钢结构抗火性能及相关要求(讲义)
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如： 梁的耐火极限要求一般为楼板+0.5h（一、二、 三级）
柱、墙的耐火极限要求一般为楼板+1.0h（一、二、 三级）
建筑结构构件的耐火极限要求
影响建筑结构构件耐火极限要求的其他主 要因素
1. 火灾荷载 2. 自动灭火措施 3. 建筑物的重要性 4. 结构构件在建筑中所处的部位
建筑结构构件的耐火极限要求
（1）建筑物的耐火等级 （2）构件的重要性 （3）构件在建筑中的部位 我国现行规范仅考虑（1）（2）两个因素
建筑结构构件的耐火极限要求
我国目前结构构件耐火极限要求的制订是以楼板为基 准（一级1.5h，二级1.0h，三级0.5h，四级0.25h）。 据统计，我国80%的建筑火灾燃烧时间〈1.0h，其他 构件的耐火极限则根据其相对于楼板的重要性来确定。
T dx
y dx
单元热平衡简图
x
T T T c ( ) ( )
t x x y y
一、传热学基本原理简介
边界条件
第一类：已知任何时刻物体边界面上的温度值，T |s Tw 第二类：已知任何时刻物体边界面上的热流通量值，
– q |s qw 第三类：已知边界面周围流体温度T f 和边界面与流
整体结构的耐火时间
定义：建筑在确定的区域发生火灾，受火灾影响的 有关结构构件在标准升温条件下，使整体结构失去 稳定性所用的时间
建筑物分类
民用
工业、仓储
建筑分类
火灾危险性分类
建筑物耐火等级
构件类型
建筑物内火灾荷载密度、 主动灭火措施，构件位置
等 构件耐火极限要求
)
(
确 定 结 构 构 件 处耐 方火 式极 方限 法要 求 的 一 般 过 程
建筑高度
建筑物室外地面到女儿墙顶部或檐口的高度。地下 室、半地下室（顶板不超过室外地面1.5m者）不计 入层数
一般民用建筑的耐火等级
定义依据
我国目前各地的建筑现状和消防设备水平
建筑构件的燃烧性能：不燃烧体、难燃烧体、 燃烧体
GB8624《建筑材料燃烧性能分级方法》A、B1、B2、 B3级
Hale Waihona Puke Baidu
高层民用建筑的耐火等级
体之间的对流换热系数 火灾下热空气与构件表面之间的传热属第三类边界
条件
热辐射 热对流
保护层 钢构件
热空气与钢构件间的传热
一、传热学基本原理简介
复周期，减少间接经济损失
确定结构抗火性能要求的因素
满足功能目标
某些部位的结构构件或子结构及结构整体在火灾发 生后的一定时间内不能坍塌，以保证建筑内的人员 有足够的时间逃生，并使消防人员有足够的时间灭 火
某些部位的结构构件或整体结构在火灾下不能产生 影响继续使用的变形或倒塌，以使火灾后结构的功 能可尽快恢复，以减小建筑火灾的间接经济损失， 使建筑火灾总的损失最小
基于整体消防目标的性能化方法
结构抗火性能要求与结构抗火性能
规范耐火时间定义的问题 确定耐火时间要求的方法
结构抗火性能要求
确定或评价耐火时间的方法
结构抗火性能 传统方法及其不足
确定结构抗火性能要求的因素
满足总体目标
保证建筑物内人员的安全 保证救援人员的安全 减少火灾后结构的修复费用，缩短灾后结构功能恢
分析由前 确定的 P，是否满足性能要求
A、B、C
是
否 提高 P
否 业主和消防主管 部门是否接受
是
设计完成
结 构 性 能 化 抗 火 设 计 流 程 图
火灾下钢结构构件的升温
一、传热学基本原理简介
平面导热微分方程（内部无热源）
y
T T
y dx y ( y )dydx
T x dy dy
T T x dy x ( x )dxdy
基于整体消防安全目标的抗火性能要求
基于实际火灾场景，火灾持续时间 降温段 结构整体性能 结构或构件的功能 火灾风险分析（优化分析）
由业主及消防主管部门共同 制定总体目标及功能目标
提出各种性能要求及其指标
确定具体的结构防火保护措施
对性能要求 D 进行分析，以 结构防火成本 P 为变量，计 算 r 和 l，计算使 G 最小的 P
2. 分级基本数据
