建筑钢结构防火技术规范 CECS200-2006

 
8.3.1 火灾下组合梁中混凝土楼板内的平均温度可按表8.3.1 确定。 表8.3.1 混凝土楼板的平均升温（℃）   注：1 混凝土顶板厚度指压型钢板肋高以上混凝土板厚度。
    2 对顶板厚度介于50∽100mm的混凝土楼板，其升温可通过线性插值得到。
8.3.2 可将组合楼板中的H 型钢梁分成两部分：一部分为下翼缘与腹板组成的倒T 型构件；另一部分为上翼缘。两部分在火灾下的温度可分别按第6.3 节相关规定计算。其中，上翼缘按三面受火考虑，下翼缘与腹板组成的倒T 型构件按四面受火考虑。
8.3.3 组合梁抗火承载力应按下式验算：   式中 M——将梁当作简支梁时，相应荷载产生的跨中最大弯矩设计值，对承受均布荷载的梁， M=；
    ——高温下组合梁正弯矩作用时的抵抗弯矩值，按第8.3.4条计算；
    ——高温下组合梁负弯矩作用时的抵抗弯矩值，按第8.3.5条计算。
8.3.4 高温下组合梁正弯矩作用时的抵抗弯矩值可按下式计算：
1 塑性中和轴在混凝土板内（图8.3.4-1)，即时：   图8.3.4.1 正弯矩作用时组合梁第一类截面及其应力分布（8.3.4-1)   式中和图中
    —— 混凝土顶板全部受压时的承载力，CTot1＝fcTAc1，其中Ac1为混凝土板截面积，fcT为混凝土高温抗压强度，按混凝土顶板平均温度确定；
    C 1——混凝土顶板所受压力,；
    F1——钢梁上翼缘全部屈服时的承载力，F1＝γ_Rη_TfA_n，其中A_n为上翼缘截面面积，ηT为钢材强度高温折减系数，按钢梁腹板温度确定；
    F2——钢梁腹板全部受拉或受压屈服时的承载力，F2＝γ_Rη_TfA_w，其中fA_w为上翼缘截面面积，η_T为钢材强度高温折减系数，按钢梁腹板温度确定；

    F3——下翼缘全部屈服时的承载力，F3＝γ_Rη_TfA_f2，其中A_f2为下翼缘截面面积，η_T为钢材强度高温折减系数，按钢梁下翼缘温度确定；
    H——钢梁截面总高度；
    H0——整个组合梁截面总高度，H0＝H+hu＋hd ；
   hu——混凝土板等效厚度，当组合梁为主梁时，其值取压型钢板肋以上混凝土板厚加肋高度一半，当组合梁为次梁时，仅取压型钢板肋以上的混凝土板厚；
    hd——混凝土肋的等效高度，当组合梁为主梁时，其值取压型钢板肋高度的一半；当组合梁为次梁时，取压型钢板肋的全高；
    be——混凝土板有效宽度，根据现行国家标准《 钢结构设计规范GB 50017 相关条文确定；
    el——混凝土顶板受压区高度；
    hcl——混凝土顶板受压区中心到钢梁下翼缘中心的距离，hcl＝H0－0.5el；
    hFl——上翼缘中心到下翼缘中心的距离；
    hFZ——腹板中心到下翼缘中心的距离。
2 塑性中和轴在钢梁截面内（图8.3 4-2)，时：   图8.3.4-2 正弯矩作用时组合梁第二类截面及其应力分布   式中 hc1——混凝土顶板受压区中心到钢梁下翼缘中心的距离，hc1＝H0-0.5hu；
     Fcom2——腹板受压区的合力，Fcom2＝0.5（一C1-F1+F2+F3）；
     hcom2——腹板受压区中心到下翼缘中心的距离，hcom2＝0.5（e2+H），其中e2为截面塑性中和轴到下翼缘中心的距离，；
     Ften2——腹板受拉区的合力，Fcom2＝0.5(Cl+ Fl+F2-F3)；
     Hten2——腹板受拉区中心到下翼缘中心的距离，为0.5e2。
8.3.5 高温下组合梁受负弯矩作用时，可不考虑楼板和钢梁下翼缘的承载作用（图8.3.5 ) ，相应的组合梁抵抗弯矩可按下式计算： 图8.3.5 负弯矩作用时组合梁截面及其应力分布   式中 Fcomy2——腹板受压区合力，Fcomy2＝0.5( Fl ＋F2)；
    Fteny2——腹板受拉区合力，Fteny2＝o.5（一F1＋F2）；
    hcomy2——腹板受压区中心到下翼缘中心的距离，当Fcomy2＞0时hcomy2＝0.5( H+e3)，当Fteny2≤0时hcomy2＝0.5H；
