鋼混凝土組合柱抗火性能和設(shè)計方法

鋼-混凝土組合柱

--抗火性能和設(shè)計方法

1.型鋼混凝土柱

1.1設(shè)計原理1.2耐火極限實用設(shè)計方法

2.鋼管混凝土柱

2.1概述2.2設(shè)計原理2.3耐火極限實用計算方法2.4防火保護(hù)層厚度計算2.5火災(zāi)后剩余承載力計算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

2023/5/27蘭州理工大學(xué)22023/5/27蘭州理工大學(xué)31.型鋼混凝土柱1.1設(shè)計原理1.1.1“火災(zāi)有效荷載”確定圖示為按國際標(biāo)準(zhǔn)化委員會標(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)件繞強軸彎曲時耐火極限隨荷載的變化規(guī)律。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB50009-2001，建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計應(yīng)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(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。對給定某一型鋼混凝土柱進(jìn)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2023/5/27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，構(gòu)件長細(xì)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2023/5/27蘭州理工大學(xué)5

（2）構(gòu)件長細(xì)比（1）截面周長2023/5/27蘭州理工大學(xué)6（3）截面含鋼率

（4）截面配筋率2023/5/27蘭州理工大學(xué)7（5）荷載偏心率（6）鋼骨屈服強度2023/5/27蘭州理工大學(xué)8（7）鋼筋屈服強度

（8）混凝土強度2023/5/27蘭州理工大學(xué)9（9）截面高寬比計算獲得的型鋼混凝土軸心受壓柱按ISO-834標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線升溫、在不同升溫時刻溫度場作用下的關(guān)系曲線和N-M關(guān)系曲線。算例條件：2023/5/27蘭州理工大學(xué)102023/5/27蘭州理工大學(xué)11為便于分析，定義火災(zāi)下型鋼混凝土柱承載力的影響系數(shù)Kt表達(dá)式如下：影響火災(zāi)下型鋼混凝土柱承載力的可能因素有：截面周長，構(gòu)件長細(xì)比，受火時間，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。以算例：來分析各參數(shù)對火災(zāi)作用下型鋼混凝土壓彎構(gòu)件承載力影響系數(shù)Kt的影響規(guī)律。（截面形式為：）2023/5/27蘭州理工大學(xué)12（1）截面尺寸2023/5/27蘭州理工大學(xué)13（2）構(gòu)件長細(xì)比2023/5/27蘭州理工大學(xué)14（3）截面含鋼率2023/5/27蘭州理工大學(xué)15（4）截面配筋率2023/5/27蘭州理工大學(xué)16（5）荷載偏心率2023/5/27蘭州理工大學(xué)17（6）鋼骨屈服強度2023/5/27蘭州理工大學(xué)18（7）鋼筋屈服強度2023/5/27蘭州理工大學(xué)19（8）混凝土強度2023/5/27蘭州理工大學(xué)20（9）截面高寬比202土3/5忌/6蘭州理忍工大學(xué)21結(jié)論：火災(zāi)作顫用下鋼慰骨屈服困強度、肺鋼筋屈狹服強度張、混凝散土強度旱、截面他含鋼率您、截面界配筋率匹、荷載泄偏心率護(hù)和截面鴉高寬比坑等參數(shù)廁對型鋼贊混凝土版壓彎構(gòu)池件承載沾力影響欠系數(shù)的幕影響較構(gòu)小；而夕截面周漏長、構(gòu)撇件長細(xì)福比和受刻火時間處則是影仁響火災(zāi)聾下型鋼氧混凝土記壓彎構(gòu)紋件承載望力的主游要因素。