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建筑钢结构防火技术规范

建筑钢结构防火技术规范Code for Fire safety of Steel Building Structures

1 总则

1.0.1为防止和减小建筑钢结构的火灾危害，保护人身和财产安全，经济、合理地进行钢结构抗火设计和采取防火保护措施，制定本规范。

1.0.2本规范适用于新建、扩建和改建的建筑钢结构和组合结构的抗火设计和防火保护。

1.0.3本规范是以火灾高温下钢结构的承载力极限状态为基础，根据概率极限状态设计法的原则制定的。

1.0.4建筑钢结构的抗火设计与防火保护，除应符合本规范的规定外，尚应符合我国现行有关标准的规定。

2 术语和符号

2.1 术语

2.1.1火灾荷载密度fire load density

单位楼面面积上可燃物的燃烧热值，单位为MJ/m2。

2.1.2标准火灾升温standard fire temperature-time curve

国际标准ISO834给出的用于进行建筑构件耐火试验的炉内平均温度与时间的关系曲线。

2.1.3等效曝火时间equivalent time of fire exposure

在非标准火灾升温条件下，火灾在时间t内对构件或结构的作用效应与标准火灾在时间

e 内对同一构件或结构（外荷载相同）的作用效应相同，则时间

t称为前者的等效曝火时间。

2.1.4抗火承载力极限状态limit state for fire resistance

在火灾条件下，构件或结构的承载力与外加作用（包括荷载和温度作用）产生的组合效应相等时的状态。

2.1.5临界温度critical temperature

假设火灾效应沿构件的长度和截面均匀分布，当构件达到抗火承载力极限状态时构件截面上的温度。

2.1.6荷载比load level, load ratio

火灾下构件的承载力与常温下相应的承载力的比值。

2.1.7钢管混凝土构件concrete-filled steel tube

在圆形或矩形钢管内填灌混凝土而形成，且钢管和混凝土在受荷全工程中共同受力的构件。

2.1.8组合构件composite component

截面上由型钢与混凝土两种材料组合而成的构件。例如，钢管混凝土柱、钢－混凝土组合板和钢－混凝土组合梁等。

2.1.9屋顶承重构件load bearing roof component

用于承受屋面荷载的主要结构构件。例如，组成屋顶网架、网壳、桁架的构件和屋面梁、支撑等。屋面檩条一般不当作屋盖承重构件，但当檩条同时起屋盖结构系统的支撑作用时，则应当作屋盖承重构件。

2.1.10自动喷水灭火系统全保护total sprinkler system

建筑物内除面积小于5m2的卫生间外，均设有自动喷水灭火系统的保护。

2.2 符号

A —— 构件的毛截面面积； f A —— 一个翼缘的截面面积；

w A —— 梁腹板的截面面积； B —— 构件单位长度综合传热系数；

n B —— 与梁端部约束情况有关的常数；

s c —— 钢材的比热容； i c —— 防火保护层的比热容； i d —— 保护层的厚度； E —— 常温下钢材的弹性模量；

T E —— 高温下钢材的弹性模量； f —— 常温下钢材的设计强度； y f —— 常温下钢材的屈服强度； yT f —— 高温下钢材的屈服强度；

c f —— 常温下混凝土的抗压强度； cT f —— 高温下混凝土的抗压强度； F —— 单位长度构件的受火表面积；

i F —— 单位长度构件保护层的内表面积；

h —— 构件的截面高度或楼板厚度； w h —— 梁腹板的高度；

d h —— 压型钢板截面高度； I —— 构件截面惯性矩；

r k —— 火灾下钢管混凝土柱承载力影响系数；

l —— 构件的长度、跨度； 0l —— 构件的计算长度；

fi M —— 受火构件按等效作用力分析得到的杆端弯矩； p M —— 塑性弯矩；

T M —— 受火构件的杆端温度弯矩； x M 、y M —— 构件的最大弯矩设计值；

N —— 构件的轴力设计值；

'EXT N 、'EXT N —— 高温下构件的承载力参数；

f N —— 受火构件按等效作用力分析得到的轴力； T N —— 受火构件的轴向温度内力；

P —— 保护层中的含水率（质量百分比）；

q —— 梁（板）所受的均布荷载或等效均布荷载；

r q —— 考虑薄膜效应后楼板的极限承载力； ki Q —— 楼面或屋面活荷载的标准值；

R 、R '、x

R '、y R ' —— 荷载比； d R —— 高温下结构或构件的设计承载力；

S —— 结构或构件的荷载效应组合；

m S —— 高温下结构或构件内的作用效应组合；

t —— 受火时间或耐火时间；

't —— 构件温度达到100℃所需的时间； d t —— 结构或构件的耐火时间； e t —— 等效曝火时间； m t —— 结构或构件的耐火极限； v t —— 延迟时间； w t —— 梁腹板的厚度；

