鋼混凝土組合柱抗火性能和設計方法

鋼-混凝土組合柱

--抗火性能和設計方法

1.型鋼混凝土柱

1.1設計原理1.2耐火極限實用設計方法

2.鋼管混凝土柱

2.1概述2.2設計原理2.3耐火極限實用計算方法2.4防火保護層厚度計算2.5火災后剩余承載力計算2.6鋼管混凝土柱防火構造措施2.7鋼管混凝土柱溫度場的計算

3.中空夾層鋼管混凝土柱的耐火性能4.FRP約束鋼管混凝土柱的耐火性能

2023/8/28蘭州理工大學22023/8/28蘭州理工大學31.型鋼混凝土柱1.1設計原理1.1.1“火災有效荷載”確定圖示為按國際標準化委員會標準ISO-834規(guī)定的標準升溫曲線升溫作用下型鋼混凝土軸心受壓構件繞強軸彎曲時耐火極限隨荷載的變化規(guī)律。根據(jù)國家標準GB50009-2001，建筑結構的設計應根據(jù)使用過程中可能同時出現(xiàn)的荷載，按承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)進行荷載效應組合，并取各自的最不利的效應組合進行設計。對給定某一型鋼混凝土柱進行耐火極限計算時，由于不知道其承受的永久荷載和可變荷載究竟有多大，所以無法直接計算出2023/8/28蘭州理工大學4

有效荷載但型鋼混凝土的抗力R是已知的，因此可以通過S=R近似確定。。若近似將可變荷載效應控制的組合情況下的平均值為1.3，永久荷載效應控制的均值為1.375，暫取小值1.3，則可近似導得型鋼混凝土柱的火災有效荷載表達式：1.1.2重要影響參數(shù)在火災有效荷載作用下，影響型鋼混凝土柱耐火極限的因素包括：截面周長，構件長細比，截面含鋼率，截面配筋率，荷載偏心率，鋼骨屈服強度，鋼筋屈服強度，混凝土強度和截面高寬比等。（1）截面周長2023/8/28蘭州理工大學5

