鋼混凝土組合柱抗火性能和設(shè)計(jì)方法

鋼-混凝土組合柱

--抗火性能和設(shè)計(jì)方法

1.型鋼混凝土柱

1.1設(shè)計(jì)原理1.2耐火極限實(shí)用設(shè)計(jì)方法

2.鋼管混凝土柱

2.1概述2.2設(shè)計(jì)原理2.3耐火極限實(shí)用計(jì)算方法2.4防火保護(hù)層厚度計(jì)算2.5火災(zāi)后剩余承載力計(jì)算2.6鋼管混凝土柱防火構(gòu)造措施2.7鋼管混凝土柱溫度場(chǎng)的計(jì)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(xué)22023/8/28蘭州理工大學(xué)31.型鋼混凝土柱1.1設(shè)計(jì)原理1.1.1“火災(zāi)有效荷載”確定圖示為按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)ISO-834規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線升溫作用下型鋼混凝土軸心受壓構(gòu)件繞強(qiáng)軸彎曲時(shí)耐火極限隨荷載的變化規(guī)律。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB50009-2001，建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)使用過程中可能同時(shí)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(jìn)行荷載效應(yīng)組合，并取各自的最不利的效應(yīng)組合進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)給定某一型鋼混凝土柱進(jìn)行耐火極限計(jì)算時(shí)，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(jì)算出2023/8/28蘭州理工大學(xué)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(yīng)控制的組合情況下的平均值為1.3，永久荷載效應(yīng)控制的均值為1.375，暫取小值1.3，則可近似導(dǎo)得型鋼混凝土柱的火災(zāi)有效荷載表達(dá)式：1.1.2重要影響參數(shù)在火災(zāi)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(zhǎng)，構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比，截面含鋼率，截面配筋率，荷載偏心率，鋼骨屈服強(qiáng)度，鋼筋屈服強(qiáng)度，混凝土強(qiáng)度和截面高寬比等。（1）截面周長(zhǎng)2023/8/28蘭州理工大學(xué)5

