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      (一)結構溫度場分析

       確定建筑火災溫度場需要火災模型。我國《建筑設計防火規范》( GB 50016-2014 )提出，可采用 IS0834 標準升溫曲線作為一般建筑室內火災的火災模型。由于建筑室內可燃物數量和分布、建筑空間大小及通風形式等因素對建筑火災有較大影響，為了更加準確地確定火災溫度場，也可采用火災模擬軟件對建筑火災進行數值模擬。

       確定火災模型之后，即可對建筑結構及構件進行傳熱分析，確定在火災作用下建筑結構及構件的溫度。進行傳熱分析，需要己知建筑材料的熱工性能。國內外對鋼材、鋼筋和混凝土材料的高溫熱工性能、力學性能進行了大量的研究。在進行構件溫度場分布的分析時，涉及的材料熱工性能有三項，即熱導率、質量熱容和密度，其他的參數可以由這三項推導出。

      1.鋼材 

       高溫下鋼材的有關熱工參數見表 5-4-11。

       2. 混凝土

       高溫下普通混泥土的有關熱工參數可按下述規定取值。

        (二)材料的高溫性能

       1.混凝土 

        高溫下普通混凝土的軸心抗壓強度、彈性模量應按下式確定，即: 

       2. 鋼材 

       在高溫下，普通鋼材的彈性模量應按下式計算， 即：

       高溫下鋼材的熱膨脹系數可取1.4 X 10^-5 ℃。

       在高溫下，普通鋼材的屈服強度應按下式計算，即: 

      (三)火災極限狀態下荷載效應組合 

      火災作用工況是一種偶然荷載工況，可按偶然設計狀況的作用效應組合，根據《建筑鋼結 構防火技術規范》(GB 51249-2017 ) ，采用下列較不利的設計表達式，即: 

       (四)結構構件抗火驗算基本規定 

       1.耐火極限要求 

       構件的耐火極限要求與《建筑設計防火規范》 ( GB 50016-2014 )及其他國家標準一致。

       2.構件抗火極限狀態設計要求

       基手承載能力極限狀態的要求，根據 《建筑鋼結構防火技術規范》 ( GB 51249-2017 ) 鋼構件抗火設計應滿足下列要求之一。

       (1)在規定的結構耐火極限時間內，結構或構件的承載力R_d不應小于各種作用所產生的組合效應S_{m，即：}R_d ≥S_m。

       (2)在各種荷載效應組合下，結構或構件的耐火時間t_d 不應小于規定的結構或構件的耐火極限t_m， 即:t_d ≥t_m。

         (3)結構或構件的臨界溫度T_d不應低于在耐火極限時間內結構或構件的最高溫度T_m， 即:T_d ≥T_m。

       對鋼結構來說，上述三條標準是等效的。由于鋼構件溫度分布較為均勻，因此，鋼結構構件驗算時采用上述第(3)條的最高溫度標準，混凝土構件可采用前面兩條標準。需要注意的是，這里說的鋼結構臨界溫度與結構上荷載大小和破壞模式都有關，不是我們日常說的鋼材臨界溫度。 

       3. 構件抗火驗算步驟 

       (1)采用承載力法進行單層和多、 高層建筑鋼結構各構件抗火驗算時，其驗算步驟如下:

       1)設定防火保護層厚度。 

       2)計算構件在要求的耐火極限下的內部溫度。 

       3)計算結構構件在外荷載作用下的內力。 

       4)進行荷載效應組合。 

       5)根據構件和受載的類型，進行構件抗火承載力極限狀態驗算。

       6)當設定的防火保護層厚度不合適時(過小或過大) ，可調整防火保護層厚度，重復上述 1) - 5) 步驟。 

       (2)采用承載力法進行單層和多高層混凝土結構各構件抗火驗算時，其驗算步驟如下: 