（2）構件長細比（1）截面周長2023/8/28蘭州理工大學6（3）截面含鋼率

（4）截面配筋率20斬23羨/7栗/7蘭州孟理工盯大學7（5）荷錫載偏棟心率做（6）鋼謀骨屈踢服強桿度20蒜23皂/7旋/7蘭州畏理工疏大學8（7）鋼洗筋屈確服強刑度（8）混權凝土食強度20嗚23害/7畢/7蘭州砍理工金大學9（9）截掘面高交寬比計算準獲得地的型慨鋼混祖凝土塵軸心斧受壓窄柱按IS濁O-綢83聞4標準術升溫靠曲線肌升溫惡、在害不同島升溫續(xù)時刻茂溫度筍場作呼用下皆的戰(zhàn)關系曬曲線睬和N-予M關系瓜曲線剃。算塞例條賺件：20川23祖/7架/7蘭州朗理工焦大學1020宿23浪/7瀉/7蘭州裁理工邪大學11為便返于分蒙析，餐定義乏火災哨下型拉鋼混錦凝土齒柱承慢載力憑的影能響系代數(shù)Kt表達稈式如竹下：影響瘦火災前下型割鋼混驢凝土逢柱承姜載力步的可傷能因解素有屑：截誦面周蹤蝶長，撫構件亮長細桶比，六受火筆時間服，截米面含宇鋼率悉，截但面配蚊筋率耀，荷求載偏傲心率療，鋼炮骨屈淡服強弱度，血鋼筋妖屈服辮強度勤，混泥凝土悼強度竹和截娘面高附寬比色等。以算毫例：來分部析各士參數(shù)解對火張災作恩用下銹型鋼剃混凝濕土壓踩彎構呆件承弦載力駁影響薄系數(shù)Kt的影忍響規(guī)肉律。隊（截緞面形奴式為：充）20從23朋/7謝/7蘭州驅理工科大學12（1）截泰面尺轟寸20洗23棉/7屈/7蘭州偉理工奪大學13（2）構恰件長電細比20烘23類/7竊/7蘭州眼理工盲大學14（3）截衰面含里鋼率20休23份/7技/7蘭州幼理工滑大學15（4）截貍面配沖筋率20獄23赤/7噴/7蘭州潔理工墓大學16（5）荷塔載偏廢心率20外23石/7宮/7蘭州勾理工鼓大學17（6）鋼排骨屈流服強膝度20巷23累/7散/7蘭州脅理工唱大學18（7）鋼枝筋屈型服強耗度20農23壤/7蔽/7蘭州乳理工滲大學19（8）混趁凝土擔強度20款23攝/7裁/7蘭州管理工泛大學20（9）截巖面高豆寬比20譽23稀/7疏/7蘭州吹理工釋大學21結論松：火災和作用擊下鋼區(qū)骨屈捏服強頓度、不鋼筋落屈服嬌強度哲、混宿凝土北強度嬸、截粉面含騙鋼率執(zhí)、截小面配賠筋率稍、荷拋載偏阿心率詳和截佩面高桑寬比悶等參振數(shù)對輛型鋼蓮混凝壺土壓邪彎構垮件承殖載力途影響忠系數(shù)羅的影皇響較飽小；鑒而截型面周政長、藏構件并長細扮比和墓受火確時間傭則是鄉(xiāng)豐影響純火災穿下型錯鋼混渾凝土翼壓彎兼構件磨承載卻力的牧主要攀因素。1.膏1.脾2耐火供極限謠實用冠計算婦方法如前午所述萬，火億災作肯用對癢型鋼斬混凝駕土構郊件的著承載荒力有方較大僵的影績響。掘在對毒大量獨數(shù)值音計算權結果泰整理躺分析筍的基槐礎上霉，可溜回歸殲出C，λ和t為參昏數(shù)的蟻標準吸火災晨作用秒下型塘鋼混干凝土仰柱承欠載力桂影響乞系數(shù)Kt的簡六化計演算公簡式。20英23踐/7械/7蘭州從理工潔大學22型鋼斗混凝即土柱刻承載移力影深響系召數(shù)簡嶄化計固算結宣果與劫數(shù)值糖計算鈴結果衡的比言較，脅參數(shù)鞠：20逼23淘/7太/7蘭州裕理工按大學23根據(jù)《型鋼撤混凝沾土組嗚合結輸構技稿術規(guī)忌程》J廉GJ乎13聰8-網(wǎng)20運01或《鋼骨互混凝刻土結暫構設椒計規(guī)敏程》Y冷B9奴08含2-椒97計算蠅出型春鋼混萬凝土咸壓彎藥構件屋的承亦載力擺后，產將其器乘以鏡系數(shù)Kt值，蜘即可跡獲得甘壓彎極構件傳在標留準火授災作葬用下統(tǒng)的承詞載力主：簡化濱公式施適用倉于不岡同受翼火時撐間作肝用下身構件裹承載染力的胳計算槐。在廈實際樣工程秋設計英中，云對應蜂構件緒的設和計荷葛載，撥利用礦簡化誦公式第，可虎以得童出在姐某一裁特定天時刻t，構生件火杏災下拔的承量載力怠與設撓計荷縱載相斑等時晶對應憑的火顛災作亦用下對的耐偏火極紹限。為使體型鋼谷混凝宗土柱雀滿足譜耐火課極限寨要求脖，應越限制蟻其火肯災荷歉載比n（即酬火災具時作井用在爪柱上濁的荷利載與福其?？h溫極田限承翁載力暢的比禾值）維，且盞火災科荷載臂比限艦值不曉應超駛過火稈災下貢荷載袍影響未系數(shù)Kt。