    e3——塑性中和轴到上翼缘中心的距离，当Fteny2＞O 时e3＝；当Ften≤0时，e3＝0；
    hteny2——腹板受拉区中心到下翼缘中心的距离，当Fteny2＞O时，hteny2＝0.5e3；当Fteny2≤O时，hteny2＝0。
 
  条文说明 8.3 钢-混凝土组合梁
8.3.1～8.3.5 火灾下钢-混凝土组合梁的承载力可像常温下一样，按塑性进行计算，但应考虑火灾升温对混凝土强度和钢材强度的影响。火灾下混凝土板的温度沿楼板厚度方向的分布是不均匀的，但为简化计算，假设楼板内温度均匀分布，并取楼板的平均温度作为楼板的代表温度。
    试验发现，火灾中组合梁中钢梁的上翼缘温度较低，接近混凝土顶板的温度，而钢梁的腹板和下 翼缘温度一致。
    钢框架梁常采用组合梁，由于框架梁梁端的轴向约束产生的悬链线效应，可使火灾下梁中的温度轴向力为零，与图4 所示情况类似。如组合梁为独立梁，且梁无轴向约束，则火灾下梁的轴向可自由膨胀，则梁中不会产生温度轴向力。可见，无论组合梁两端是否有轴向约束，进行抗火承载力验算时均可不考虑梁中轴力。
     组合梁的抗火验算可按下列步骤进行：
    1 对钢梁采用一定的防火保护被覆。
    2 按第8.3.1 和8.3.2 条分别计算混凝土顶板和钢梁在规定耐火极限要求下的温度。
    3 按第8.3.3 条验算组合梁的抗火承载力。
9.1.1 钢结构可采用下列防火保护措施：
    1 外包混凝土或砌筑砌体。
    2 涂敷防火涂料。
    3 防火板包覆。
    4 复合防火保护，即在钢结构表面涂敷防火除料或采用柔性毡状隔热材料包覆，再用轻质防火板作饰面板。
    5 柔性毡状隔热材料包覆。
9.1.2 钢结构防火保护措施应按照安全可靠、经济实用的原则选用，并应考虑下列条件：
    1 在要求的耐火极限内能有效地保护钢构件。
    2 防火材料应易于与钢构件结合，并对钢构件不产生有害影响。
    3 当钢构件受火产生允许变形时，防火保护材料不应发生结构性破坏，仍能保持原有的保护作用直至规定的耐火时间。
    4 施工方便，易于保证施工质量。
    5 防火保护材料不应对人体有毒害．
9.1.3 钢结构防火涂料品种的选用，应符合下列规定：
    1 高层建筑钢结构和单、多层钢结构的室内隐蔽构件，当规定的耐火极限为1.5h 以上时，应选用非膨胀型钢结构防火涂料。
    2 室内裸露钢结构、轻型屋盖钢结构和有装饰要求的钢结构，当规定的耐火极限为1.5h 以下时，可选用膨胀型钢结构防火涂料。
    3 当钢结构耐火极限要求不小于1.5h ，以及对室外的钢结构工程，不宜选用膨胀型防火涂料。
    4 露天钢结构应选用适合室外用的钢结构防火涂料，且至少应经过一年以上室外钢结构工程的应用验证，涂层性能无明显变化。
    5 复层涂料应相互配套，底层涂料应能同普通防锈漆配合使用，或者底层涂料自身具有防锈功能。
    6 膨胀型防火涂料的保护层厚度应通过实际构件的耐火试验确定。
9.1.4 防火板的安装应符合下列要求：
    1 防火板的包敷必须根据构件形状和所处部位进行包敷构造设计，在满足耐火要求的条件下充分考虑安装的牢固稳定。
    2 固定和稳定防火板的龙骨粘结剂应为不燃材料。龙骨材料应便于构件、防火板连接。粘接剂在高温下应仍能保持一定的强度，保证结构稳定和完整。
9.1.5 采用复合防火保护时应符合下列要求：
    1 必须根据构件形状和所处部位进行包敷构造设计，在满足耐火要求的条件下充分考虑保护层的牢固稳定。
    2 在包敷构造设计时，应充分考虑外层包敷的施工不应对内防火层造成结构性破坏或损伤。
9.1.6 采用柔性毡状隔热材料防火保护时应符合下列要求：
    1 仅适用于平时不受机械损伤和不易人为破坏，且不受水湿的部位。
    2 包覆构造的外层应设金属保护壳。金属保护壳应固定在支撑构件上，支撑构件应固定在钢构件上。支撑构件应为不燃材料。
    3 在材料自重下，毡状材料不应发生体积压缩不均的现象。
 
条文说明