       1)計算構件在要求的耐火極限下的內部溫度。 

       2)計算結構構件在外荷載作用下的內力 。 

       3)進行荷載效應組合。 

       4)根據構件和受載的類型，進行構件抗火承載力極限狀態驗算。 

       5)當設定的截面大小及保護層厚度不合適(過小或過大)時，可調整截面大小及保護層 厚度，重復上述 1) - 4) 步驟。

      4. 鋼結構構件抗火驗算 

      這里只介紹《建筑鋼結構防火技術規范》 (GB 51249-2017) 規定的高溫下承載能力驗算的方法，火災下鋼構件的驗算及臨界溫度計算方法可參考該規范。

      ( 1 )高溫下，軸心受拉鋼構件或軸心受壓鋼構件的強度應按下式驗算，即: 

       ( 2 )高溫下，軸心受壓鋼構件的穩定性應按下式驗算，即: 

       (3)高溫下，單軸受彎鋼構件的強度應按下式驗算，即:

       (4)高溫下，單軸受彎鋼構件的穩定性應按下式驗算，即: 

        ( 5 )高溫下，拉彎或壓彎鋼構件的強度應按下式驗算，即: 

       ( 6)高溫下，壓彎恫構件的穩定性應按下式驗揮。

       1 )繞強軸 x 軸彎曲，即:

       2) 繞弱軸 y 軸彎曲，即: 

       5. 鋼筋混凝土構件抗火驗算 

       目前，尚沒有國家標準提出鋼筋混凝土構件的抗火驗算方法，鋼筋混凝土構件的抗火驗算 二般依據通用的非線性有限元方法進行計算。 

       6. 整體結構抗火驗算 

       (1)整體結構抗火極限狀態。整體結構的承載能力極限狀態如下:

       1) 結構產生足夠的塑性佼形成可變機構。 

       2)結構整體喪失穩定。對于一般的建筑結構，可只驗算構件的承載能力，對于重要的建筑結構，還要進行整體結構的承載能力驗算。

       (2)整體結構抗火驗算原理。

       前面給出的規范抗火設計方法是基于計算的抗火設計方法，要求結構的設計內力組合小于結構或構件的抗力。在火災高溫作用下，結構的材料力學性質發生較大變化?；诜阑鹪O計性能化的要求，對于一些復雜且重要性高的建筑結構，需要考慮高溫下材料本構關系的變化、結構的內力重分布、整體結構的倒塌破壞過程，這就需要對火災下建筑結構的行為進行準確確定。對火災下建筑結構的內力重分布、結構極限狀態及耐火極限的確定，需要采用基于性能的結構耐火性能計算方法。整體結構耐火性能計算方法需要采用非線性有限元方法完成。 

       整體結構耐火性能計算的一般步驟如下: 

       1 )確定材料熱工性能及高溫下材料的本構關系和熱膨脹系數。

       2 )確定火災升溫曲線及火災場景。

       3 )建立建筑結構傳熱分析和結構分析有限元模型。 

       4 ) 進行結構傳熱分析。

       5 )將按照火災極限狀態的組合荷載施加到結構分析有限元模型，進行結構力學性能非線 性分析。

       6 ) 確定建筑結構整體的火災安全性。 

       7 )按照要求進行構件的驗算。

       (3)鋼結構及鋼筋混凝土結構整體結構抗火驗算的具體步驟。對單層和多、高層建筑鋼結構整體抗火驗算時，其驗算步驟如下: 

       1)設定結掏所有構件一定的防火保護層厚度。 

       2)確定一定的火災場景。 

       3)進行火災溫度場分析及結構構件內部溫度分析。 

       4)荷載作用下，分析結構整體和構件是否滿足結構耐火極限狀態的要求。 

       5)當設定的結構防火保護層厚度不合適(過小或過大)時，調整防火保護層厚度，重復上述 1) - 4) 步驟。 

       (4) 對單層和多高層鋼筋混凝土結構整體抗火驗算時，可采用以下步驟: 

       1)確定一定的火災場景。 

       2)進行火災溫度場分析及結構構件內部溫度分析。 

       3)荷載作用下，分析結構整體和構件是否滿足結構耐火極限狀態的要求。 

       4)當整體結構和構件承載力不滿足要求時，調整截面大小及其配筋，重復上述 1) - 3) 步驟。