（2）構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比（1）截面周長(zhǎng)2023/8/28蘭州理工大學(xué)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(xué)7（5）荷錫載偏棟心率做（6）鋼謀骨屈踢服強(qiáng)桿度20蒜23皂/7旋/7蘭州畏理工疏大學(xué)8（7）鋼洗筋屈確服強(qiáng)刑度（8）混權(quán)凝土食強(qiáng)度20嗚23害/7畢/7蘭州砍理工金大學(xué)9（9）截掘面高交寬比計(jì)算準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)術(shù)升溫靠曲線肌升溫惡、在害不同島升溫續(xù)時(shí)刻茂溫度筍場(chǎng)作呼用下皆的戰(zhàn)關(guān)系曬曲線睬和N-予M關(guān)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(xué)1020宿23浪/7瀉/7蘭州裁理工邪大學(xué)11為便返于分蒙析，餐定義乏火災(zāi)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(dá)稈式如竹下：影響瘦火災(zāi)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(zhǎng)，撫構(gòu)件亮長(zhǎng)細(xì)桶比，六受火筆時(shí)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(qiáng)弱度，血鋼筋妖屈服辮強(qiáng)度勤，混泥凝土悼強(qiáng)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(duì)火張災(zāi)作恩用下銹型鋼剃混凝濕土壓踩彎構(gòu)呆件承弦載力駁影響薄系數(shù)Kt的影忍響規(guī)肉律。隊(duì)（截緞面形奴式為：充）20從23朋/7謝/7蘭州驅(qū)理工科大學(xué)12（1）截泰面尺轟寸20洗23棉/7屈/7蘭州偉理工奪大學(xué)13（2）構(gòu)恰件長(zhǎng)電細(xì)比20烘23類/7竊/7蘭州眼理工盲大學(xué)14（3）截衰面含里鋼率20休23份/7技/7蘭州幼理工滑大學(xué)15（4）截貍面配沖筋率20獄23赤/7噴/7蘭州潔理工墓大學(xué)16（5）荷塔載偏廢心率20外23石/7宮/7蘭州勾理工鼓大學(xué)17（6）鋼排骨屈流服強(qiáng)膝度20巷23累/7散/7蘭州脅理工唱大學(xué)18（7）鋼枝筋屈型服強(qiáng)耗度20農(nóng)23壤/7蔽/7蘭州乳理工滲大學(xué)19（8）混趁凝土擔(dān)強(qiáng)度20款23攝/7裁/7蘭州管理工泛大學(xué)20（9）截巖面高豆寬比20譽(yù)23稀/7疏/7蘭州吹理工釋大學(xué)21結(jié)論松：火災(zāi)和作用擊下鋼區(qū)骨屈捏服強(qiáng)頓度、不鋼筋落屈服嬌強(qiáng)度哲、混宿凝土北強(qiáng)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(duì)輛型鋼蓮混凝壺土壓邪彎構(gòu)垮件承殖載力途影響忠系數(shù)羅的影皇響較飽??；鑒而截型面周政長(zhǎng)、藏構(gòu)件并長(zhǎng)細(xì)扮比和墓受火確時(shí)間傭則是鄉(xiāng)豐影響純火災(zāi)穿下型錯(cuò)鋼混渾凝土翼壓彎兼構(gòu)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(shí)用冠計(jì)算婦方法如前午所述萬，火億災(zāi)作肯用對(duì)癢型鋼斬混凝駕土構(gòu)郊件的著承載荒力有方較大僵的影績(jī)響。掘在對(duì)毒大量獨(dú)數(shù)值音計(jì)算權(quán)結(jié)果泰整理躺分析筍的基槐礎(chǔ)上霉，可溜回歸殲出C，λ和t為參昏數(shù)的蟻標(biāo)準(zhǔn)吸火災(zāi)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(jiǎn)六化計(jì)演算公簡(jiǎn)式。20英23踐/7械/7蘭州從理工潔大學(xué)22型鋼斗混凝即土柱刻承載移力影深響系召數(shù)簡(jiǎn)嶄化計(jì)固算結(jié)宣果與劫數(shù)值糖計(jì)算鈴結(jié)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(xué)23根據(jù)《型鋼撤混凝沾土組嗚合結(jié)輸構(gòu)技稿術(shù)規(guī)忌程》J廉GJ乎13聰8-網(wǎng)20運(yùn)01或《鋼骨互混凝刻土結(jié)暫構(gòu)設(shè)椒計(jì)規(guī)敏程》Y冷B9奴08含2-椒97計(jì)算蠅出型春鋼混萬凝土咸壓彎藥構(gòu)件屋的承亦載力擺后，產(chǎn)將其器乘以鏡系數(shù)Kt值，蜘即可跡獲得甘壓彎極構(gòu)件傳在標(biāo)留準(zhǔn)火授災(zāi)作葬用下統(tǒng)的承詞載力主：簡(jiǎn)化濱公式施適用倉(cāng)于不岡同受翼火時(shí)撐間作肝用下身構(gòu)件裹承載染力的胳計(jì)算槐。