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6.鋼結(jié)構(gòu)的溫度計算6,1 火災(zāi)升溫曲線6，1。1，本條規(guī)定了鋼結(jié)構(gòu)耐火驗算與防火設(shè)計采用的火災(zāi)升溫曲線、建筑火災(zāi)一般是從建筑內(nèi)部的某一空間起火開始而造成的結(jié)果.通?？煞譃榛馂?zāi)初期增長階段，全盛階段，衰退階段三個階段,火災(zāi)的發(fā)展過程及其嚴(yán)重程度，取決于室內(nèi)可燃物的燃燒性能、數(shù)量及分布情況，火荷載密度。以及著火房間的大小。形狀。通風(fēng)狀況等因素。圖6為一般室內(nèi)火災(zāi).高大空間火災(zāi)這兩種典型的建筑火災(zāi)著火空間的環(huán)境溫度升溫曲線的比較,圖6.一般室內(nèi)火災(zāi)與高大空間火災(zāi)的升溫曲線比較。一般。室內(nèi)火災(zāi)在初期增長階段,全盛階段之間有一個標(biāo)志著火災(zāi)發(fā)生質(zhì)變的現(xiàn)象、轟燃現(xiàn)象,圖7，這時室內(nèi)所有可燃物都將著火燃燒、環(huán)境溫度急劇升高、危及結(jié)構(gòu)安全.轟燃現(xiàn)象是一般室內(nèi)火災(zāi)過程中一個非常重要的現(xiàn)象、持續(xù)時間很短。實際火災(zāi)升溫曲線具有多樣性。為了統(tǒng)一和便于比較 許多國家和組織制定了標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)升溫曲線,用于構(gòu)件耐火試驗以評定構(gòu)件的耐火極限.為了使鋼結(jié)構(gòu)耐火驗算與標(biāo)準(zhǔn)耐火試驗一致、因此本規(guī)范規(guī)定采用標(biāo)準(zhǔn)耐火試驗的爐內(nèi)升溫曲線作為鋼結(jié)構(gòu)耐火驗算的火災(zāi)升溫曲線 圖7 一般室內(nèi)火災(zāi)的發(fā)展過程 式。6,1,1,1 所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)升溫曲線是現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn).建筑構(gòu)件耐火試驗方法、第1部分,通用要求，GB、T、9978、1所采用的升溫曲線。該曲線和國際標(biāo)準(zhǔn)IS0.834、1。1999所采用的標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)升溫曲線相同、適用于以纖維類火災(zāi)為主的建筑 其可燃物主要為一般可燃物.如木材。紙張,棉花 布匹、衣物等、可混有少量塑料或合成材料、式、6,1、1，2、所規(guī)定的升溫曲線稱為碳?xì)?，HC，升溫曲線。適用于可燃物以烴類材料為主的場所、如石油化工建筑及生產(chǎn) 存放烴類材料，產(chǎn)品的廠房等,圖8為標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)升溫曲線與碳?xì)?。HC,升溫曲線的比較。圖8。標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)升溫曲線與碳?xì)?。HC。升溫曲線的比較6 1 2,采用標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)升溫曲線給結(jié)構(gòu)防火設(shè)計帶來了很大的方便,但是標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)升溫曲線有時與實際火災(zāi).如高大空間火災(zāi),相差甚大、為了更好地反映實際火災(zāi)對結(jié)構(gòu)的破壞程度、在能確定建筑物室內(nèi)的有關(guān)參數(shù)以及火荷載的情況下 歐洲規(guī)范EC3。EN、1993 1。2。英國規(guī)范BS，5950，Part。8等均允許結(jié)構(gòu)防火設(shè)計采用實際火災(zāi)升溫曲線，近年來提出的性能化防火設(shè)計方法 Performance.Based.Design。Method，則更是要求在設(shè)計時應(yīng)采用能反映實際火災(zāi)特性的升溫曲線.