一、结构耐火性能分析的目的及判定标准

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《建筑物性能化防火设计通则》7.2.1

火灾条件下，当满足以下条件之一时，可认为钢结构构件达到耐火承载力极限状态：

（1）轴心受力构件的截面屈服。

（2）受弯构件产生足够的塑性铰而成为可变机构。

（3）构件丧失整体稳定。

二、建筑结构耐火性能分析的内容和步骤

1.钢材

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《建筑钢结构防火技术规范》（CECS200—2006）4.1.1～4.1.3

（1）在高温下，钢材的有关物理参数应按表5-1-3采用。

表5-1-3 在高温下钢材的有关物理参数

（2）在高温下，普通钢材的弹性模量可按下式计算：

式中 T_s——温度（℃）；

E_T——温度为T_s时钢材的弹性模量（MPa）；

E——常温下钢材的弹性模量（MPa）；

χ_T——高温下钢材弹性模量的折减系数，可按表5-1-4采用。

表5-1-4 高温下普通钢材的弹性模量折减系数χ_T

（3）在高温下，普通钢材的屈服强度可按下式计算：

f_yT=η_Tf_y

f_y=γ_Rf

式中 f_yT——温度为T_s时钢材的屈服强度（MPa）；

f_y——常温下钢材的屈服强度（MPa）；

f——常温下钢材的强度设计值（MPa）；

γ_R——钢构件抗力分项系数，取γ_R=1.1；

η_T——高温下钢材强度折减系数，可按表5-1-5采用。

表5-1-5 高温下普通钢材的强度折减系数η_T

2.混凝土

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《建筑钢结构防火技术规范》（CECS200—2006）4.2.1～4.2.3

（1）在高温下，普通混凝土的有关物理参数可按下列规定采用：

1）热导率。硅质骨料混凝土：

式中 λ_c——温度为T时混凝土的热导率[W/（m·℃）]；

T——混凝土的温度（℃）。

钙质骨料混凝土：

2）比热容。

式中 c_c——温度为T时混凝土的比热容[J/（kg·℃）]。

（2）在高温下，普通混凝土的初始弹性模量可按下式计算：

E_cT=（0.83-0.0011T）E_c，60℃≤T<700℃

式中 E_cT——温度为T时混凝土的初始弹性模量（MPa）；

E_c——常温下混凝土的初始弹性模量（MPa）。

（3）在高温下，混凝土的抗压强度可按下式计算：

f_cT=η_cTf_c

式中 f_cT——高温下混凝土的抗压强度；

f_c——常温下混凝土的抗压强度；

η_cT——高温下混凝土的抗压强度折减系数，可按表5-1-6采用。

表5-1-6 高温下混凝土强度折减系数η_cT

3.钢结构构件抗火验算基本规定

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《建筑钢结构防火技术规范》（CECS200—2006）5.1.1、5.1.3

（1）当满足下列条件之一时，应视为钢结构构件达到抗火承载能力极限状态：

1）轴心受力构件截面屈服。

2）受弯构件产生足够的塑性铰而形成可变机构。

3）构件整体丧失稳定。

4）构件达到不适于继续承载的变形。

（2）钢结构的抗火设计应满足下列要求之一：

1）在规定的结构耐火极限时间内，结构或构件的承载力R_d不应小于各种作用所产生的组合效应S_m，即：

R_d≥S_m

2）在各种荷载效应组合下，结构或构件的耐火时间t_d不应小于规定的结构或构件的耐火极限t_m，即：

t_d≥t_m

3）结构或构件的临界温度T_d不应低于在耐火极限时间内结构或构件的最高温度T_m，即：

T_d≥T_m

4.钢结构构件抗火验算步骤

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《建筑钢结构防火技术规范》（CECS200—2006）7.1.3

（1）设定一定的防火被覆厚度。

（2）按第6.3节有关条文计算构件在要求的耐火极限下的内部温度。(www.daowen.com)

（3）按第4.1节有关条文确定高温下钢材的参数，按第6.4节有关条文计算结构构件在外荷载和温度作用下的内力。

（4）按第5.2节规定进行结构分析（含温度效应分析），并按第6.5节进行荷载效应组合。

（5）根据构件和受载的类型，按第7.2和7.3节有关条文进行构件耐火承载力极限状态验算。

（6）当设定的防火被覆厚度不合适时（过小或过大），可调整防火被覆厚度，重复上述（1）～（5）步骤。

5.钢结构构件抗火验算

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《建筑钢结构防火技术规范》（CECS200—2006）7.2.1～7.2.6

