钢_混凝土组合结构的抗火设计.pdf

第15卷第4期茂名学院学报Vol.15No.4

2005年8月JOURNALOFMAOMINGCOLLEGEAug.2005

文章编号:1671-6590(2005)04-0069-04

钢-混凝土组合结构的抗火设计

李胜强

(茂名学院建工系,广东茂名,525000)

摘要:综合国内外有关钢结构和钢-混凝土组合结构抗火研究的部分试验结果和理论研究成果,总结了钢
-混凝土组合结构抗火设计的方法,并与普通钢结构抗火设计进行比较,提出了一些钢-混凝土组合结构抗火
设计的建议。
关键词:组合结构;抗火设计;比较;建议
中图分类号:TU398文献标识码:A

近年来,由于钢-混凝土组合结构具有轻质、高强、施工便利等优越性能,得到越来越广泛的应用。钢
-混凝土组合结构通常具有裸露的受力钢构件,因而,钢-混凝土组合结构也和钢结构一样,抗火设计是
结构设计中的一个非常重要的环节。
钢-混凝土组合结构由钢-混凝土组合构件组成。钢-混凝土组合构件是指由钢和混凝土两种不同
材料组成一个整体而共同工作的构件。主要包括压型钢板混凝土组合楼板、钢-混凝土组合梁、钢骨混凝
土结构、钢管混凝土结构、外包钢混凝土结构等。钢-混凝土组合结构的抗火设计主要是对其中裸露的钢
构件进行抗火设计,它与钢结构的抗火设计有相同之处,又有所区别。

1裸露钢构件的耐火性能

1.1高温下钢材的强度明显降低
钢材虽然属于非燃烧材料,但不耐火。当温度达到400时,其强度就会降低到原强度的一半;当温
度达600时,钢材基本丧失其全部的强度。钢材在高温下的屈服应力可按下列公式采用[1]。
T
fyT=[1+]fy,(0T600)
767ln(T1750)

式中,fyT为钢材在温度T时的屈服应力;fy为钢材在常温时的屈服应力。
图1和图2为常温时钢材应力应变曲线示意图和不同温度时钢材应力应变曲线示意图[2]。从图中,我们可
以看出,随着温度的升高,钢材的屈服强度明显降低,当钢材温度超过600时,其强度已基本丧失。
1.2火灾时钢构件升温迅速
由于钢材的导热系数很高,使得钢材在火灾发生时升温很快,在短时间内即可达到很高的温度。表1
给出标准升温曲线温度和时间的关系。
由于钢构件在高温下屈服强度和弹性模量明显降低,而火灾发生时裸露钢构件升温速度极快,因此,

收稿日期:2005-03-05;修回日期:2005-04-02
作者简介:李胜强(1968-),男,广东茂名人,本科,工程师.
70茂名学院学报2005年

钢-混凝土组合结构的裸露受力钢构件必须进行抗火设计,并进行抗火防护。
表1标准升温曲线温度和时间的关系

时间(分钟)温度升高()
00
5556
10659
15718
30821
60925
90986
1201029
1801090
2401133
3601193

2钢-混凝土组合结构的抗火设计方法

2.1抗火设计的基本要求
组合结构抗火设计的基本要求是使组合结构的钢构件耐火时间不能低于一定的数值,即在小于该数值的时
间范围内结构不被破坏,使其抗火性能满足建筑对构件耐火极限的要求,具体应满足下列三种条件之一。
(1)在规定的耐火时间内,结构构件的承载力R不应小于各种作用所产生的组合效应S,即R!S;
(2)在各种荷载效应组合下,结构的耐火时间t不应小于规定的结构耐火时间[t],即t![t]。
(3)在火灾状况下,结构达到承载力极限状态时的内部临界温度T不应小于在规定的耐火时间内结构
的最高温度[T],即T![T]。
2.2抗火设计的方法
钢构件抗火设计的传统方法是采用耐火试验法。其方法是首先确定建筑物的耐火等级,然后根据耐
火等级确定受力构件的耐火极限,再确定受力构件的防火保护措施和防火构造方法,通过标准耐火试验核
准其耐火极限值,使结构构件满足抗火要求。
1)耐火极限的确定方法在进行抗火设计时,首先应确定建筑物的耐火等级,进而确定结构构件的耐
火极限要求。一般建筑物的耐火等级可按规范的相关规定确定。在确定结构构件的耐火极限要求时,应
考虑下列因素[3]:(1)建筑物的耐火等级越高,结构构件的耐火极限要求也越高;(2)越重要的构件,耐火极
限要求应越高,一般情况下,建筑结构的竖向受力构件(如:柱等)的重要性比梁重要,而梁又比楼板重要;
(3)如在高层建筑中,建筑下部的构件比建筑上部的构件更重要。
此外,建筑物内的火灾荷载密度、自动灭火配置情况等因素均对结构构件的耐火极限要求有影响。
∀建筑室内装修设计防火规范#给出了钢结构构件的耐火极限要求,见表2。
钢-混凝土组合结构钢构件的耐火极限按照其构件的位置和重要性参考上述原则和表2确定。
表2钢结构构件耐火