关于钢结构抗火设计

关于钢结构抗火设计

2018年4月1日,《建筑钢结构防火技术规范》GB51249-2017开始实施,其中包含多项强条,引发了业界关注.大家普遍反映相关计算有些复杂,为此,有工程师使用SAP2000的API编制了一款钢结构防火计算插件,能够一键完成冗长的计算流程,让防火计算与设计变得简单.

为便于理解、应用,首先对钢结构防火设计理论作简要介绍,然后对如何应用插件予以说明.

（1）钢材在火灾下力学性能大幅退化.温度600℃时,结构钢屈服强度只有常温时的50%；温度700℃时,结构钢屈服强度只有常温时的20%.高强度钢材的力学性能则退化更为严重.

（2）钢材热传导系数大,火灾下升温快.无防火保护的钢构件,在受火15~20min时,即可能达到600℃以上,难以达到《建筑设计防火规范》GB 50016规定的构件耐火极限要求.

要大幅提高钢材在高温下的力学性能难度很大,且不经济.因此,目前提高钢构件耐火极限的主要措施是对其进行防火保护.

工程中应用最多的钢构件防火保护方法是涂覆防火涂料,包括非膨胀型防火涂料和膨胀型防火涂料,目前前者也常称为厚型防火涂料,后者常称为薄型防火涂料/超薄型防火涂料.

《建筑钢结构防火技术规范》GB51249还规定了工程应用的其他钢构件防火保护方法,包括：包覆防火板,浇筑混凝土,砌筑砌块,涂抹砂浆,包覆防火毡等.

在GB51249-2017实施之前,钢结构防火设计主要根据防火涂料检测报告（按照《钢结构防火涂料》GB14907测试）.例如：某检测报告中,涂抹了d

firecal2_v19）,Menu Text输入任意名称,例如“防火计算插件”,点击右边Add按钮,Status变为OK即安装成功,Tools下拉菜单中将出现这个插件.

模块1：钢构件抗火设计

打开插件,主界面如下：

首先在窗口中选中需要计算的一根构件,使其处于高亮状态.

在主界面中选择、填入各项参数,有无防火保护均可计算,保护类型包括规范中的非轻质防火保护层、膨胀型防火涂料、非膨胀型防火涂料以及笔者自己加的C20混凝土,截面类型包括工字钢、箱型截面和圆管.

选择不同的涂料类型时,下拉框和填框会自动根据计算方法不同变为可填或不可填状态,需根据6.2节相关参数的解释把可填的地方全部填上参数（注意单位）,然后点击“生成”,即可马上根据所选构件的截面参数、材料本构计算出钢构件的升温值以及本构折减情况,弹框显示,并将该构件的材料本构修改为受火后的本构,便于有限元计算.

在钢构件的升温计算中（6.2.1、6.2.2节）,规范中采用了一种时间增量迭代的方法,经校核,增量步取1~5s,结果都没有太大差异,在本插件中增量步统一取为1s.规范6.2.3节同时提供了一种轻质防火保护层的升温近似算法（本插件未采用）,跟增量迭代法进行比较后发现,误差一般不超过10%.

2：钢与混凝土组合梁抗火设计

选择“钢—混凝土组合梁抗火设计”标签,窗口变为以下：

依然首先在模型中选择一根构件,然后按照规范8.3节中的内容选择或输入各项参数,点击“验算”即可弹出各项计算结果.

在规范中,塑性中和轴的位置有三种情况：混凝土翼板内、钢梁上翼缘内、钢梁腹板内,程序中将其命名为一类、二类、三类截面,能够自动判断并应用相应的计算公式.