H型截面鋼柱抗火簡(jiǎn)化計(jì)算研究

H型截面鋼柱抗火簡(jiǎn)化計(jì)算研究隨著建筑火災(zāi)的發(fā)生頻率和嚴(yán)重程度的不斷加劇，建筑結(jié)構(gòu)防火問(wèn)題也越來(lái)越引人關(guān)注。防火設(shè)計(jì)是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要組成部分，其中防火設(shè)計(jì)針對(duì)構(gòu)件的耐火極限計(jì)算是至關(guān)重要的。本文旨在研究H型截面鋼柱的抗火性能，并提出一種簡(jiǎn)化的計(jì)算方法。一、H型截面鋼柱的抗火性能在高溫作用下，鋼材的力學(xué)性質(zhì)會(huì)發(fā)生變化，如彈性模量、屈服強(qiáng)度、斷裂強(qiáng)度等都會(huì)降低。因此，在火災(zāi)情況下，H型截面鋼柱的承載能力會(huì)出現(xiàn)降低，嚴(yán)重情況下可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。因此，需要通過(guò)抗火設(shè)計(jì)使構(gòu)件在規(guī)定時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定，從而保證建筑結(jié)構(gòu)的安全性。目前國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB50016-2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》中規(guī)定，火災(zāi)時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)在規(guī)定的耐火時(shí)間內(nèi)不得失效或塌陷。其中，耐火時(shí)間指的是構(gòu)件在高溫環(huán)境下能夠維持原有的承載能力的時(shí)間。耐火時(shí)間的長(zhǎng)短與所選用的防火材料、結(jié)構(gòu)形式等因素有關(guān)。二、H型截面鋼柱抗火計(jì)算方法1.耐火極限和溫升計(jì)算方法按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB50016-2014的規(guī)定，H型截面鋼柱的耐火極限和溫升計(jì)算方法如下：首先計(jì)算鋼材的抗火極限溫度，然后根據(jù)火災(zāi)下的實(shí)際溫度場(chǎng)分析鋼柱的溫度變化情況，最終確定鋼柱的耐火極限。計(jì)算過(guò)程包括以下幾個(gè)步驟：（1）計(jì)算鋼材的抗火極限溫度與起始溫度。鋼材的抗火極限溫度指的是鋼材在高溫下能夠維持其原來(lái)的力學(xué)性能的最高溫度。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，H型截面鋼柱的最高抗火極限溫度為500℃。起始溫度是指鋼材受到火災(zāi)作用前的初始溫度，通常取常溫。（2）計(jì)算鋼柱受到火災(zāi)后的溫度變化情況。防火設(shè)計(jì)需要通過(guò)對(duì)鋼柱受到火災(zāi)后的溫度變化情況進(jìn)行分析，來(lái)確定鋼柱耐火能力。在計(jì)算受火帶溫度場(chǎng)時(shí)，需要考慮火災(zāi)的強(qiáng)度、火災(zāi)場(chǎng)地的結(jié)構(gòu)布局、防火材料等因素。（3）確定鋼柱的耐火極限。根據(jù)最高抗火極限溫度和鋼柱受火后的溫度變化情況，可以確定鋼柱的耐火極限。若在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，鋼柱的承載能力能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，則認(rèn)為鋼柱能夠經(jīng)受住火災(zāi)的考驗(yàn)。2.H型截面鋼柱抗火簡(jiǎn)化計(jì)算方法由于H型截面鋼柱受火后溫度變化關(guān)系復(fù)雜，計(jì)算量大，不利于實(shí)際設(shè)計(jì)的開(kāi)展。因此，需要探索一種簡(jiǎn)化的計(jì)算方法。本文提出的H型截面鋼柱抗火簡(jiǎn)化計(jì)算方法主要基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和簡(jiǎn)化計(jì)算公式，能夠簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程，提高設(shè)計(jì)效率。（1）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析通過(guò)對(duì)大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出H型截面鋼柱的耐火極限與以下四個(gè)因素有關(guān)：材料熱導(dǎo)率、截面尺寸、初始溫度和鋼材的抗火極限溫度。其中，熱導(dǎo)率是影響H型截面鋼柱抗火極限的主要因素，其對(duì)鋼柱的熱平衡時(shí)間有較大影響。因此，本文提出的簡(jiǎn)化計(jì)算方法主要針對(duì)H型截面鋼柱的熱導(dǎo)率及截面尺寸進(jìn)行了簡(jiǎn)化。（2）簡(jiǎn)化計(jì)算公式根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，可得到如下簡(jiǎn)化計(jì)算公式：耐火極限=139×(d/t)e^(?0.0834β)其中，d為鋼柱截面寬度，t為鋼柱的厚度，β為H型截面鋼柱的熱導(dǎo)率。在使用本文提出的簡(jiǎn)化計(jì)算方法時(shí)，只需根據(jù)上述公式計(jì)算鋼柱的耐火極限即可。三、結(jié)論抗火設(shè)計(jì)是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要組成部分，而耐火極限的確定是重要的基礎(chǔ)工作。本文針對(duì)H型截面鋼柱的抗火性能進(jìn)行了研究，并提出了一種簡(jiǎn)化的計(jì)算方法。通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，得到了H型截面鋼柱的耐火極限與材料熱導(dǎo)率、截面尺寸、初始溫度和鋼材的抗火極限溫度等因素有關(guān)。