0T —— 受火前钢构件的内部温度； 1T 、2T —— 受火构件两侧或上、下翼缘的温度；

d T —— 结构或构件的临界温度； g T ' —— 实际的室内火灾升温；

)0(g T —— 火灾发生前的室内平均空气温度； g T —— 对应t 时刻的室内平均空气温度；

s T —— 钢构件温度；

m T —— 在耐火极限时间内结构或构件的最高温度；

V —— 单位长度构件的体积； p W —— 构件的截面塑性模量；

x W 、y W —— 构件绕x 轴和绕y 轴的毛截面模量；

s α —— 钢材的热膨胀系数； m β、t β —— 等效弯矩系数；

0γ —— 结构抗火重要性系数；

R γ —— 钢构件的抗力分项系数，抗火设计中钢材强度调整系数； x γ、y γ —— 截面塑性发展系数；

T χ —— 高温下钢材弹性模量折减系数； T η —— 高温下钢材强度折减系数；

s υ —— 钢材的泊松比；

λ —— 构件的长细比； i λ —— 保护材料的热传导系数； s λ —— 钢材的热传导系数； i ρ —— 保护层的密度；

ρ——钢材的密度；

σ——对流传热系数；

σ——辐射传热系数；

?——常温下轴心受压构件的稳定系数；

?——常温下钢梁的整体稳定系数；

?——高温下钢梁的整体稳定系数；

t?——时间增量；

?——构件或结构的温度变化；

3 钢结构防火要求

3.0.1单、多层建筑和高层建筑中的各类钢构件、组合构件等的耐火极限不应低于表3.0.1和本章的相关规定。当低于规定的要求时，应采取外包覆不燃烧体或其他防火隔热的措施。

表3.0.1单、多层和高层建筑构件的耐火极限

注：对造纸车间，变压器装配车间、大型机械装配车间、卷烟生产车间、印刷车间等及类似的车间，当建筑耐火等级较高时，吊车梁体系的耐火极限不应低于表中梁的耐火极限要求。

3.0.2钢结构公共建筑和用于丙类和丙类以上生产、仓储的钢结构建筑中，宜设置自动喷水灭火系统全保护。

3.0.3当单层丙类厂房中设有自动喷水灭火系统全保护时，各类构件可不再采取防火保护措施。

3.0.4丁、戊类厂、库房（使用甲、乙、丙类液体或可燃气体的部位除外）中的构件，可不采取防火保护措施。

3.0.5当单、多层一般公共建筑和居住建筑中设有自动喷水灭火系统全保护时，各类构件的耐火极限可按表3.0.1中相应的规定降低0.5h。

3.0.6单、多层一般公共建筑和甲、乙、丙类厂、库房的屋盖承重构件，当设有自动喷水灭火系统全保护，且屋盖承重构件离地（楼）面的高度不小于6m时，该屋盖承重构件可不采取其他防火保护措施。

3.0.7除甲、乙、丙类库房外的厂、库房，建筑中设有自动喷水灭火系统全保护时，其柱、梁的耐火极限可按表3.0.1的相应的规定降低0.5h。

3.0.8当空心承重钢构件中灌注防冻、防腐并能循环的溶液，且建筑中设有自动喷水灭火

系统全保护时，其承重结构可不再采取其它防火保护措施。

3.0.9当多、高层建筑中设有自动喷水灭火系统全保护（包括封闭楼梯间、防烟楼梯间），且高层建筑的防烟楼梯间及其前室设有正压送风系统时，楼梯间中的钢结构可不采取其它防火保护措施；当多层建筑中的敞开楼梯、敞开楼梯间采用钢结构时，应采取有效的防火保护措施。

3.0.10对于多功能、大跨度、大空间的建筑，可采用有科学依据的性能化设计方法，模拟实际火灾升温，分析结构的抗火性能，采取合理、有效的防火保护措施，保证结构的抗火安全。

4 材料特性

4.1 钢材

4.1.1

在高温下，钢材的有关物理参数应按表4.1.1采用。

表4.1.1 高温下钢材的物理参数

4.1.2 在高温下，普通钢材的弹性模量应按下式计算：

E E T T χ=

(4.1.2-1) ??????

