性模量，按本规范(E 0.4-7)计算。

E.0.5  空心钢管混凝土中空部分注水构件的耐火时间

    空心钢管混凝土柱可利用管内无混凝土的空心部分，火灾时自动注水，以使构件降温，保护柱子不被破坏。表4为不同火荷载比下，空心注水构件的耐火时间有限元结果。从表中可以看出，在火荷载比较大的情况下，如：H-CFST-1（火荷载比大于0.3），H-CFST-2（火荷载比大于0.4），注水对提高构件耐火时间的作用非常有限，可不考虑注水的影响，按不注水钢管混凝土构件计算耐火时间。而当荷载比较小时，注水能很显著地提高构件的耐火时间，一般能达到3h(180min)以上，如火荷载比为0.1时，注水构件的耐火时间超过4h，按3h(180min)取值。因此可以看出注水对耐火时间的提高主要针对大空心率构件和小火荷载比的情况。

 表4 不同火荷载比下空心注水构件的耐火时间(min)有限元结果

     注：火荷载比为1时，即为极限荷载，认为耐火时间为0.0。

    表5为几个空心构件的火灾实验结果汇总。无防火保护层时，其耐火时间都不到3h。

表5 防火实验结果汇总

E.0.6  当防火材料为非膨胀型涂料时：

    防火材料主要是阻挡或延缓外部热流向构件内部的传热，从而起到滞后构件升温的作用，延长构件的耐火时间。根据已有文献的实验现象，发现带保护层的构件的升温过程和没有保护层的构件类似。

    当钢管温度相同时，有保护层构件所用的时间 t'e 和没有保护层的构件所用的时间 t'0，存在下面的关系：

     当混凝土的平均温度相同时，有保护层构件所用的时间 t"e 和没有保护层的构件所用的时间 t"0，存在下面的关系：

     对于同一构件，当 t'0＝t"0＝t 时，t'e＜t"e。即在相同的荷载条件下，带保护层的钢管混凝土构件的耐火时间在 t'e 和 t"e 之间。取构件耐火时间为：

      因此，非膨胀型涂料厚度可以按下面的公式计算：

    式中：d——保护层厚度(mm)；

          λ——保护层的导热系数[W/(m·℃)，如 λ＝0.1W/(m·℃)；

          tsc——没有保护层时，构件的耐火时间(min)。可以根据本规范第E.0.4条反算到；

          te——加保护层后希望达到的耐火时间(min)。

    当构件在没有涂防火涂料时耐火时间大于期望达到的耐火时间时，可以不进行防火保护。

    当防火保护层为水泥砂浆时：

    在不带保护层温度场求解算例的基础上，增加保护层厚度这个参数，采用水泥砂浆作为保护层，热工参数见（建筑物综合防火设计，l994：761-762）。根据研究有：当钢管温度相同时，有保护层构件所用的时间 t"e和没有保护层的构件所用的时间 t"0，存在下面的关系：

    当混凝土的平均温度相同时，有保护层构件所用的时间 t'e 和没有保护层的构件所用的时间 t'0，存在下面的关系：

    对于同一构件，当 t'0＝t"0＝t0 时，t'e＜t"e。在相同的荷载条件下，带保护层的钢管混凝土构件的耐火时间在 t'e 和 t"e 之间，则取耐火时间为

     因此，水泥砂浆的厚度可以按下面的公式计算（计算中已计入水泥砂浆的导热系数）：

      式中：d——保护层厚度(mm)；

          tsc——没有保护层时，构件耐火时间(min)；

          te——涂保护层后希望达到的耐火时间(min)。

    当构件在没涂水泥砂浆的情况下的耐火时间大于期望达到的耐火时间时，可以不进行防火保护。

    由于产品或构造工艺、原材料的性能差别，建议设计时可参考上述方式进行保护层厚度设计，但应有典型构件的耐火试验结果为设计、验收依据，以便真实体现使用产品、施工工艺或构造之间的差异。当验证实验报告所采用的构件截面或形式与实际工程不同时应选用适当的方法对有关防火保护构件的耐火性能进行评估，评估结果作为设计或验收依据。以保证防火保护的可靠性。可参考的标准有《钢结构防火涂料》GB 14907-2002、《建筑构件用防火保护材料通用要求》GA/T 110-2013。