因此.本條規(guī)定、當(dāng)能準(zhǔn)確確定建筑的火災(zāi)荷載?？扇嘉镱愋图捌浞植?。幾何特征等參數(shù)時.建筑內(nèi)著火空間的環(huán)境溫度也可按其他有可靠依據(jù)的火災(zāi)模型計算 必須指出的是，高大空間火災(zāi)著火空間的環(huán)境溫度不一定很高 但是火災(zāi)區(qū)域及鄰近的構(gòu)件、還應(yīng)考慮可能被火焰吞沒.火焰輻射對其升溫的影響 建筑內(nèi)的高大空間大體可分為以下兩類 1.占地面積相當(dāng)大且具有一定高度的大體積型建筑.如，會堂、展覽館、劇院 體育館.候車廳和大型倉庫等,其面積通常有幾百至幾千平方米，高度一般在8m、20m之間.2,具有一定的占地面積、但空間相當(dāng)高的細(xì)高型建筑、如 高層建筑的中庭、其面積為幾十至幾百平方米，高度則有十幾米至百米、6、1.3，本規(guī)范第2，1.8條給出了等效曝火時間的定義、見圖9、本條給出了確定等效曝火時間的方法，該方法基于火災(zāi)釋放熱量相等的原則。該方法考慮了火災(zāi)持續(xù)時間的影響 但火災(zāi)時從熱煙氣傳遞到構(gòu)件的熱量與熱煙氣和構(gòu)件的溫度差有關(guān) 因此當(dāng)實際火災(zāi)升溫曲線與標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)升溫曲線差別很大時 該方法存在較大的誤差,圖9.等效曝火時間te，為簡化計算，數(shù)值積分法計算面積時、時間間隔可取1min.按下式確定等效曝火時間 式中。Tg i.由式、6，1,1、1。確定的標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)升溫曲線中i時刻。min.的熱煙氣平均溫度 T,g.J.實際火災(zāi)升溫曲線中j時刻,min 的熱煙氣平均溫度。t，實際火災(zāi)作用時間。min te.等效曝火時間 min。6、2.鋼構(gòu)件升溫計算,本節(jié)適用于表面受火均勻的輕型鋼構(gòu)件的升溫計算.重型鋼構(gòu)件或表面受火不均勻的鋼構(gòu)件、其截面上各點溫度相差較大 為不均勻分布、宜采用有限差分法。有限單元法等數(shù)值方法計算其升溫 當(dāng)單位長度鋼構(gòu)件的表面積與對應(yīng)的體積之比大于10時。為輕型鋼構(gòu)件 反之,則為重型鋼構(gòu)件、實際工程中的大部分鋼構(gòu)件為輕型鋼構(gòu)件,6 2,1。本條給出的無防火保護(hù)鋼構(gòu)件的升溫計算公式基于集總熱量法原理 為增量公式.需要逐步迭代計算.其中 時間步長，t不宜大于5 s，以保證計算精度，表6,2、1給出的綜合輻射率εr取自美國標(biāo)準(zhǔn)ANSI,AISC 360.10.Specification。for，Structural.Steel、Buildings,2010，綜合考慮了煙氣的輻射率以及輻射角系數(shù)的影響.適用于符合本規(guī)范第6 1。1條式，6。1 1、1、式，6。1、1，2，規(guī)定的火災(zāi) 當(dāng)實際火災(zāi)與本規(guī)范第6,1,1條式。6，1，1、1、式,6.1。1.2，規(guī)定的火災(zāi)相差很大時。應(yīng)調(diào)整綜合輻射率的取值.表9給出了常見的無防火保護(hù)鋼構(gòu)件的截面形狀系數(shù)計算示例.在標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)下、無防火保護(hù)的鋼構(gòu)件按式,6。2、1、計算的溫度如表10所示、表9 無防火保護(hù)鋼構(gòu)件的截面形狀系數(shù)續(xù)表9注。表中A為構(gòu)件截面積,表10.標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)下無防火保護(hù)鋼構(gòu)件的溫度，續(xù)表10注。1.當(dāng)F,V、10時 構(gòu)件溫度應(yīng)按截面溫度非均勻分布計算、2，當(dāng)F.V.300時?？烧J(rèn)為構(gòu)件溫度等于空氣溫度,6。2，2，本條給出的有防火保護(hù)鋼構(gòu)件的升溫計算公式.為增量公式，需要逐步迭代計算，其中,時間步長 t不宜大于30s 以保證計算精度.有防火保護(hù)鋼構(gòu)件的截面形狀系數(shù)Fi,V。