（1）高温下，轴心受拉钢构件或轴心受压钢构件的强度应按下式验算：

式中 N——火灾下构件的轴向拉力或轴向压力设计值；

A_n——构件的净截面面积；

η_T——高温下钢材的强度折减系数；

γ_R——钢构件的抗力分项系数，近似取γ_R=1.1；

f——常温下钢材的强度设计值。

（2）高温下，轴心受压钢构件的稳定性应按下式验算：

φ_T=α_cφ

式中 N——火灾时构件的轴向压力设计值；

A——构件的毛截面面积；

φ_T——高温下轴心受压钢构件的稳定系数；

α_c——高温下轴心受压钢构件的稳定验算参数，对于普通结构钢构件，根据构件长细比和构件温度按表5-1-7确定，对于耐火钢构件，按表5-1-8确定；

φ——常温下轴心受压钢构件的稳定系数，按现行国家标准《钢结构设计规范》（GB 50017—2003）确定。

表5-1-7 高温下轴心受压普通结构钢构件的稳定验算参数αc

注：温度在50℃及以下时α_c取1.0，其他温度α_c按线性插值确定。

表5-1-8 高温下轴心受压耐火钢构件的稳定验算参数αc

注：温度在50℃及以下时α_c取1.0，其他温度α_c按线性插值确定。

（3）高温下，单轴受弯钢构件的强度应按下式验算：

式中 M——火灾时最不利截面处的弯矩设计值；

W_n——最不利截面的净截面模量；

γ——截面塑性发展系数，对于工字形截面γ_x=1.05、γ_y=1.2，对于箱形截面γ_x=γ_y=1.05，对于圆钢管截面γ_x=γ_y=1.15。

（4）高温下，单轴受弯钢构件的稳定性应按下式验算：

式中 M——火灾时构件的最大弯矩设计值；

W——按受压纤维确定的构件毛截面模量；

φ′_bT——高温下受弯钢构件的稳定系数；

φ_b——常温下受弯钢构件的稳定系数（基于弹性阶段），按现行国家标准《钢结构设计规范》（GB 50017—2003）有关规定计算，但当所计算的φ_b>0.6时，φ_b不做修正；

α_b——高温下受弯钢构件的稳定验算参数，按表5-1-9、表5-1-10确定。

表5-1-9 高温下受弯普通结构钢构件的稳定验算参数α_b

表5-1-10 高温下受弯耐火钢构件的稳定验算参数α_b

（5）高温下，拉弯或压弯钢构件的强度应按下式验算：

式中 N——火灾时构件的轴向压力设计值；

M_x、M_y——火灾时最不利截面处的弯矩设计值，分别对应于强轴x轴和弱轴y轴；A_n——最不利截面的净截面面积；

W_nx、W_ny——对强轴x轴和弱轴y轴的净截面模量；

γ_x、γ_y——绕强轴弯曲和绕弱轴弯曲的截面塑性发展系数，对于工字形截面γ_x=1.05、γ_y=1.2；对于箱形截面γ_x=γ_y=1.05；对于圆钢管截面γ_x=γ_y=1.15。

（6）高温下，压弯钢构件的稳定性应按下式验算：

1）绕强轴x轴弯曲：

2）绕弱轴y轴弯曲：

式中 N——火灾时构件的轴向压力设计值；

M_x、M_y——火灾时所计算构件段范围内对强轴（x）和弱轴（y）的最大弯矩设计值；

A——构件的毛截面面积；

W_x、W_y——对强轴和弱轴的毛截面模量；

N′_ExT、N′_EyT——高温下绕强轴弯曲和绕弱轴弯曲的参数；

λ_x、λ_y——强轴和弱轴的长细比；

φ_xT、φ_yT——高温下轴心受压钢构件的稳定系数，分别对应于强轴失稳和弱轴失稳；

φ′_bxT、φ′_byT——高温下均匀弯曲受弯钢构件的稳定系数，分别对应于强轴失稳和弱轴失稳；

γ_x、γ_y——绕强轴弯曲和绕弱轴弯曲的截面塑性发展系数，对于工字形截面γ_x=1.05、γ_y=1.2，对于箱形截面γ_x=γ_y=1.05，对于圆钢管截面γ_x=γ_y=1.15；

η——截面影响系数，对于闭口截面η=0.7，对于其他截面η=1.0；

β_mx、β_my——弯矩作用平面内的等效弯矩系数，按现行国家标准《钢结构设计规范》（GB 50017—2003）确定；

β_tx、β_ty——弯矩作用平面外的等效弯矩系数，按现行国家标准《钢结构设计规范》（GB 50017—2003）确定。

6.钢结构整体抗火验算步骤

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《建筑钢结构防火技术规范》（CECS200—2006）7.1.4

钢结构整体的抗火验算可按下列步骤进行：

（1）设定结构所有构件一定的防火被覆厚度。

（2）确定一定的火灾场景。

（3）进行火灾温度场分析及结构构件内部温度分析。

（4）在第6.5.1条规定的荷载作用下，分析结构是否满足第5.1.3条的要求。

（5）当设定的结构防火被覆厚度不合适时（过小或过大），调整防火被覆厚度，重复上述（1）～（4）步骤。