钢结构防火工程设计(钢构必备)

钢结构防火工程设计

钢框架结构在世界各地广泛用于商业和工业中，尤其是在高层建筑。为了满足英国国家建筑方面的规例的功能要求，消防安全，这是正常的做法，包括专有的防火材料的钢构件，以确保规定的期限内建筑物的稳定。

近年来替代防火性能工程方法已经被发展出来为实现设计功能要求提供了大量选择。这是本文的目的来描述这些各种各样的选项,以说明该方法的优点和缺点的各式各样的方法。一个关于一些基础研究的发展的根本被提出来了。

材料性能

钢随着温度的升高而失去钢的强度和刚度。并举例说明了这种关系在下一页的图2显示钢强度和温度之间的关系在试验结果的基础上。这一数字显示了从以前的实验所进行的欧洲建筑钢结构（ECCS），没有考虑到的应变硬化占高原在早期阶段测试的影响。应该被牢记强度折减的测定因素不仅仅为热轧钢对材料依赖,也有其试验方法、升温速率与应变极限用来确定钢的强度。测试数据之间的差别是重要的，英国钢铁公司在全国和欧洲的代码中使用的数据表明，对于一个550温度° C结构钢将保留其60％室温强度，当从ECCS关系得到相同温度的对应数字接近40%。英国钢铁的使用数据用于改善的相关性较大规模的梁、柱构件的测试, 在升温速率和偏转发展方面两方面的压力都施加限制标准的耐火试验。这种简化陈述本身并没有考虑到统一的事实之上的价值存在于较低的温度范围。在温度变化的材料性能细节感兴趣的是主要在那些材料和结构行为的数值模拟参与。

图2。钢温度和钢的强度之间的关系结构

由于表现欠佳，在火灾感知上面，火最常用的“设计”方法为讨论的钢构件是设计荷载为周围环境温度，然后钢结构专用防火保护材料的钢构件，以确保某个特定的温度不超过或在上述情况，讨论情况，一个承载能力的环境温度指定的百分比保持不变。这是讨论了在罗宾逊纸谁预见一个更合理的方法，其中，火是在初步设计阶段，而不是作为一个曾经的主要结构构件昂贵事后已被选定考虑。这种新的设计理念是在英国和欧洲生产的文件是一致的。

保护材料

被动防火可能应用在混凝土或砖墙等传统建筑材料的形式。然而，这种形式的保护成本也很高，在火灾中剥落的问题导致其替代方法的发展。更常见的是由绝缘板喷涂或防火或两者的某种组合。在特定情况下膨胀型涂料，可优先于更传统的方法。无涂层在英国越来越流行。喷涂系统很受欢迎的地方钢铁厂不是这样，如通过吊顶隐藏的地板拱腹可见。保护板是首选它是保护人暴露出来地方。在现代钢框架办公室最常见的保护是喷雾梁和柱与保护的板。一个常用的资料有用的防火材料来源是黄皮书由专科消防协会和钢结构协会公布。这份文件提供了关于对指定期间防火保护层厚度的信息。应用的防火保护材料的优缺点总结以上的表中。

表1。使用应用被动防火

部分保护和未受保护的钢

许多创新的设计解决方案,已经发展到允许您使用未受保护的或部分的保护钢构件在建筑。其中的例子包括可在网上或者通过封锁或钢筋混凝土块，如非对称超薄横梁（上海贝尔）混凝土，深甲板系统，货架角梁列。在某些开放有限的情况下这种单面的停车场，塑钢型材可使用没有任何形式的保护。对消防工程设计方法的使用，可以用来证明无保护层钢结构抗火地方使用要求低，在火极限状态施加负荷低。

防火测试标准

标准火灾曲线如图下页。虽然火“设计”绝大多数是基于标准炉从测试的结果（无论是直接或通过已发布的汇总数）的依赖，人们越来越认识到，这种测试并不充分反映真实火灾受到真正结构的性能。简化的边界条件和理想化的负载测试相关标准，可用于环境温度合适，但水平不高有关在那里非常克制的力量可能是由于热运动引起的高温。没有与其他并发症炉测试，进一步限制了结果的适用性。这种测试的破坏准则的基础上往往选择以防止损坏炉任意值。标准时间/温度响应熊几乎没有关系，真正的火灾，不包括不同的通风条件或车厢衬里的热性能的影响。在何种程度上是真正的温度均匀车厢目前没有解决，直接火焰冲击也有可能是没有考虑的影响。很显然在一个复杂的三维复杂热环境的行为只能针对使用真实全面的测试。

图3。标准（ISO 834，BS476）消防曲线

图4。从欧洲规范设计程序结构

基于性能的选项

在英国和欧洲，这些性能的发展依赖于法规和代码开发方面已经做了不少刺激风险评估方法，通过更合理的方法来考虑所有相关因素，建筑消防工程设计，消防设计。该结构提供了欧洲规范的引入到设计，从一个简单的标准测试数据依赖的全球结构性能的考虑，从先进的数值方法得出的选择范围。火灾设计过程总结于图4所示。

新的设计方法

在全尺寸火灾试验之后，与英国钢铁业界携手合作（见下文）一个新的设计方法已被英国建筑研究所开发的，广泛的方案，从实际火灾的基础上观察到的行为，并考虑到强化复合地板承载在会上火极限状态拉伸膜板行事行动动员能力。该方法对无保护层钢结构梁受到越来越多地使用可设置在业界产生的设计指导中规定的限制。

背景研究

英国建筑研究所设计的上述方法开发了一个满刻度以下按建筑研究所防火的卡丁顿大型试验设施进行了数年的一系列广泛的测试。该方法已测试结果进行验证，并提供了预测和实测挠度之间良好的相关性。测试方案是总结在表右上2。

该卡丁顿测试程序与真正的一起火灾观察表明，复合钢板结构建筑的行为明显优于从单个元素的表现预测，评估使用标准测试程序。增强的性能，部分归因于对柱连接的做出重大贡献的梁结构刚度的整体行为，尤其是在相对较小的位移。该复合板拉伸膜的行动中起着维持强度和大板位移的结构稳定的重要作用。

从世界贸易中心遭受恐怖袭击中应重新关注完整的结构在火中的形态，特别是在WTC7中崩溃。如高层建筑，冗余，被动防火抗稻瘟病和连接的性能鲁棒性规则问题需要进一步研究。

结论

许多选项可确保在钢骨架，从一个久经考验的规范方法的依赖，使用先进的计算模型结构的防火性能。在性能和被动型防火材料的发展提供了相匹配的完整的火灾，由于现实的结构性能改善的知识。最近的事件刺激了在火中整体建筑性能的新兴趣。