防火涂料設(shè)計(jì)思路總結(jié)及常見設(shè)計(jì)問題(二)

作者：nvslch 張廬

前言：本文是對(duì)前篇《防火涂料設(shè)計(jì)思路總結(jié)及常見設(shè)計(jì)問題》的補(bǔ)充，對(duì)讀者提的主要問題進(jìn)行了解答,，同時(shí)給出一個(gè)簡(jiǎn)單防火算例,，方便讀者理解防火設(shè)計(jì)的主要流程。

一,、幾個(gè)常用知識(shí)點(diǎn)

1.目前和防火設(shè)計(jì)有關(guān)的規(guī)范匯總

1）《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范(2018版)》(GB50016-2014)

2）《鋼結(jié)構(gòu)防火涂料應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》(T/CECS24-2020)

3）《建筑構(gòu)件耐火試驗(yàn)方法第1~9部分》（GB/T9978.1~9-2008）

4）《建筑鋼結(jié)構(gòu)防火技術(shù)規(guī)范》(GB51249-2017)

5）《鋼結(jié)構(gòu)防火涂料》(GB14907-2018)

2.GB50016-2014及老版CECS24設(shè)計(jì)要求很簡(jiǎn)單,，用表格形式給出涂層厚度和耐火時(shí)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，在GB51249-2017頒布之后,，應(yīng)該是不能用了,但是其刷涂厚度范圍可供設(shè)計(jì)參考,。

膨脹（薄涂）型防火涂料性能

涂層厚度(mm)

3

5.5

7

耐火時(shí)間(h)

0.5

1.0

1.5

非膨脹（厚涂）型防火涂料性能

涂層厚度(mm)

15

20

30

40

50

耐火時(shí)間(h)

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.GB51249-2017中4.1.3.4條要求非膨脹型防火涂料厚度不應(yīng)小于10mm。而GB14907-2018中5.1.5條要求非膨脹型防火涂料厚度不應(yīng)小于15mm,，膨脹型防火涂料厚度不應(yīng)小于1.5mm,，設(shè)計(jì)時(shí)需留意應(yīng)按GB14907-2018。

4.關(guān)于防火涂料設(shè)計(jì)和檢驗(yàn)要求,，前篇文章講過,，應(yīng)提供等效熱阻，不能只提供耐火時(shí)間,。

下圖為不滿足GB51249-2017中5.3.3條要求的某涂料檢驗(yàn)報(bào)告：

下圖為滿足GB51249-2017中5.3.3條要求的某涂料檢驗(yàn)報(bào)告：

5.關(guān)于常用等效熱阻值的取值,，可按GB51249-2017中6.2.2條文說明，取值范圍在0.01~0.5,。等效熱阻值越大（即刷涂厚度越厚或涂料性能越高）,，涂料防護(hù)性能就越好，構(gòu)件在耐火時(shí)間內(nèi)升溫就越低,，構(gòu)件在高溫下就越不容易屈服,。

6.按GB51249-2017公式5.1.2-2估算高溫下鋼材強(qiáng)度折減系數(shù)如下：

溫度(°C)

300

400

500

600

700

強(qiáng)度折減系數(shù)

1.0

0.94

0.71

0.45

0.23

上表可見，在常規(guī)條件下,，一般構(gòu)件在耐火時(shí)間內(nèi)升溫到500~600°C時(shí)就有可能屈服,。可結(jié)合GB51249-2017簡(jiǎn)化公式6.2.3進(jìn)行升溫估算,，初步確定構(gòu)件所要求的等效熱阻,。

7.目前常用的軟件防火計(jì)算，YJK采用承載力法,，3d3s同時(shí)采用承載力法和臨界溫度法,。有讀者提出,，有時(shí)遇到軟件對(duì)同一構(gòu)件計(jì)算，兩種方法計(jì)算結(jié)果當(dāng)量相差很大的問題,。這是因?yàn)榘磁R界溫度法計(jì)算時(shí),，GB51249-2017中表7.2.1~7.2.5-2均未提供強(qiáng)度或穩(wěn)定荷載比R<0.30和>0.90時(shí)的臨界溫度，則對(duì)于強(qiáng)度或穩(wěn)定荷載比低于R<0.30或>0.90時(shí)構(gòu)件,，可能會(huì)出現(xiàn)兩種方法計(jì)算結(jié)果當(dāng)量相差很大的情況,。此時(shí)應(yīng)采用承載力法計(jì)算。

8.按GB51249-2017中3.2.5條,，網(wǎng)架,、桁架等以受軸心拉壓為主的構(gòu)件，應(yīng)考慮熱膨脹效應(yīng)對(duì)內(nèi)力的影響,。