1.刷1.釣2耐火碗極限片實用榮計算罵方法如前所爹述，火武災(zāi)作用唉對型鋼越混凝土慶構(gòu)件的暖承載力陜有較大俱的影響愚。在對扁大量數(shù)鳥值計算相結(jié)果整來理分析燃的基礎(chǔ)朱上，可觀回歸出C，λ和t為參季數(shù)的給標(biāo)準(zhǔn)熄火災(zāi)趙作用莖下型成鋼混夜凝土陡柱承情載力牧影響頌系數(shù)Kt的簡化孔計算公陷式。202飼3/5懸/6蘭州理奴工大學(xué)22型鋼倉混凝制土柱忌承載脊力影昌響系裙數(shù)簡?；嬁匏憬Y(jié)志果與兇數(shù)值促計算顧結(jié)果抹的比宴較，身參數(shù)專：20在23寶/5筐/6蘭州理柳工大學(xué)23根據(jù)《型鋼像混凝素土組秒合結(jié)刻構(gòu)技千術(shù)規(guī)關(guān)程》JG酷J13感8-2意001或《鋼骨堅混凝由土結(jié)事構(gòu)設(shè)舞計規(guī)干程》YB巖908酬2-9概7計算出辣型鋼混障凝土壓門彎構(gòu)件瘋的承載翼力后，薄將其乘驗以系數(shù)Kt值，即蘿可獲得嫩壓彎構(gòu)掠件在標(biāo)問準(zhǔn)火災(zāi)宅作用下表的承載燥力：簡化公曲式適用類于不同晶受火時猜間作用識下構(gòu)件街承載力轎的計算廣。在實映際工程權(quán)設(shè)計中邀，對應(yīng)裝構(gòu)件的月設(shè)計荷沃載，利貸用簡化胡公式，敗可以得敞出在某加一特定而時刻t，構(gòu)觸件火顆災(zāi)下萍的承艦載力泡與設(shè)閥計荷垮載相渡等時粱對應(yīng)黑的火贊災(zāi)作匯用下分的耐龜火極正限。為使刃型鋼搶混凝怒土柱捷滿足躲耐火粉極限況要求澆，應(yīng)才限制立其火尊災(zāi)荷益載比n（即火腳災(zāi)時作息用在柱食上的荷句載與其運常溫極裕限承載昨力的比抱值），轉(zhuǎn)且火災(zāi)傍荷載比晝限值不癥應(yīng)超過裳火災(zāi)下梯荷載影顧響系數(shù)Kt。由承廢載力202爸3/5朋/6蘭州凍理工齊大學(xué)24影響系長數(shù)簡化墻公式可叉得到對干應(yīng)一定異火災(zāi)荷只載比下冤的耐火污極限簡纏化計算鉤公式：2鋼管勢混凝配土2.帖1概述目前工奧程中最澆常見的順鋼管混騾凝土柱拋橫截面繡形式主鑼要是圓太形、方拒形和矩后形。20敞23粒/5歇/6蘭州理或工大學(xué)252.2設(shè)計原工理2.泉2.沈1耐火越極限向和防貌火保解護(hù)層在火吧災(zāi)有南效荷發(fā)載作建用下竹，影販響鋼之管混盞凝土枝柱耐茄火極艷限的溫因素檢包括勻：截驗面周逃長、轉(zhuǎn)長細(xì)帥比、穿防火損保護(hù)正層厚乳度、縱截面糊含鋼默率、萄荷載謝偏心劑率、額鋼材戶屈服窮強度跨和混鋸凝土堂強度手等。這（以悠矩形乎鋼管貌混凝躁土為末例）（1）截偉面周暫長（2）長細(xì)出比202遍3/5伴/6蘭州理畜工大學(xué)26（3）防蘆火保趟護(hù)層陶厚度影響火要災(zāi)下裸成鋼管混印凝土柱符承載力將的可能護(hù)因素主膠要有：熟鋼材屈橫服強度礎(chǔ)、混凝輝土強度污、含鋼鈔率、構(gòu)寫件截面使尺寸、象構(gòu)件長奪細(xì)比、底荷載偏冶心率和邁受火時灑間，對拉于矩形京混凝土逼還有截嘉面高寬匪比等。昆大規(guī)模敞參數(shù)分娛析的結(jié)制果表明權(quán)，上述怎各參數(shù)沸中，構(gòu)件截雅面尺寸急、構(gòu)件外長細(xì)20救23走/5噴/6蘭州哲理工陽大學(xué)27比和受火褲時間的影敬響最襪為顯觀著，辱而其恒他因坑素的自影響應(yīng)不大漆。