2.鋼材
在高溫下,普通鋼材的彈性模量應(yīng)按下式計(jì)算:
(式5-4-54)
(式5-4-55)
式中, —溫度(℃);
—溫度為 時(shí)鋼材的初始彈性模量(N/m㎡);
E—常溫下鋼材的彈性模量(N/m㎡),按現(xiàn)行《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50017)確定;
—高溫下鋼材的彈性模量折減系數(shù)。
高溫下鋼材的熱膨脹系數(shù)可取1.4×10-5m/℃。
在高溫下,普通鋼材的屈服強(qiáng)度應(yīng)按下式計(jì)算:
(式5-4-56)
(式5-4-57)
(式5-4-58)
式中: ——鋼材的溫度(℃);
——高溫下鋼材的屈服強(qiáng)度(N/m㎡);
——常溫下鋼材的屈服強(qiáng)度(N/m㎡);
——常溫下鋼材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(N/m㎡),應(yīng)按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50017取值;
——鋼材的分項(xiàng)系數(shù),取 ;
——高溫下鋼材的屈服強(qiáng)度折減系數(shù)。
(三)火災(zāi)極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)組合
《建筑鋼結(jié)構(gòu)防火技術(shù)規(guī)范》(國(guó)標(biāo)報(bào)批稿)規(guī)定,火災(zāi)作用工況是一種偶然荷載工況,可按偶然設(shè)計(jì)狀況的作用效應(yīng)組合,采用下列較不利的設(shè)計(jì)表達(dá)式:
(式5-4-59)
(式5-4-60)
式中: ——荷載(作用)效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值;
——按永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的荷載效應(yīng)值;
——按火災(zāi)下結(jié)構(gòu)的溫度標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的作用效應(yīng)值;
——按樓面或屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的荷載效應(yīng)值;
——按風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的荷載效應(yīng)值;
——結(jié)構(gòu)重要性系數(shù);對(duì)于耐火等級(jí)為一級(jí)的建筑, ;對(duì)于其他建筑, ;
——永久荷載的分項(xiàng)系數(shù),一般可取 =1.0;當(dāng)永久荷載有利時(shí),取 =0.9;
——溫度作用的分項(xiàng)系數(shù),取 =1.0;
——樓面或屋面活荷載的分項(xiàng)系數(shù),取 =1.0;
——風(fēng)荷載的分項(xiàng)系數(shù),取 =0.4;
——樓面或屋面活荷載的頻遇值系數(shù),應(yīng)按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB 50009的規(guī)定取值;
——樓面或屋面活荷載的準(zhǔn)永久值系數(shù),應(yīng)按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB 50009的規(guī)定取值。
(四)結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗火驗(yàn)算基本規(guī)定
1.耐火極限要求
構(gòu)件的耐火極限要求與《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50016、《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50045及其他國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求一致。
2.構(gòu)件抗火極限狀態(tài)設(shè)計(jì)要求
《建筑鋼結(jié)構(gòu)防火技術(shù)規(guī)范》(國(guó)標(biāo)報(bào)批稿)提出了基于計(jì)算的構(gòu)件抗火計(jì)算方法?;馂?zāi)發(fā)生的概率很小,是一種耦合荷載工況。因此,火災(zāi)下結(jié)構(gòu)的驗(yàn)算標(biāo)準(zhǔn)可放寬。根據(jù)《建筑鋼結(jié)構(gòu)防火技術(shù)規(guī)范》(國(guó)標(biāo)報(bào)批稿),火災(zāi)下只進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的承載能力極限狀態(tài)的驗(yàn)算,不需要正常使用極限狀態(tài)的驗(yàn)算。構(gòu)件的承載能力極限狀態(tài)包括以下幾種情況:
①軸心受力構(gòu)件截面屈服;
②受彎構(gòu)件產(chǎn)生足夠的塑性鉸而成為可變機(jī)構(gòu);
③構(gòu)件整體喪失穩(wěn)定;
④構(gòu)件達(dá)到不適于繼續(xù)承載的變形。對(duì)于一般的建筑結(jié)構(gòu),可只驗(yàn)算構(gòu)件的承載能力,對(duì)于重要的建筑結(jié)構(gòu)還要進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)的承載能力驗(yàn)算。
基于承載能力極限狀態(tài)的要求,鋼構(gòu)件抗火設(shè)計(jì)應(yīng)滿足下列要求之一:
①在規(guī)定的結(jié)構(gòu)耐火極限時(shí)間內(nèi),結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的承載力Rd不應(yīng)小于各種作用所產(chǎn)生的組合效應(yīng)Sm,即:
(式5-4-61)
②在各種荷載效應(yīng)組合下,結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的耐火時(shí)間td不應(yīng)小于規(guī)定的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的耐火極限tm,即:
(式5-4-62)
③結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的臨界溫度Td不應(yīng)低于在耐火極限時(shí)間內(nèi)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的最高溫度Tm,即:
(式5-4-63)
對(duì)鋼結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō),上述三條標(biāo)準(zhǔn)是等效的。由于鋼構(gòu)件溫度分布較為均勻,因此,鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件驗(yàn)算時(shí)采用上述第③條的最高溫度標(biāo)準(zhǔn),混凝土構(gòu)件可采用前面兩條標(biāo)準(zhǔn)。
3.構(gòu)件抗火驗(yàn)算步驟
采用承載力法進(jìn)行單層和多高層建筑鋼結(jié)構(gòu)各構(gòu)件抗火驗(yàn)算時(shí),其驗(yàn)算步驟為:
①設(shè)定防火被覆厚度。
②計(jì)算構(gòu)件在要求的耐火極限下的內(nèi)部溫度。
③計(jì)算結(jié)構(gòu)構(gòu)件在外荷載作用下的內(nèi)力。
④進(jìn)行荷載效應(yīng)組合。
⑤根據(jù)構(gòu)件和受載的類(lèi)型,進(jìn)行構(gòu)件抗火承載力極限狀態(tài)驗(yàn)算。
⑥當(dāng)設(shè)定的防火被覆厚度不合適時(shí)(過(guò)小或過(guò)大),可調(diào)整防火被覆厚度,重復(fù)上述①~⑤步驟。
采用承載力法進(jìn)行單層和多高層混凝土結(jié)構(gòu)各構(gòu)件抗火驗(yàn)算時(shí),其驗(yàn)算步驟為:
①計(jì)算構(gòu)件在要求的耐火極限下的內(nèi)部溫度。
②計(jì)算結(jié)構(gòu)構(gòu)件在外荷載作用下的內(nèi)力。
③進(jìn)行荷載效應(yīng)組合。
④根據(jù)構(gòu)件和受載的類(lèi)型,進(jìn)行構(gòu)件抗火承載力極限狀態(tài)驗(yàn)算。
⑤當(dāng)設(shè)定的截面大小及保護(hù)層厚度不合適時(shí)(過(guò)小或過(guò)大),可調(diào)整截面大小及保護(hù)層厚度,重復(fù)上述①~④步驟。
4.鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗火驗(yàn)算
這里只介紹基于高溫下承載能力驗(yàn)算的方法,火災(zāi)下鋼構(gòu)件的驗(yàn)算還有極限溫度計(jì)算方法,讀者可參考其他資料。
高溫下,軸心受拉鋼構(gòu)件或軸心受壓鋼構(gòu)件的強(qiáng)度應(yīng)按下式驗(yàn)算:
(式5-4-64)
式中: —火災(zāi)下構(gòu)件的軸向拉力或軸向壓力設(shè)計(jì)值;
—構(gòu)件的凈截面面積;
—高溫下鋼材的強(qiáng)度折減系數(shù);