墙、柱、梁、楼板、屋面板、吊顶、门窗等主要构件的 燃烧性能和耐火极限
建筑物的耐火等级
如果建筑的构件不能满足相应耐火极限的要求，则 应降低建筑耐火等级
我国建筑防火规范将建筑物耐火等级分成四等，由 高到低依次为一级、二级、三级、四级
一般民用建筑的耐火等级
民用建筑的定义
九层及九层以下的住宅（包括底层设置商业服务网 点的住宅）和建筑高度不超过24m的其他民用建筑， 以及高度超过24m的单层公共建筑
建筑物的耐火等级和 结构构件的耐火极限要求
确定耐火极限要求的方法
一、处方式方法(Prescribed Approach) 二、基于整体消防目标的性能化方法 (Performance-based Approach)
处方式方法
建筑物的耐火等级
1. 分级原则
根据建筑物的使用功能、重要等级、规模大小、层数高 低、火灾危险性情况及火灾下人员撤离、救生、消防等 因素划分耐火等级
建筑结构构件的耐火极限要求
结构构件可分为两类
一类为兼作分隔构件的结构构件（承重墙、楼板）， 这类构件应由失去稳定性或失去完整性或失去隔热 性三个条件之一确定耐火极限
另一类为纯结构构件（如梁、柱、屋架）耐火极限 由失去稳定性单一条件确定
建筑结构构件的耐火极限要求
如何确定结构构件的耐火极限要求
考虑以下因素
高层建筑的定义
十层及十层以上的居住建筑（包括首层设置商业服 务网点的住宅）及建筑高度超过24m的公共建筑
根据使用性质、火灾危险性、疏散和扑救 难度等分为两类
高层民用建筑的耐火等级
我国《高层民用建筑设计防火规范》 （GB50045-95）规定：对于一类建筑及一、 二类建筑的地下室，其耐火等级不应低于一 级；对于二类建筑及附属于高层建筑的裙房， 其耐火等级不应低于二级
厂房建筑的耐火等级
与生产的火灾危险性密切相关
仓库建筑的耐火等级
与储存物品的危险性有关
建筑结构构件的耐火极限要求
构件耐火极限定义
建筑构件按时间-温度标准升温曲线进行耐火试验， 从受到火的作用时起，到失去支持能力或完整性被 破坏或失去隔火作用时止的这段时间，一般用小时 表示
三要素：稳定性（承载力要求变形 ）、完整性（隔 火，不透火）、隔热性
柱、墙的耐火极限要求一般为楼板+1.0h（一、二、 三级）
建筑结构构件的耐火极限要求
影响建筑结构构件耐火极限要求的其他主 要因素
1. 火灾荷载 2. 自动灭火措施 3. 建筑物的重要性 4. 结构构件在建筑中所处的部位
建筑结构构件的耐火极限要求
（1）建筑物的耐火等级 （2）构件的重要性 （3）构件在建筑中的部位 我国现行规范仅考虑（1）（2）两个因素
建筑结构构件的耐火极限要求
我国目前结构构件耐火极限要求的制订是以楼板为基 准（一级1.5h，二级1.0h，三级0.5h，四级0.25h）。 据统计，我国80%的建筑火灾燃烧时间〈1.0h，其他 构件的耐火极限则根据其相对于楼板的重要性来确定。
T dx
y dx
单元热平衡简图
x
T T T c ( ) ( )
t x x y y
一、传热学基本原理简介
边界条件
第一类：已知任何时刻物体边界面上的温度值，T |s Tw 第二类：已知任何时刻物体边界面上的热流通量值，
– q |s qw 第三类：已知边界面周围流体温度T f 和边界面与流
整体结构的耐火时间
定义：建筑在确定的区域发生火灾，受火灾影响的 有关结构构件在标准升温条件下，使整体结构失去 稳定性所用的时间
建筑物分类
民用
工业、仓储
建筑分类
火灾危险性分类
建筑物耐火等级
构件类型
建筑物内火灾荷载密度、 主动灭火措施，构件位置
等 构件耐火极限要求
)
(
确 定 结 构 构 件 处耐 方火 式极 方限 法要 求 的 一 般 过 程
建筑高度
建筑物室外地面到女儿墙顶部或檐口的高度。地下 室、半地下室（顶板不超过室外地面1.5m者）不计 入层数
一般民用建筑的耐火等级
定义依据
我国目前各地的建筑现状和消防设备水平
建筑构件的燃烧性能：不燃烧体、难燃烧体、 燃烧体
GB8624《建筑材料燃烧性能分级方法》A、B1、B2、 B3级
Hale Waihona Puke Baidu
