—鋼構件的抗力分項系數,近似取 ;
—常溫下鋼材的強度設計值。
高溫下,軸心受壓鋼構件的穩(wěn)定性應按下式驗算:
(式5-4-65)
(式5-4-66)
式中: —火災時構件的軸向壓力設計值;
—構件的毛截面面積;
—高溫下鋼材的強度折減系數;
—鋼構件的抗力分項系數,近似取 ;
—常溫下鋼材的強度設計值。
—高溫下軸心受壓鋼構件的穩(wěn)定驗算參數;對于普通結構鋼構件,根據構件長細比和構件溫度按規(guī)范表格采用;
—常溫下軸心受壓鋼構件的穩(wěn)定系數,按現(xiàn)行國家標準《鋼結構設計規(guī)范》GB 50017確定。
高溫下,單軸受彎鋼構件的強度應按下式驗算:
(式5-4-67)
式中: —火災時最不利截面處的彎矩設計值;
—最不利截面的凈截面模量;
—截面塑性發(fā)展系數;對于工字型截面 , ,對于箱形截面 ,對于圓鋼管截面 。
高溫下,單軸受彎鋼構件的穩(wěn)定性應按下式驗算:
(式5-4-68)
(式5-4-69)
式中: —火災時構件的最大彎矩設計值;
—纖維確定的構件毛截面模量;
—高溫下受彎鋼構件的穩(wěn)定系數;
—常溫下受彎鋼構件的穩(wěn)定系數(基于彈性階段),按現(xiàn)行國家標準《鋼結構設計規(guī)范》(GB50017)有關規(guī)定計算,但當所計算的 時, 不作修正;
—高溫下受彎鋼構件的穩(wěn)定驗算參數。
高溫下,拉彎或壓彎鋼構件的強度,應按下式驗算:
(式5-4-70)
式中: —火災時構件的軸力設計值;
—纖維確定的構件毛截面模量;
、 —火災時最不利截面處的彎矩設計值,分別對應于強軸x軸和弱軸y軸;
—構件的凈截面面積;
、 —分別為對強軸x軸和弱軸y軸的凈截面模量;
、 —分別為繞強軸彎曲和繞弱軸彎曲的截面塑性發(fā)展系數,對于工字型截面 、 ,對于箱形截面 ,對于圓鋼管截面 。
高溫下,壓彎鋼構件的穩(wěn)定性應按下式驗算:
①繞強軸x軸彎曲:
(式5-4-71)
(式5-4-72)
②繞弱軸y軸彎曲:
(式5-4-73)
(式5-4-74)
式中: —火災時構件的軸向壓力設計值;
、 —分別為火災時所計算構件段范圍內對強軸和弱軸的最大彎矩設計值;
—構件的毛截面面積;
、 —分別為對強軸和弱軸的毛截面模量;
、 —分別為高溫下繞強軸彎曲和繞弱軸彎曲的參數;
、 —分別為對強軸和弱軸的長細比;
、 —高溫下軸心受壓鋼構件的穩(wěn)定系數,分別對應于強軸失穩(wěn)和弱軸失穩(wěn);
、 —高溫下均勻彎曲受彎鋼構件的穩(wěn)定系數,分別對應于強軸失穩(wěn)和弱軸失穩(wěn);
、 —分別為繞強軸彎曲和繞弱軸彎曲的截面塑性發(fā)展系數,對于工字型截面 、 ,對于箱形截面 ,對于圓鋼管截面 ;
—截面影響系數,對于閉口截面 ,對于其它截面 ;
、 —彎矩作用平面內的等效彎矩系數,按現(xiàn)行國家標準《鋼結構設計規(guī)范》GB 50017確定;
、 —彎矩作用平面外的等效彎矩系數,按現(xiàn)行國家標準《鋼結構設計規(guī)范》GB 50017確定。
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一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(tài) 整體結構的承載能力極限狀態(tài)為:
①結構產生足夠的塑性鉸形成可變機構;
②結構整體喪失穩(wěn)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。上節(jié)給出的規(guī)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?;馂母邷刈饔孟拢Y構的材料力學性質發(fā)生較大變化。基于防火設計性能化的要求,對于一些復雜、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(tài)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為:
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(tài)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按照上節(jié)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,其驗算步驟為:
①設定結構所有構件一定的防火被覆厚度;
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(tài)的要求;
⑤當設定的結構防火被覆厚度不合適時(過小或過大),調整防火被覆厚度,重復上述①~④步驟。
對單層和多高層鋼筋混凝土結構整體抗火驗算時,可采用如下步驟:
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(tài)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。