類似當(dāng)型鋼劫混凝票土，溝定義話火災(zāi)叛下鋼脊管混街凝土闊柱承款載力金的影嘗響系廊數(shù)Kt。下面構(gòu)以矩呆形鋼飽管混申凝土脾為例胡，說匯明影子響Kt的因慮素。（1）截面訴周長算例屬條件廚：202責(zé)3/5男/6蘭州拜理工栽大學(xué)28(2齊)構(gòu)件李長細(xì)棋比算例條即件：202財3/5蹈/6蘭州理液工大學(xué)29對于頂鋼管撫混凝塔土柱微的防刃火保員護(hù)，種常采際用現(xiàn)震場施裁工防噸火保刑護(hù)層軍的方少法，鑄常用做的防然火保斬護(hù)材施料有部水泥物砂漿煌和厚披涂型仍鋼結(jié)俊構(gòu)防看火涂刃料。影響礙鋼管桿混凝霸土柱身防火索保護(hù)付層厚巨度的練主要博參數(shù)飛包括尚：火比災(zāi)荷溫載比母、耐肚火極逮限、喉截面末尺寸罵和長彼細(xì)比寒。下面以匠矩形鋼隙管混凝占土柱為測例說明廊各參數(shù)典對其防趁火保護(hù)偵層厚度秧的影響迎規(guī)律。要算例條奇件：20瘋23談/5啟/6蘭州可理工肯大學(xué)30（1）水泥堅砂漿保電護(hù)層202疏3/5拘/6蘭州理踐工大學(xué)31（2）厚涂呢型鋼結(jié)銳構(gòu)防火港涂料保疤護(hù)層20絮23膨/5省/6蘭州理棋工大學(xué)322.2嫌.2火災(zāi)眼后的辟剩余盯承載廚力考慮火炕災(zāi)作用觀（火災(zāi)抬曲線按笛國際標(biāo)蒼準(zhǔn)升溫IS群O-臟83圾4的有關(guān)釘規(guī)定確懸定）和平不考慮瘋火災(zāi)作叨用時鋼橡管混凝拳土壓彎怎構(gòu)件典肢型的關(guān)系曲布線：影響晴火災(zāi)慘后鋼駝管混碌凝土辣壓彎昆構(gòu)件久剩余薦承載煩力的籃可能傍因素綁有：染鋼材擾和混貴凝土期的強攜度、技構(gòu)件鉛截面螞尺寸衫、構(gòu)割件長厚細(xì)比療、荷戒載偏松心率奪、受20眠23抗/5型/6蘭州易理工蘿大學(xué)33火時章間和駝防火劈燕保護(hù)寄層厚逼度等虜，對咐于矩教形鋼嘗管混猶凝土遙，還柏有截價面高皺寬比棒。為便嫁于分懇析，劇定義坑火災(zāi)賠作用妖對鋼謠管混評凝土卸構(gòu)件液承載柴力影夫響系篩數(shù)Kr：（1）構(gòu)中件截下面尺按寸算例顯條件福：202擇3/5扇/6蘭州餐理工童大學(xué)34（2）長細(xì)邪比宵（3）防光火保較護(hù)層達(dá)厚度20缸23寸/5寨/6蘭州理條工大學(xué)35火災(zāi)寇作用礦對鋼甩管混沸凝土閱構(gòu)件邊的剛曉度也馳有影任響。貢為便訊于分灣析，估定義箭火災(zāi)單后鋼劣管混核凝土況抗彎隔剛度輪影響崗系數(shù)述為KB：影響KB的主要遍因素是災(zāi)：火災(zāi)替持續(xù)時忘間、鋼釘管混凝扒土構(gòu)件蜓的截面潔尺寸和牌含鋼率它。（1）截面吼尺寸算例條解件：20鄙23雁/5傾/6蘭州理貓工大學(xué)36（2）含駁鋼率20簽23貓/5如/6蘭州擱理工饅大學(xué)372.漆3耐火極嚷限實用晌計算方稍法如前藍(lán)所述脊，構(gòu)戲件截餐面尺普寸、怪構(gòu)件陸長細(xì)世比和形受火沈時間奪是影駱響鋼礙管混膨凝土愚柱火油災(zāi)下造承載賣力影膊響系瞎數(shù)Kt的最主頃要因素渡，因此益，在大左規(guī)模參并數(shù)分析雖結(jié)果的盾基礎(chǔ)上陜，以這競?cè)齻€參火數(shù)為基短本量，團(tuán)通過回漏歸分析罰的方法扎可推導(dǎo)烤出Kt的數(shù)抵學(xué)表床達(dá)式唐。2.4防火保狠護(hù)層厚虎度計算鋼管混維凝土柱故防火應(yīng)祖根據(jù)設(shè)嶼計要求源對其鋼抱管采用毫噴涂防惰火涂料醋或其他舅有效外舞包覆防悟火措施票，其耐蜂火等級瞎及耐火漲極限應(yīng)婚滿足國鉆家有關(guān)陷規(guī)范的蚊要求。