在廈實(shí)際樣工程秋設(shè)計(jì)英中，云對(duì)應(yīng)蜂構(gòu)件緒的設(shè)和計(jì)荷葛載，撥利用礦簡(jiǎn)化誦公式第，可虎以得童出在姐某一裁特定天時(shí)刻t，構(gòu)生件火杏災(zāi)下拔的承量載力怠與設(shè)撓計(jì)荷縱載相斑等時(shí)晶對(duì)應(yīng)憑的火顛災(zāi)作亦用下對(duì)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(yīng)越限制蟻其火肯災(zāi)荷歉載比n（即酬火災(zāi)具時(shí)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(zāi)科荷載臂比限艦值不曉應(yīng)超駛過火稈災(zāi)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(xué)24影響鞭系數(shù)后簡(jiǎn)化回公式挎可得到到對(duì)工應(yīng)一末定火波災(zāi)荷沾載比奇下的鞏耐火鋪極限匯簡(jiǎn)化蹄計(jì)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(xué)252.報(bào)2設(shè)計(jì)捧原理2.貧2.睜1耐火陵極限栽和防鈔火保泡護(hù)層在火木災(zāi)有房誠(chéng)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(zhǎng)、扭長(zhǎng)細(xì)計(jì)比、符防火座保護(hù)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(qiáng)度畜和混坡凝土離強(qiáng)度捧等。算（以舞矩形神鋼管游混凝附土為脫例）（1）截?fù)崦嬷苘夐L(zhǎng)（2）長(zhǎng)營(yíng)細(xì)比20沸23膜/7驢/7蘭州數(shù)理工腔大學(xué)26（3）防紙火保歌護(hù)層旁厚度影響嶼火災(zāi)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(qiáng)度死、混丙凝土爹強(qiáng)度壇、含劍鋼率刊、構(gòu)床件截粗面尺湯寸、訪構(gòu)件晴長(zhǎng)細(xì)張比、年荷載效偏心刮率和員受火顆時(shí)間鉆，對(duì)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(zé)的結(jié)鐵果表坐明，破上述寨各參蠻數(shù)中胸，構(gòu)件仍截面棋尺寸效、構(gòu)閉件長(zhǎng)馬細(xì)20芹23抱/7殖/7蘭州目理工羞大學(xué)27比和受火東時(shí)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(zāi)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(zhǎng)算例志條件佛：20聚23寧/7瓜/7蘭州標(biāo)理工污大學(xué)28(2剛)構(gòu)件伍長(zhǎng)細(xì)熟比算例圍條件治：20汗23攪/7薦/7蘭州夠理工族大學(xué)29對(duì)于扣鋼管損混凝患土柱尚的防瀉火?？o(hù)，蜂常采腰用現(xiàn)求場(chǎng)施墳工防葛火保蜜護(hù)層卡的方欲法，碼常用怖的防節(jié)火保趣護(hù)材那料有紋水泥處砂漿謝和厚個(gè)涂型索鋼結(jié)別構(gòu)防已火涂越料。影響祖鋼管泥混凝形土柱照防火勉保護(hù)巴層厚謎度的贊主要伯參數(shù)臥包括肯：火妖災(zāi)荷謊載比固、耐業(yè)火極慶限、租截面騙尺寸乓和長(zhǎng)嚇細(xì)比濟(jì)。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(duì)其司防火器保護(hù)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(xué)30（1）水愧泥砂諒漿保礦護(hù)層20口23大/7鐵/7蘭州面理工宜大學(xué)31（2）厚顛涂型篩鋼結(jié)禍構(gòu)防喚火涂乏料保否護(hù)層20元23胖/7射/7蘭州異理工盲大學(xué)322.園2.駕2火災(zāi)打后的搞剩余慈承載役力考慮苦火災(zāi)粗作用玻（火辛災(zāi)曲失線按瓶國(guó)際樸標(biāo)準(zhǔn)娘升溫IS銷O-咽83苗4的有他關(guān)規(guī)能定確饑定）么和不存考慮窗火災(zāi)究作用騾時(shí)鋼是管混亭凝土液壓彎蠶構(gòu)件派典型稼的關(guān)系軌曲線擇：影響晶火災(zāi)杯后鋼段管混錦凝土捉壓彎朝構(gòu)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(qiáng)漠度、幅構(gòu)件貢截面羊尺寸櫻、構(gòu)鼓件長(zhǎng)悼細(xì)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(xué)33火時(shí)腫間和知防火扒保護(hù)傻層厚既度等卵，對(duì)上于矩術(shù)形鋼語(yǔ)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(zāi)告作用喪對(duì)鋼份管混料凝土舍構(gòu)件貧承載趣力影穗響系號(hào)數(shù)Kr：（1）構(gòu)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(xué)34（2）長(zhǎng)木細(xì)比尤（3）防言火保塔護(hù)層償厚度20石23展/7璃/7蘭州吼理工就大學(xué)35火災(zāi)懂作用更對(duì)鋼圓管混壯凝土勞構(gòu)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(zāi)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(nóng)素是仙：火考災(zāi)持姐續(xù)時(shí)蕉間、淚鋼管暗混凝跪土構(gòu)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(chǔ)/7塘/7蘭州昆理工蠶大學(xué)36（2）含囑鋼率20方23肥/7碧/7蘭州院理工濁大學(xué)372.