由宋承載朗力20虛23健/7稠/7蘭州配理工遼大學24影響鞭系數(shù)后簡化回公式挎可得到到對工應一末定火波災荷沾載比奇下的鞏耐火鋪極限匯簡化蹄計算葛公式唇：2鋼管睜混凝身土2.震1概述目前勁工程通中最倒常見零的鋼拌管混宰凝土詠柱橫掏截面置形式莖主要久是圓唉形、吉方形罵和矩煌形。20望23德/7蝴/7蘭州妨理工施大學252.報2設計捧原理2.貧2.睜1耐火陵極限栽和防鈔火保泡護層在火木災有房誠效荷晃載作脂用下寶，影般響鋼鵲管混景凝土哲柱耐煩火極飾限的鉗因素摩包括密：截狡面周爪長、扭長細計比、符防火座保護日層厚億度、早截面雖含鋼慘率、鳥荷載妄偏心寫率、暗鋼材教屈服感強度畜和混坡凝土離強度捧等。算（以舞矩形神鋼管游混凝附土為脫例）（1）截撫面周軌長（2）長營細比20沸23膜/7驢/7蘭州數(shù)理工腔大學26（3）防紙火保歌護層旁厚度影響嶼火災羞下裸跳鋼管寸混凝胡土柱攝承載披力的曠可能役因素幣主要堂有：涉鋼材六屈服耍強度死、混丙凝土爹強度壇、含劍鋼率刊、構床件截粗面尺湯寸、訪構件晴長細張比、年荷載效偏心刮率和員受火顆時間鉆，對并于矩斥形混付凝土妨還有儀截面蜓高寬臨比等泊。大戒規(guī)模依參數(shù)焦分析責的結鐵果表坐明，破上述寨各參蠻數(shù)中胸，構件仍截面棋尺寸效、構閉件長馬細20芹23抱/7殖/7蘭州目理工羞大學27比和受火東時間的影纏響最犬為顯趟著，販而其屬他因雙素的公影響譯不大匯。類似子型鋼爛混凝作土，澡定義扣火災染下鋼普管混虎凝土這柱承顏載力狹的影委響系株數(shù)Kt。下面鏈以矩禮形鋼船管混叫凝土痛為例順，說光明影貝響Kt的因系素。（1）截淡面周循長算例志條件佛：20聚23寧/7瓜/7蘭州標理工污大學28(2剛)構件伍長細熟比算例圍條件治：20汗23攪/7薦/7蘭州夠理工族大學29對于扣鋼管損混凝患土柱尚的防瀉火?？o，蜂常采腰用現(xiàn)求場施墳工防葛火保蜜護層卡的方欲法，碼常用怖的防節(jié)火保趣護材那料有紋水泥處砂漿謝和厚個涂型索鋼結別構防已火涂越料。影響祖鋼管泥混凝形土柱照防火勉保護巴層厚謎度的贊主要伯參數(shù)臥包括肯：火妖災荷謊載比固、耐業(yè)火極慶限、租截面騙尺寸乓和長嚇細比濟。下面鍛以矩和形鋼高管混砍凝土鳳柱為絕例說林明各扮參數(shù)卸對其司防火器保護加層厚滅度的噸影響晴規(guī)律秀。算畝例條告件：20鄭23偽/7猴/7蘭州佛理工序大學30（1）水愧泥砂諒漿保礦護層20口23大/7鐵/7蘭州面理工宜大學31（2）厚顛涂型篩鋼結禍構防喚火涂乏料保否護層20元23胖/7射/7蘭州異理工盲大學322.園2.駕2火災打后的搞剩余慈承載役力考慮苦火災粗作用玻（火辛災曲失線按瓶國際樸標準娘升溫IS銷O-咽83苗4的有他關規(guī)能定確饑定）么和不存考慮窗火災究作用騾時鋼是管混亭凝土液壓彎蠶構件派典型稼的關系軌曲線擇：影響晶火災杯后鋼段管混錦凝土捉壓彎朝構件工剩余堵承載消力的淹可能現(xiàn)因素壺有：懼鋼材區(qū)和混蒜凝土悉的強漠度、幅構件貢截面羊尺寸櫻、構鼓件長悼細比環(huán)、荷龜載偏慚心率役、受20舒23哀/7秋/7蘭州俱理工叉大學33火時腫間和知防火扒保護傻層厚既度等卵，對上于矩術形鋼語管混挽凝土凳，還密有截密面高壁寬比晉。為便春于分職析，屋定義星火災告作用喪對鋼份管混料凝土舍構件貧承載趣力影穗響系號數(shù)Kr：（1）構倍件截豆面尺登寸算例倚條件器：20彼23附/7戴/7蘭州撒理工針大學34（2）長木細比尤（3）防言火保塔護層償厚度20石23展/7璃/7蘭州吼理工就大學35火災懂作用更對鋼圓管混壯凝土勞構件攝的剛跳度也眉有影嘗響。理為便饅于分賽析，唇定義鼠火災練后鋼窮管混急凝土軋抗彎訪剛度厲影響紡系數(shù)峰為KB：影響KB的主搞要因農素是仙：火考災持姐續(xù)時蕉間、淚鋼管暗混凝跪土構役件的特截面乞尺寸森和含脹鋼率佳。（1）截羞面尺滅寸算例站條件句：20廳23礎/7塘/7蘭州昆理工蠶大學36（2）含囑鋼率20方23肥/7碧/7蘭州院理工濁大學372.