  9.1 保护措施及其选用原则
9.1.1 本节中所指钢结构包含钢结构及组合构件。钢材作承重构件时，虽然具有不燃性，但是在火灾的高温作用下，当温度上升到一定程度时，强度会大幅度下降。当温度达到约500 ℃ 时，钢材的强度就只有常温下强度的一半。钢构件在升温过程中会逐渐丧失其承载力，在标准时间一升温曲线的试验条件下，钢构件的耐火极限仅为0.25h 。
    为了确保人员安全疏散，保证消防人员扑救建筑火灾的需要和便于火灾后的修复，必须保证钢承重构件具有一定的耐火极限。钢结构防火保护的目的就是提高钢构件的耐火极限。
    钢结构防火保护方法就其本质可分为两类：第一类是在钢构件外表涂敷、包覆、包裹防火材料，阻止或隔断热量向基材扩散、传播，以延长钢构件的耐火极限；第二类是在钢管内部灌注液体或混凝土等材料，及时从钢基材吸走热量，使钢材温度缓慢上升，延长钢材升温至临界温度的时间。
    表16 列出了第一类的各种防火保护措施及其特点和适用范围。 表16 钢结构构件防火保护方法的特点和适应范围   续表 16        近年来出现的钢管混凝土新型构件，在火灾时，钢管的核心混凝土具有吸收钢管表面热量的作用，核心混凝土体积越大，吸热越多，钢管表面和核心混凝土中心温度愈低，因此，提高了钢管混凝土在高温下的耐火极限，其防火保护层厚度比纯钢构件也大为减少。
9.1.2 本条所述确定防火保护方法的原则，是从经济、实用、安全、合理考虑的。设计人员必须立足于保护有效的条件下，针对现场的具体情况，考虑构件的具体承载形式、空间位置和环境因素，选择施工简便、易于保证施工质量的方法。
9.1.3 防火涂料根据膨胀性能分为两种，即膨胀型（薄涂型）和非膨胀型（厚涂型）。
非膨胀型防火涂料是以多孔绝热材料（如蛭石、珍珠岩、矿物纤维等）为骨料和粘结剂配制而成。由于导热系数小，热绝缘良好，厚涂型防火涂料是以物理隔热方式阻止热量向钢基材传递。其粘着性能好，防火隔热性能也有保证。由于非膨胀型（厚涂型）防火涂料基本上用无机物构成，涂层的物理化学性能稳定，其使用寿命长，已应用20 余年尚未发现失效的情况，所以应优先选用。但由于该类型涂料涂层厚，需要分层多次涂敷，而且上一层涂料必须待基层涂料干燥固化后涂敷，所以施工作业要求较严格；另外，由于涂层表面外观差，所以适宜于隐蔽部位涂敷。
    膨胀型防火涂料是由粘接剂、催化剂、发泡剂、成碳剂和填料等组成，涂层遇火后迅速膨胀，形成致密的蜂窝状碳质泡沫组成隔热层。这类涂料在涂敷时厚度较薄，火灾高温条件下，涂料中添加的有机物质会发生一系列物理化学反应而形成较厚的隔热层。但是涂料中添加的有机物质，会随时间的延长而发生分解、降解、溶出等不可逆反应，使涂料“老化”失效，出现粉化、脱落。但目前尚无直接评价老化速度和寿命标准的量化指标，只能从涂料的综合性能来判断其使用寿命的长短。不过有两点可以确定：一是非膨胀型涂料的寿命比膨胀型涂料长。二是涂料所处的环境条件愈好，其使用寿命愈长。所以本规范对膨胀型涂料的使用范围给予一定限制。
    这里应指出，严禁将饰面型防火涂料当作上述两类涂料用于钢构件的防火保护。饰面型防火涂料是用于涂敷木结构等可燃基材的阻燃涂料。
    为了提高涂料的耐火能力，现行国家标准《 钢结构防火涂料》 GB 14907 并不排斥在涂层上包玻璃纤维布或铁丝网等方法，并把它们作为涂层结构的一部分。
9.1.4 防火板保护是钢结构防火保护技术的发展方向。由于防火板保护对环境条件、钢基表面的要求不高，施工为干法作业，装饰效果好，具有抗碰撞、耐冲击、耐磨损等优点，因而有较强的应用优势，今后应用会愈来愈广。
    具有其他性能的防火板，是指防火板除具有足够的耐火性能和机械强度外，还具有耐冲击、耐潮湿、隔音、吸音、装饰性、再装饰性、防蛀、耐腐等性能。
9.1.6 采用柔性毡状隔热材料作为防火保护层来保护钢构件，提高其耐火时间，是《 高层民用建筑钢结构技术规程》 所列的技术措施之一。毡状隔热材料有岩棉、矿棉等。
    复合防火保护是指，用防火涂料外包防火板或毡状隔热材料外包防火板两种方法。复合防火保护主要用于需要作隔热包覆或涂敷防火涂料保护，而又有装饰要求的场合。