9.按GB51249-2017中3.1.2條條文說明,，僅支撐屋面板的檁條，耐火極限不做要求,。

10.按GB51249-2017中8.2.1條條文說明,，組合樓板中的壓型鋼板僅作施工模板時(shí)，不需要進(jìn)行防火保護(hù),。

二,、簡(jiǎn)單防火設(shè)計(jì)案例

下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的花紋鋼板樓面防火設(shè)計(jì)案例，之所以選花紋鋼板樓面,，一是可僅計(jì)算單軸受彎強(qiáng)度,，不用計(jì)算穩(wěn)定，過程較為簡(jiǎn)單,；二是目前常用的軟件僅計(jì)算梁柱構(gòu)件的防火,，本例計(jì)算樓板防火，可作為軟件的補(bǔ)充,。計(jì)算條件如下（注：本例荷載取值偏大,，計(jì)算樓板撓度4.4mm（1/159L），其常規(guī)計(jì)算結(jié)果可能不滿足實(shí)際工程要求,，讀者可忽視）,。

某鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)，樓面采用7mm花紋鋼板(Q235B),，次梁間距700mm,，樓面計(jì)算模式為單向簡(jiǎn)支受彎，恒荷載包括樓板自重為5.5kN/m2,，活荷載為5.5kN/m2,，活荷載頻遇值系數(shù)Ψf=0.7，樓板設(shè)計(jì)耐火極限60min，耐火等級(jí)二級(jí),，樓板按四面受火，雙面刷膨脹型防火涂料,，樓板截面形狀系數(shù)Fi/V=2/0.007=285.7,。

單位寬度恒荷載下彎矩標(biāo)準(zhǔn)值：

KN*m

單位寬度活荷載下彎矩標(biāo)準(zhǔn)值：

KN*m

常規(guī)計(jì)算彎矩設(shè)計(jì)值：

KN*m

常規(guī)計(jì)算樓板應(yīng)力比：

耐火計(jì)算前先判定樓板是否需要做樓板防護(hù)，查GB51249-2017中6.2.1條文說明表10,，無防護(hù)構(gòu)件耐火時(shí)間60min時(shí),，構(gòu)件形狀系數(shù)285.7，構(gòu)件溫度將達(dá)到942°C以上,，此時(shí)鋼材強(qiáng)度基本喪失,，說明應(yīng)進(jìn)行樓板防護(hù)。

耐火計(jì)算時(shí)做簡(jiǎn)化處理,，忽略樓板升溫下的溫度內(nèi)力（GB51249-2017中3.2.5條文說明,，對(duì)于受彎構(gòu)件，可不考慮熱膨脹效應(yīng),，且火災(zāi)下構(gòu)件的邊界約束和在外荷載作用下的內(nèi)力可采用常溫下的邊界約束和內(nèi)力）

耐火計(jì)算彎矩設(shè)計(jì)值：

KN*m（GB51249-2017公式3.2.2-1）

樓板升溫計(jì)算（GB51249-2017簡(jiǎn)化公式6.2.3）,，假設(shè)等效熱阻Ri=0.15：

(°C)

按承載力法計(jì)算：

高溫下鋼材屈服強(qiáng)度折減系數(shù)ηsT=0.346（GB51249-2017公式5.1.2-2）

高溫下鋼材強(qiáng)度f(wàn)T=ηsTf=0. 346*215=74.4N/mm2（GB51249-2017公式5.1.2-1）

火災(zāi)下構(gòu)件強(qiáng)度驗(yàn)算

（GB51249-2017公式7.1.3）

按承載力法計(jì)算滿足。

按臨界溫度法計(jì)算：

截面強(qiáng)度荷載比

（GB51249-2017公式7.2.3-1）

查GB51249-2017表7.2.1,，按內(nèi)插法確定R為0.326時(shí)的臨界溫度Td=651.5(°C)

耐火極限下構(gòu)件最大升溫

,，按臨界溫度法計(jì)算滿足。

即樓板設(shè)計(jì)等效熱阻

,，兩種方法計(jì)算結(jié)果相當(dāng),，均已接近限值。

參考某型號(hào)防火涂料檢驗(yàn)報(bào)告：涂層厚度為1.50mm時(shí),，試驗(yàn)等效熱阻為0.1537,，略大于設(shè)計(jì)等效熱阻，故采用該型號(hào)涂料時(shí),，最小涂層厚度可取1.50mm,。

以下為檢驗(yàn)報(bào)告相關(guān)內(nèi)容：

注意此時(shí)標(biāo)準(zhǔn)耐火試驗(yàn)的時(shí)間最低為5100S（85min）,已超過60min！??！如僅按標(biāo)準(zhǔn)耐火試驗(yàn)時(shí)間為60min的試驗(yàn)厚度確定樓板防火涂層厚度（耐火試驗(yàn)時(shí)間為60min時(shí)的等效熱阻為0.0952），則不滿足樓板防火設(shè)計(jì)要求,。

以下為檢驗(yàn)報(bào)告相關(guān)內(nèi)容：

三,、承載力法和臨界溫度法防火設(shè)計(jì)流程對(duì)比

參考文章：

1.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中“見微知著”之四—結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介其一（by nvslch）

2.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中“見微知著”之五—結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)中篇（by nvslch）

3.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中“見微知著”之五—結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)終結(jié)篇（by nvslch）