钢结构的防火设计，设计方法和程序操作过程

前言

钢材拥有很高的抗震性能，也避免混凝土等建筑材料不能拉伸的缺陷，因此受到了建筑行业的青睐。但是，钢材作为建筑材料在防火方面又存在一些难以避免的缺陷，它的机械性能，如屈服点，抗拉及弹性模量均会因温度的升高急剧下降。钢结构通常在450-650℃温度中就会失去承载力、发生很大的变形导致钢柱、钢梁弯曲，结果因过大的形变不能继续使用。钢结构最主要的两个问题就是防腐和防火，腐蚀对于钢结构来说，其危害是慢性的，而火灾则会在15-20分钟左右就把一座钢结构建筑摧毁，火灾对于生命和财产的损失是极其巨大的。外审对于钢结构建筑要求进行防火设计。

《建筑钢结构防火技术规范》GB51249-2017对钢结构防火设计进行了规定。下面将基于此规范并结合计算软件谈谈 钢结构的防火设计 。主要包括以下内容：1、钢材最高温度自动计算；（第6章）2、高温下钢材的强度和弹性模量折减；（第5章）3、火灾荷载效应组合；（第3章）4、承载力验算；（第7章）5、程序操作过程。

防火类型  

要使钢结构耐火极限提高到设计规范规定的极限范围，可根据不同情况采用不同的方法，如外包层，充水（水套），屏蔽，喷涂防火涂料等。其中喷涂防火涂料是目前我国广泛采用的钢构件防火措施。我国的防火涂料主要分为薄涂型（膨胀型）和厚涂型（非膨胀型）两类。薄型涂层厚度在7mm以下，在火灾中吸热膨胀发泡，形成泡沫状碳化隔热层，从而阻止热量向钢结构传递。厚型涂层厚度为8-50mm，涂层受热不发泡，依靠其较低的导热率来延缓钢结构温升，起到保护作用。梁柱主要是厚涂型，屋面支撑楼梯主要是薄涂型。

                                       厚涂型防火材料

薄涂型防火材料

建筑设计说明  

建筑会依据《建筑防火规范》给出建筑防火等级，构件设计耐火极限，防火涂料的建议类型，防火涂料的厚度等。结构可以依据此进行钢结构防火设计。

钢材最高温度自动计算  

截面形状系数F/V

 

截面形状系数F/V YJK软件实现：    

钢结构最高温度YJK软件实现：    

防火升温参数：

1、燃烧物类型

2、轻质保护层类型

3、膨胀型涂料与等效热阻参数联动。

非膨胀型与等效热传导系数（ 一般是厂家提供的产品资料确定 ）、保护层厚度联动。

4、设计耐火极限

梁、柱、支撑可分别设置不同的参数。

程序可自动生成防火温度，同时也支持交互修改指定功能

采用交互修改指定时首先点击“截面形状系数”将数值填写在“辅助计算工具”下面的“截面形状系数”中，然后再修改柱、梁、支撑各类参数点击辅助计算。最后将计算的钢材最高温度指定在“指定防火最高升温”下框选构件布置。

设计耐火极限确定  

高温下钢材的强度和弹性模量折减  

1、钢材强度高温折减    

2、钢材弹性模量高温折减    

高温下钢材的强度和弹性模量折减根据公式程序自动计算；

耐火钢程序实现如下：    

火灾荷载效应组合  

程序实现：    

当勾选仅轴向受力构件考虑温度组合，程序仅对两端铰接的构件考虑温度组合。

承载力验算  

 

程序实现：    

程序操作步骤  

1、先不勾选防火验算进行计算，调整之钢构件强度、稳定满足。

2、勾选防火验算，设置构件防火温度。

3、防火验算不满足后可 调整保护层厚度和提高热阻 。

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