高层民用建筑的耐火等级
体之间的对流换热系数 火灾下热空气与构件表面之间的传热属第三类边界
条件
热辐射 热对流
保护层 钢构件
热空气与钢构件间的传热
一、传热学基本原理简介
复周期，减少间接经济损失
确定结构抗火性能要求的因素
满足功能目标
某些部位的结构构件或子结构及结构整体在火灾发 生后的一定时间内不能坍塌，以保证建筑内的人员 有足够的时间逃生，并使消防人员有足够的时间灭 火
某些部位的结构构件或整体结构在火灾下不能产生 影响继续使用的变形或倒塌，以使火灾后结构的功 能可尽快恢复，以减小建筑火灾的间接经济损失， 使建筑火灾总的损失最小
基于整体消防目标的性能化方法
结构抗火性能要求与结构抗火性能
规范耐火时间定义的问题 确定耐火时间要求的方法
结构抗火性能要求
确定或评价耐火时间的方法
结构抗火性能 传统方法及其不足
确定结构抗火性能要求的因素
满足总体目标
保证建筑物内人员的安全 保证救援人员的安全 减少火灾后结构的修复费用，缩短灾后结构功能恢
分析由前 确定的 P，是否满足性能要求
A、B、C
是
否 提高 P
否 业主和消防主管 部门是否接受
是
设计完成
结 构 性 能 化 抗 火 设 计 流 程 图
火灾下钢结构构件的升温
一、传热学基本原理简介
平面导热微分方程（内部无热源）
y
T T
y dx y ( y )dydx
T x dy dy
T T x dy x ( x )dxdy
基于整体消防安全目标的抗火性能要求
基于实际火灾场景，火灾持续时间 降温段 结构整体性能 结构或构件的功能 火灾风险分析（优化分析）
由业主及消防主管部门共同 制定总体目标及功能目标
提出各种性能要求及其指标
确定具体的结构防火保护措施
对性能要求 D 进行分析，以 结构防火成本 P 为变量，计 算 r 和 l，计算使 G 最小的 P
2. 分级基本数据
墙、柱、梁、楼板、屋面板、吊顶、门窗等主要构件的 燃烧性能和耐火极限
建筑物的耐火等级
如果建筑的构件不能满足相应耐火极限的要求，则 应降低建筑耐火等级
我国建筑防火规范将建筑物耐火等级分成四等，由 高到低依次为一级、二级、三级、四级
一般民用建筑的耐火等级
民用建筑的定义
九层及九层以下的住宅（包括底层设置商业服务网 点的住宅）和建筑高度不超过24m的其他民用建筑， 以及高度超过24m的单层公共建筑
建筑物的耐火等级和 结构构件的耐火极限要求
确定耐火极限要求的方法
一、处方式方法(Prescribed Approach) 二、基于整体消防目标的性能化方法 (Performance-based Approach)
处方式方法
建筑物的耐火等级
1. 分级原则
根据建筑物的使用功能、重要等级、规模大小、层数高 低、火灾危险性情况及火灾下人员撤离、救生、消防等 因素划分耐火等级
建筑结构构件的耐火极限要求
结构构件可分为两类
一类为兼作分隔构件的结构构件（承重墙、楼板）， 这类构件应由失去稳定性或失去完整性或失去隔热 性三个条件之一确定耐火极限
另一类为纯结构构件（如梁、柱、屋架）耐火极限 由失去稳定性单一条件确定
建筑结构构件的耐火极限要求
如何确定结构构件的耐火极限要求
考虑以下因素
高层建筑的定义
十层及十层以上的居住建筑（包括首层设置商业服 务网点的住宅）及建筑高度超过24m的公共建筑
根据使用性质、火灾危险性、疏散和扑救 难度等分为两类
高层民用建筑的耐火等级
我国《高层民用建筑设计防火规范》 （GB50045-95）规定：对于一类建筑及一、 二类建筑的地下室，其耐火等级不应低于一 级；对于二类建筑及附属于高层建筑的裙房， 其耐火等级不应低于二级
厂房建筑的耐火等级
与生产的火灾危险性密切相关
仓库建筑的耐火等级
与储存物品的危险性有关
建筑结构构件的耐火极限要求
构件耐火极限定义
建筑构件按时间-温度标准升温曲线进行耐火试验， 从受到火的作用时起，到失去支持能力或完整性被 破坏或失去隔火作用时止的这段时间，一般用小时 表示
三要素：稳定性（承载力要求变形 ）、完整性（隔 火，不透火）、隔热性