融3耐火芬極限律實(shí)用隔計(jì)算哄方法如前他所述嗚，構(gòu)趁件截集面尺視寸、加構(gòu)件擴(kuò)長(zhǎng)細(xì)脖比和納受火掘時(shí)間損是影護(hù)響鋼敢管混完凝土但柱火值災(zāi)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(cè)在大斑規(guī)模護(hù)參數(shù)賀分析叼結(jié)果庫(kù)的基和礎(chǔ)上倦，以躍這三屯個(gè)參皇數(shù)為擋基本竄量，寺通過給回歸濟(jì)分析較的方飯法可睛推導(dǎo)捧出Kt的數(shù)露學(xué)表刷達(dá)式明。2.慮4防火鐮保護(hù)施層厚煤度計(jì)它算鋼管排混凝鐵土柱復(fù)防火隔應(yīng)根碑據(jù)設(shè)脆計(jì)要羅求對(duì)肅其鋼淺管采準(zhǔn)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(shì)施，肉其耐棉火等練級(jí)及溫耐火司極限餃應(yīng)滿迷足國(guó)謹(jǐn)家有岡關(guān)規(guī)烈范的因要求夢(mèng)。當(dāng)保馬護(hù)層虹為厚親防火鴿涂料翼性能富應(yīng)符聰合中根國(guó)工武程建映設(shè)標(biāo)覺準(zhǔn)化燦協(xié)會(huì)侮標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)膝構(gòu)防副火涂繡型鋼治結(jié)構(gòu)釋防火景涂料開時(shí)，碑涂料并應(yīng)用父技術(shù)取規(guī)范》C案EC怨S2脹4：90和國(guó)比家標(biāo)頁(yè)準(zhǔn)《鋼結(jié)昆構(gòu)防晶火涂窯料》G姨B1同49因07祖—2損00腫2的有仿關(guān)規(guī)膜定。20閱23躲/7姻/7蘭州終理工模大學(xué)38基于迎數(shù)值鉛計(jì)算壟結(jié)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(biāo)剝準(zhǔn)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(hù)摘層厚蝴度的喇實(shí)用廉計(jì)算鏡方法錢，計(jì)剖算結(jié)趙果與工數(shù)值建計(jì)算攻和實(shí)火驗(yàn)數(shù)必?fù)?jù)均摔基本公吻合耀。2.猛5火災(zāi)臂后剩肥余承織載力推計(jì)算如前礦所述膚，影沿響火展災(zāi)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(zhuǎn)火時(shí)鐘間、任截面伍尺寸墊（截犯面周熟長(zhǎng)、悠長(zhǎng)細(xì)絹比）墳。在仔大規(guī)任模參功數(shù)分想析結(jié)剝果的批基礎(chǔ)鉆上，退以這顯三個(gè)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(dǎo)出Kr的表洞達(dá)式倡。2.伍6防火如構(gòu)造恥措施根據(jù)相抗火鉗設(shè)計(jì)雪，當(dāng)影鋼管甜混凝糟土柱女需要倡防火鼓保護(hù)錫時(shí)，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(hù)構(gòu)把造措分。1.防火在板保拌護(hù)（雀鋼柱繞用鋼框龍骨貫固定屯的防抄火板趨構(gòu)造今）20研23召/7數(shù)/7蘭州盯理工單大學(xué)3920疊23六/7提/7蘭州帶理工廚大學(xué)4020久23蛛/7氣/7蘭州澇理工瞞大學(xué)412.復(fù)合象防火曠保護(hù)20閉23宅/7幻玉/7蘭州咸理工擾大學(xué)4220值23謀/7膜/7蘭州紗理工張大學(xué)4320欄23延/7臘/7蘭州伍理工滔大學(xué)443.柔性寨氈狀源隔熱稱材料擇防火咱保護(hù)20傷23鎮(zhèn)/7蠢/7蘭州逝理工拐大學(xué)452.蔥7鋼管哪混凝已土柱絨截面第溫度聽場(chǎng)的冷計(jì)算由Li亭e(廈19壁94講)、Li謝e和Ch榴ab渡ot復(fù)(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(dǎo)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(xué)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(zhì)宅）5混凝朝土的減導(dǎo)熱皆系數(shù)降（普述通混置凝土襯，鈣承質(zhì)）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(zhì)憐）20脾23晃/7爆/7蘭州營(yíng)理工評(píng)大學(xué)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(shí)心鐘混凝翻土柱犯具有夠相對(duì)閃更好帆的耐柄火性兄能，送這是迫由于飽內(nèi)鋼部管受狀到混絨凝土賭的保攏護(hù)，蜘可延斧緩其姿溫度扶上升儲(chǔ)，因幅而在愁受火液過程芬中可幸承擔(dān)誤更大畝的重果分布線內(nèi)力振。下圖哄為實(shí)券驗(yàn)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(nèi)部河混凝杜土和班內(nèi)鋼求管的臘情況辨。由飲圖可傲見，味對(duì)于鳴圓套麗圓中絹空夾鞭層鋼飽管混猾凝土孟柱，離達(dá)到閑耐火數(shù)極限性時(shí)柱母中部瘡會(huì)發(fā)故生外擾鋼管晚局部娘鼓曲唯的現(xiàn)邁象，雁而內(nèi)口部混跌凝土小和內(nèi)燃鋼管鞠由于座受到貍外鋼漸管的杠約束擔(dān)作用厚其工心作性弟能相抵對(duì)較使好；否對(duì)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