融3耐火芬極限律實用隔計算哄方法如前他所述嗚，構趁件截集面尺視寸、加構件擴長細脖比和納受火掘時間損是影護響鋼敢管混完凝土但柱火值災下猾承載逐力影慢響系秀數(shù)Kt的最侮主要航因素倘，因蠅此，測在大斑規(guī)模護參數(shù)賀分析叼結果庫的基和礎上倦，以躍這三屯個參皇數(shù)為擋基本竄量，寺通過給回歸濟分析較的方飯法可睛推導捧出Kt的數(shù)露學表刷達式明。2.慮4防火鐮保護施層厚煤度計它算鋼管排混凝鐵土柱復防火隔應根碑據(jù)設脆計要羅求對肅其鋼淺管采準用噴迫涂防慎火涂元料或穿其他漁有效蚊外包局覆防衫火措勢施，肉其耐棉火等練級及溫耐火司極限餃應滿迷足國謹家有岡關規(guī)烈范的因要求夢。當保馬護層虹為厚親防火鴿涂料翼性能富應符聰合中根國工武程建映設標覺準化燦協(xié)會侮標準《鋼結膝構防副火涂繡型鋼治結構釋防火景涂料開時，碑涂料并應用父技術取規(guī)范》C案EC怨S2脹4：90和國比家標頁準《鋼結昆構防晶火涂窯料》G姨B1同49因07祖—2損00腫2的有仿關規(guī)膜定。20閱23躲/7姻/7蘭州終理工模大學38基于迎數(shù)值鉛計算壟結果斧，提鼠出按穗規(guī)范IS衛(wèi)O-裙83券4或GB洗/T把9害97露8-糟19篇99規(guī)定刮的標剝準升館溫曲季線升葬溫作遙用下叔鋼管該混凝梳土柱纏防火撈保護摘層厚蝴度的喇實用廉計算鏡方法錢，計剖算結趙果與工數(shù)值建計算攻和實火驗數(shù)必據(jù)均摔基本公吻合耀。2.猛5火災臂后剩肥余承織載力推計算如前礦所述膚，影沿響火展災后諷裸鋼畏管混練凝土斷柱承刪載力累影響扯系數(shù)Kr的因傾素主控要是召：受轉火時鐘間、任截面伍尺寸墊（截犯面周熟長、悠長細絹比）墳。在仔大規(guī)任模參功數(shù)分想析結剝果的批基礎鉆上，退以這顯三個界參數(shù)頸為基尼本變吧量，勉通過栽回歸悶分析凱的方館法推玩導出Kr的表洞達式倡。2.伍6防火如構造恥措施根據(jù)相抗火鉗設計雪，當影鋼管甜混凝糟土柱女需要倡防火鼓保護錫時，示可采漢用水克泥砂南漿、斜防火蜘涂料走、防貼火板萬、柔捐性氈寒等措富施。笛下面漆例舉沃幾種除鋼柱壘的防淘火保與護構把造措分。1.防火在板保拌護（雀鋼柱繞用鋼框龍骨貫固定屯的防抄火板趨構造今）20研23召/7數(shù)/7蘭州盯理工單大學3920疊23六/7提/7蘭州帶理工廚大學4020久23蛛/7氣/7蘭州澇理工瞞大學412.復合象防火曠保護20閉23宅/7幻玉/7蘭州咸理工擾大學4220值23謀/7膜/7蘭州紗理工張大學4320欄23延/7臘/7蘭州伍理工滔大學443.柔性寨氈狀源隔熱稱材料擇防火咱保護20傷23鎮(zhèn)/7蠢/7蘭州逝理工拐大學452.蔥7鋼管哪混凝已土柱絨截面第溫度聽場的冷計算由Li亭e(廈19壁94講)、Li謝e和Ch榴ab渡ot復(1最99俗0)給出渠：1鋼材福的熱掩膨脹望系數(shù)2鋼材殘的導鄰熱系慚數(shù)3鋼材爬的比輔熱和茄容重一般癥取ρs=籌78擠50捐kg礦/20逝23緣瑞/7威/7蘭州頌理工寸大學464混凝秩土的拆熱膨宋脹系圾數(shù)（車普通臥混凝工土，甜鈣質宅）5混凝朝土的減導熱皆系數(shù)降（普述通混置凝土襯，鈣承質）6混凝播土的姐比熱桿和容隸重（甩普通虜混凝盟土，唉鈣質憐）20脾23晃/7爆/7蘭州營理工評大學473.中空勻夾層大鋼管話混凝廊土柱枝的耐狂火性拒能中空徹夾層耳鋼管商混凝炎土較大實心鐘混凝翻土柱犯具有夠相對閃更好帆的耐柄火性兄能，送這是迫由于飽內鋼部管受狀到混絨凝土賭的保攏護，蜘可延斧緩其姿溫度扶上升儲，因幅而在愁受火液過程芬中可幸承擔誤更大畝的重果分布線內力振。下圖哄為實券驗后娘圓形輩柱和脊方形稀柱的名整體膊破壞儀形態(tài)魯以及印內部河混凝杜土和班內鋼求管的臘情況辨。由飲圖可傲見，味對于鳴圓套麗圓中絹空夾鞭層鋼飽管混猾凝土孟柱，離達到閑耐火數(shù)極限性時柱母中部瘡會發(fā)故生外擾鋼管晚局部娘鼓曲唯的現(xiàn)邁象，雁而內口部混跌凝土小和內燃鋼管鞠由于座受到貍外鋼漸管的杠約束擔作用厚其工心作性弟能相抵對較使好；否對于銜方套堆方鋼閘管混稍凝土脅柱，洗其外烘鋼管尋向外性的局膨部屈毀曲明惹顯，味且在迷極限