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      (一)结构温度场分析

       确定建筑火灾温度场需要火灾模型。我国《建筑设计防火规范》( GB 50016-2014 )提出，可采用 IS0834 标准升温曲线作为一般建筑室内火灾的火灾模型。由于建筑室内可燃物数量和分布、建筑空间大小及通风形式等因素对建筑火灾有较大影响，为了更加准确地确定火灾温度场，也可采用火灾模拟软件对建筑火灾进行数值模拟。

       确定火灾模型之后，即可对建筑结构及构件进行传热分析，确定在火灾作用下建筑结构及构件的温度。进行传热分析，需要己知建筑材料的热工性能。国内外对钢材、钢筋和混凝土材料的高温热工性能、力学性能进行了大量的研究。在进行构件温度场分布的分析时，涉及的材料热工性能有三项，即热导率、质量热容和密度，其他的参数可以由这三项推导出。

      1.钢材 

       高温下钢材的有关热工参数见表 5-4-11。

       2. 混凝土

       高温下普通混泥土的有关热工参数可按下述规定取值。

        (二)材料的高温性能

       1.混凝土 

        高温下普通混凝土的轴心抗压强度、弹性模量应按下式确定，即: 

       2. 钢材 

       在高温下，普通钢材的弹性模量应按下式计算， 即：

       高温下钢材的热膨胀系数可取1.4 X 10^-5 ℃。

       在高温下，普通钢材的屈服强度应按下式计算，即: 

      (三)火灾极限状态下荷载效应组合 

      火灾作用工况是一种偶然荷载工况，可按偶然设计状况的作用效应组合，根据《建筑钢结 构防火技术规范》(GB 51249-2017 ) ，采用下列较不利的设计表达式，即: 

       (四)结构构件抗火验算基本规定 

       1.耐火极限要求 

       构件的耐火极限要求与《建筑设计防火规范》 ( GB 50016-2014 )及其他国家标准一致。

       2.构件抗火极限状态设计要求

       基手承载能力极限状态的要求，根据 《建筑钢结构防火技术规范》 ( GB 51249-2017 ) 钢构件抗火设计应满足下列要求之一。

       (1)在规定的结构耐火极限时间内，结构或构件的承载力R_d不应小于各种作用所产生的组合效应S_m，即：R_d ≥S_m。

       (2)在各种荷载效应组合下，结构或构件的耐火时间t_d 不应小于规定的结构或构件的耐火极限t_m， 即:t_d ≥t_m。

         (3)结构或构件的临界温度T_d不应低于在耐火极限时间内结构或构件的最高温度T_m， 即:T_d ≥T_m。

       对钢结构来说，上述三条标准是等效的。由于钢构件温度分布较为均匀，因此，钢结构构件验算时采用上述第(3)条的最高温度标准，混凝土构件可采用前面两条标准。需要注意的是，这里说的钢结构临界温度与结构上荷载大小和破坏模式都有关，不是我们日常说的钢材临界温度。 

       3. 构件抗火验算步骤 

       (1)采用承载力法进行单层和多、 高层建筑钢结构各构件抗火验算时，其验算步骤如下:

       1)设定防火保护层厚度。 

       2)计算构件在要求的耐火极限下的内部温度。 

       3)计算结构构件在外荷载作用下的内力。 

       4)进行荷载效应组合。 

       5)根据构件和受载的类型，进行构件抗火承载力极限状态验算。

       6)当设定的防火保护层厚度不合适时(过小或过大) ，可调整防火保护层厚度，重复上述 1) - 5) 步骤。 

       (2)采用承载力法进行单层和多高层混凝土结构各构件抗火验算时，其验算步骤如下: 

       1)计算构件在要求的耐火极限下的内部温度。 

       2)计算结构构件在外荷载作用下的内力 。 

       3)进行荷载效应组合。 

       4)根据构件和受载的类型，进行构件抗火承载力极限状态验算。 

       5)当设定的截面大小及保护层厚度不合适(过小或过大)时，可调整截面大小及保护层 厚度，重复上述 1) - 4) 步骤。

      4. 钢结构构件抗火验算 

      这里只介绍《建筑钢结构防火技术规范》 (GB 51249-2017) 规定的高温下承载能力验算的方法，火灾下钢构件的验算及临界温度计算方法可参考该规范。

      ( 1 )高温下，轴心受拉钢构件或轴心受压钢构件的强度应按下式验算，即: 

       ( 2 )高温下，轴心受压钢构件的稳定性应按下式验算，即: 

       (3)高温下，单轴受弯钢构件的强度应按下式验算，即:

       (4)高温下，单轴受弯钢构件的稳定性应按下式验算，即: 

        ( 5 )高温下，拉弯或压弯钢构件的强度应按下式验算，即: 

       ( 6)高温下，压弯恫构件的稳定性应按下式验挥。

       1 )绕强轴 x 轴弯曲，即:

       2) 绕弱轴 y 轴弯曲，即: 

       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 二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如下:

       1) 结构产生足够的塑性佼形成可变机构。 

       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。

       前面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。在火灾高温作用下，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，对于一些复杂且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如下: 

       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，其验算步骤如下: 

       1)设定结掏所有构件一定的防火保护层厚度。 

       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)当设定的结构防火保护层厚度不合适(过小或过大)时，调整防火保护层厚度，重复上述 1) - 4) 步骤。 

       (4) 对单层和多高层钢筋混凝土结构整体抗火验算时，可采用以下步骤: 

       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。