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建筑结构耐火性能分析

  
评论: 更新日期:2015年02月09日

—钢构件的抗力分项系数,近似取 ;

—常温下钢材的强度设计值。

高温下,轴心受压钢构件的稳定性应按下式验算:

(式5-4-65)

(式5-4-66)

式中: —火灾时构件的轴向压力设计值;

—构件的毛截面面积;

—高温下钢材的强度折减系数;

—钢构件的抗力分项系数,近似取 ;

—常温下钢材的强度设计值。

—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规范表格采用;

—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确定。

高温下,单轴受弯钢构件的强度应按下式验算:

(式5-4-67)

式中: —火灾时最不利截面处的弯矩设计值;

—最不利截面的净截面模量;

—截面塑性发展系数;对于工字型截面 , ,对于箱形截面 ,对于圆钢管截面 。

高温下,单轴受弯钢构件的稳定性应按下式验算:

(式5-4-68)

(式5-4-69)

式中: —火灾时构件的最大弯矩设计值;

—纤维确定的构件毛截面模量;

—高温下受弯钢构件的稳定系数;

—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》(GB50017)有关规定计算,但当所计算的 时, 不作修正;

—高温下受弯钢构件的稳定验算参数。

高温下,拉弯或压弯钢构件的强度,应按下式验算:

(式5-4-70)

式中: —火灾时构件的轴力设计值;

—纤维确定的构件毛截面模量;

、 —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;

—构件的净截面面积;

、 —分别为对强轴x轴和弱轴y轴的净截面模量;

、 —分别为绕强轴弯曲和绕弱轴弯曲的截面塑性发展系数,对于工字型截面 、 ,对于箱形截面 ,对于圆钢管截面 。

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:

(式5-4-71)

(式5-4-72)

②绕弱轴y轴弯曲:

(式5-4-73)

(式5-4-74)

式中: —火灾时构件的轴向压力设计值;

、 —分别为火灾时所计算构件段范围内对强轴和弱轴的最大弯矩设计值;

—构件的毛截面面积;

、 —分别为对强轴和弱轴的毛截面模量;

、 —分别为高温下绕强轴弯曲和绕弱轴弯曲的参数;

、 —分别为对强轴和弱轴的长细比;

、 —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;

、 —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;

、 —分别为绕强轴弯曲和绕弱轴弯曲的截面塑性发展系数,对于工字型截面 、 ,对于箱形截面 ,对于圆钢管截面 ;

—截面影响系数,对于闭口截面 ,对于其它截面 ;

、 —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确定;

、 —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确定。

5.钢筋混凝土构件抗火验算

目前,尚没有国家标准提出钢筋混凝土构件的抗火验算方法,钢筋混凝土构件的抗火验算一般依据通用的非线性有限元方法进行计算。

6.整体结构抗火验算

(1)整体结构抗火极限状态 整体结构的承载能力极限状态为:

①结构产生足够的塑性铰形成可变机构;

②结构整体丧失稳定。对于一般的建筑结构,可只验算构件的承载能力,对于重要的建筑结构还要进行整体结构的承载能力验算。

(2)整体结构抗火验算原理。上节给出的规范抗火设计方法是基于计算的抗火设计方法,要求结构的设计内力组合小于结构或构件的抗力。火灾高温作用下,结构的材料力学性质发生较大变化。基于防火设计性能化的要求,对于一些复杂、重要性高的建筑结构,需要考虑高温下材料本构关系的变化、结构的内力重分布、整体结构的倒塌破坏过程,这就需要对火灾下建筑结构的行为进行准确确定。对火灾下建筑结构的内力重分布、结构极限状态及耐火极限的确定,需要采用基于性能的结构耐火性能计算方法。整体结构耐火性能计算方法需要采用非线性有限元方法完成。

整体结构耐火性能计算的一般步骤为:

①确定材料热工性能及高温下材料的本构关系和热膨胀系数;

②确定火灾升温曲线及火灾场景;

③建立建筑结构传热分析和结构分析有限元模型;

④进行结构传热分析;

⑤将按照火灾极限状态的组合荷载施加到结构分析有限元模型,进行结构力学性能非线性分析;

⑥确定建筑结构整体的火灾安全性;

⑦按照上节要求进行构件的验算。

(3)钢结构及钢筋混凝土结构整体结构抗火验算的具体步骤。

对单层和多高层建筑钢结构整体抗火验算时,其验算步骤为:

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荷载作用下,分析结构整体和构件是否满足结构耐火极限状态的要求;

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。

对单层和多高层钢筋混凝土结构整体抗火验算时,可采用如下步骤:

①确定一定的火灾场景;

②进行火灾温度场分析及结构构件内部温度分析;

③荷载作用下,分析结构整体和构件是否满足结构耐火极限状态的要求;

④当整体结构和构件承载力不满足要求时,调整截面大小及其配筋,重复上述①~③步骤。

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