當(dāng)保瓦護(hù)層引為厚池防火幫涂料蹲性能死應(yīng)符逗合中啟國工脊程建流設(shè)標(biāo)輸準(zhǔn)化賢協(xié)會難標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)墓防火涂城型鋼結(jié)高構(gòu)防火肚涂料時雙，涂料臣應(yīng)用技序術(shù)規(guī)范》C良EC做S2孝4：90和國樹家標(biāo)都準(zhǔn)《鋼結(jié)灣構(gòu)防剖火涂張料》G潔B1嘗49錢07漸—2辨00舉2的有檢關(guān)規(guī)帝定。20費23鮮/5四/6蘭州理徐工大學(xué)38基于數(shù)流值計算河結(jié)果，談提出按君規(guī)范ISO袖-83笛4或GB/朋T9杰978短-19饅99規(guī)定所的標(biāo)勉準(zhǔn)升思溫曲萄線升祥溫作貌用下存鋼管塵混凝鄙土柱批防火宴保護(hù)飽層厚華度的氧實用換計算廟方法萌，計賞算結(jié)篩果與攀數(shù)值和計算德和實撕驗數(shù)炎據(jù)均露基本吳吻合劈燕。2.降5火災(zāi)暗后剩皮余承痰載力活計算如前所咸述，影遣響火災(zāi)得后裸鋼誕管混凝便土柱承雕載力影淋響系數(shù)Kr的因收素主裁要是暢：受瓶火時接間、由截面遮尺寸僵（截獸面周街長、杏長細(xì)誘比）醫(yī)。在珠大規(guī)繩模參腿數(shù)分秋析結(jié)抓果的犧基礎(chǔ)勸上，顧以這計三個疊參數(shù)杰為基喉本變被量，其通過亡回歸短分析豪的方左法推噴導(dǎo)出Kr的表譜達(dá)式兵。2.予6防火構(gòu)蒜造措施根據(jù)舞抗火灰設(shè)計宰，當(dāng)拔鋼管怎混凝裹土柱郵需要螞防火霸保護(hù)稀時，航可采足用水盾泥砂御漿、慨防火敬涂料言、防唯火板輔、柔異性氈乎等措龜施。拳下面萄例舉品幾種伸鋼柱身的防問火保袖護(hù)構(gòu)至造措召。1.防火板貓保護(hù)（昆鋼柱用撿鋼龍骨沃固定的竹防火板丈構(gòu)造）202根3/5繭/6蘭州理項工大學(xué)39202爽3/5榜/6蘭州勻理工綿大學(xué)4020佛23技/5獻(xiàn)/6蘭州理礦工大學(xué)412.復(fù)合介防火跪保護(hù)202本3/5仙/6蘭州漆理工騰大學(xué)4220把23餓/5套/6蘭州膠理工販大學(xué)43202糠3/5丑/6蘭州理特工大學(xué)443.柔性氈健狀隔熱亞材料防于火保護(hù)202詠3/5適/6蘭州理腳工大學(xué)452.7鋼管灶混凝嶼土柱離截面音溫度便場的呆計算由Li盯e(拆19駱94渴)、Li扮e和Ch棄ab呆ot傘(1牧99障0)給出：1鋼材敬的熱蟻膨脹紫系數(shù)2鋼材的鈔導(dǎo)熱系奸數(shù)3鋼材肉的比貧熱和厲容重一般流取ρs=7機850張kg/20射23夠/5惹/6蘭州理稍工大學(xué)464混凝勤土的刮熱膨瓦脹系破數(shù)（幅普通洽混凝稍土，聽鈣質(zhì)搬）5混凝呼土的放導(dǎo)熱領(lǐng)系數(shù)折（普需通混慢凝土乞，鈣繩質(zhì)）6混凝應(yīng)土的垂比熱洋和容示重（輩普通買混凝帳土，撥鈣質(zhì)降）202守3/5豪/6蘭州理脅工大學(xué)473.中空表夾層我鋼管企混凝將土柱末的耐享火性蹦能中空見夾層乒鋼管率混凝狼土較山實心抽混凝顫土柱吃具有甜相對皆更好捷的耐愉火性酸能，竭這是察由于商內(nèi)鋼柱管受最到混奮凝土攔的保暈護(hù)，緒可延眨緩其多溫度怖上升訴，因巷而在查受火碼過程容中可恩承擔(dān)指更大襯的重術(shù)分布榮內(nèi)力獅。下圖鴉為實容驗后座圓形擊柱和君方形柴柱的胞整體獻(xiàn)破壞劉形態(tài)猾以及凡內(nèi)部炒混凝草土和披內(nèi)鋼潔管的拴情況蒼。由斷圖可股見，追對于屋圓套俘圓中羅空夾冠層鋼騎管混剝凝土聾柱，浩達(dá)到填耐火輩極限牌時柱子中部湊會發(fā)篩生外炊鋼管歇局部合鼓曲蹈的現(xiàn)素象，資而內(nèi)聚部混繁凝土妖和內(nèi)賄鋼管網(wǎng)由于經(jīng)受到米外鋼御管的悉約束璃作用私其工場作性仰能相鞠對較頃好；摩對于遲方套乎方鋼忌管混爹凝土糧柱，鼓其外川鋼管腫向外川的局蹲部屈談曲明衰顯，蠅且在浮極限言狀態(tài)堅時角沖部焊漁縫發(fā)哥生了絡(luò)斷裂導(dǎo)，內(nèi)謎部混飾凝土其被壓鐘潰，遣