不僅與鋼構(gòu)件的截面特性有關(guān).還與防火保護(hù)層做法有關(guān)。工程中常用的防火保護(hù)層做法可分為兩種.1.外邊緣型保護(hù)、即防火保護(hù)層全部沿著鋼構(gòu)件的外表面進(jìn)行保護(hù)。2,非外邊緣型保護(hù)、即全部或部分防火保護(hù)層不沿著鋼構(gòu)件的外表面進(jìn)行保護(hù),表11給出了常見的有防火保護(hù)鋼構(gòu)件的截面形狀系數(shù)計算示例、鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)的種類和施工方法較多,其特性也有較大的差別，有些防火保護(hù)層質(zhì)量很輕,相對鋼構(gòu)件來說,其自身吸收的熱量可忽略 這種防火保護(hù)層稱為輕質(zhì)保護(hù)層。而有些防火保護(hù)層自身所吸收的熱量必須加以考慮、這種防火保護(hù)層稱為非輕質(zhì)保護(hù)層 一般情況下、非膨脹型防火涂料,膨脹型防火涂料。蛭石防火板、硅酸鈣防火板 硅酸鋁纖維氈等防火保護(hù)層為輕質(zhì)保護(hù)層 混凝土，金屬網(wǎng)抹砂漿,砌體等防火保護(hù)層為非輕質(zhì)保護(hù)層。忽略保護(hù)層自身所吸收的熱量.鋼構(gòu)件的溫度計算結(jié)果是偏高的。因此以此溫度進(jìn)行防火設(shè)計的結(jié)果偏于安全。標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)下采用輕質(zhì)防火保護(hù)層的鋼構(gòu)件、按式、6,2，2，計算的鋼構(gòu)件溫度如表12.表18所示，表11,有防火保護(hù)鋼構(gòu)件的截面形狀系數(shù)續(xù)表11續(xù)表11注.表中A為構(gòu)件截面面積，表12，標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)下輕質(zhì)防火保護(hù)鋼構(gòu)件的升溫.等效熱阻0 01m2，W續(xù)表12續(xù)表12表13。標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)下輕質(zhì)防火保護(hù)鋼構(gòu)件的升溫 等效熱阻0.05m2。W續(xù)表13續(xù)表13表14.標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)下輕質(zhì)防火保護(hù)鋼構(gòu)件的升溫 等效熱阻0,1m2 W續(xù)表14表15 標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)下輕質(zhì)防火保護(hù)鋼構(gòu)件的升溫,等效熱阻0 2m2 W續(xù)表15表16。標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)下輕質(zhì)防火保護(hù)鋼構(gòu)件的升溫、等效熱阻0。3m2、W續(xù)表16續(xù)表16表17 標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)下輕質(zhì)防火保護(hù)鋼構(gòu)件的升溫.等效熱阻0.4m2 W續(xù)表17續(xù)表17表18,標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)下輕質(zhì)防火保護(hù)鋼構(gòu)件的升溫，等效熱阻0，5m2.W續(xù)表186、2。3 本條給出的標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)下采用輕質(zhì)防火保護(hù)的鋼構(gòu)件的近似升溫計算公式、是通過對本規(guī)范第6。2。2條的迭代升溫計算公式.6、2、2，1.式，6，2 2,4。的計算結(jié)果進(jìn)行數(shù)學(xué)擬合得到,二者的比較如圖10所示、從圖中可見、當(dāng)鋼構(gòu)件的溫度不大于700 時，二者計算結(jié)果的偏差很小.由于式。6、2、3 為顯式計算公式，極大地方便了計算 圖10 簡化升溫計算公式,6，2 3，與迭代升溫計算公式 6.2。2,1，的比較.圖中實線為簡化公式計算結(jié)果、虛線為迭代公式計算結(jié)果，