??≤≤?--?<≤?--=C

1000C 600280061000C

600C 20476064780

7s s

s s s

s T T T T T T T χ

(4.1.2-2)

式中 s T ——

温度（℃）； T E —— 温度为s T 时钢材的初始弹性模量（N/mm 2）；

E —— 常温下钢材的弹性模量（N/mm 2），按现行《钢结构设计规范》（GB 50017）

确定；

T χ——

高温下钢材的弹性模量折减系数。 4.1.3

在高温下，普通钢材的屈服强度应按下式计算：

y T yT f f η=

(4.1.3-1) f f R y γ=

(4.1.3-2)

???????

??≤≤?-?<

1000C 8002000

/5.0C 800C 3002168.010228.910096.21024.1C

300C 200.1s s s s 3

53s 8s T T T T T T T T η (4.1.3-3)

式中 yT f —— 温度为s T 时钢材的屈服强度（N/mm 2）；

y f ——

常温下钢材的屈服强度（N/mm 2）； f —— 常温下钢材的强度设计值（N/mm 2），按现行《钢结构设计规范》（GB 50017）

确定；

R γ——

钢构件抗力分项系数，近似取1.1R =γ； T η——

高温下钢材强度折减系数。 4.1.4

在高温下，耐火钢的弹性模量和屈服强度可分别按式(4.1.2-1)和式(4.1.3-1)确定。其

中，弹性模量折减系数T χ和屈服强度折减系数T η应分别按式（4.1.5-1）和（4.1.5-2）确定。

?????

?≤≤??<≤?--

?<≤?--=C

1000C 9000.0005-0.5C 900C 6502500)650(775.0C 650C 202520201s s s s s s T T T T T T T χ (4.1.5-1)

??????

??≤≤?--?<≤?--=C

1000C 700)600(81000C

700C 20)918(5)768(6s s

s s s

s T T T T T T T η

(4.1.5-2)

4.2 混凝土

4.2.1

在高温下，普通混凝土的有关物理参数按下列规定采用：

1 热传导系数 1) 硅质骨料混凝土：

c 120012.012024.02??

??+-=T T λ

℃℃120020≤≤T

(4.2.1-1)

式中 c λ——

温度为T 时混凝土的热传导系数 [W/(m·℃)]；

T —— 混凝土的温度（℃）。 2) 钙质骨料混凝土：

c 120008.012016.06.1??

??+-=T T λ

℃℃120020≤≤T (4.2.1-2)

2 比热容：

c 120412080900??

??-+=T T c

℃℃120020≤≤T

(4.2.1-3)

式中 c c ——

温度为T 时混凝土的比热容 [J/(kg·℃)]。 4.2.2

在高温下，普通混凝土的初始弹性模量应按下式计算：

c cT )0011.083.0(E T E -=

eneryg ℃℃70060≤≤T

(4.2.2)

式中 cT E ——

温度为T 时混凝土的初始弹性模量（N/mm 2）；

c E ——

常温下混凝土的初始弹性模量（N/mm 2），按现行《混凝土结构设计规范》（GB 50010）确定。

4.2.3

在高温下，混凝土的抗压强度应按下式计算：

c cT cT f f η=

(4.2.3)

式中 f cT —— 高温下混凝土的抗压强度；

f c —— 常温下混凝土的抗压强度，按现行《混凝土结构设计规范》（GB 50010）确

定；

cT η——

普通混凝土的抗压强度折减系数，按表4.2.3确定。表4.2.3 高温下混凝土强度折减系数cT η

4.2.4其他类型混凝土在高温下的材料特性，应根据有关标准通过高温材性试验确定。

4.3 防火涂料

4.3.1当钢结构采用防火涂料保护时，可采用膨胀型或非膨胀型防火涂料。

4.3.2钢结构防火涂料的技术性能除应符合现行国家标准《钢结构防火涂料》（GB 14907）的规定外，还应符合下列要求：

1生产厂家应提供非膨胀型防火涂料的热传导系数（500℃时）、比热容、含水率和密度参数，或提供等效热传导系数、比热容和密度参数。非膨胀型防火涂料的等效热传导系数可按附录A的规定测定。

2主要成份为矿物纤维的非膨胀型防火涂料，当采用干式喷涂施工工艺时，应有防止粉尘、纤维飞扬的可靠措施。

4.4 防火板

4.4.1当钢结构采用防火板保护时，可采用低密度防火板、中密度防火板和高密度防火板。

4.4.2防火板材应符合下列要求：

1 应为不燃性材料；

2 受火时不炸裂，不产生穿透裂纹；

3 生产厂家应提供产品的热传导系数（500℃时）或等效热传导系数、密度和比热容等参数。防火板的等效热传导系数可按附录A的规定测定。

4.5 其它防火隔热材料

4.5.1钢结构也可采用粘土砖、C20混凝土或金属网抹M5砂浆等其他隔热材料作为防火保护层。

4.5.2当采用其它防火隔热材料作为钢结构的防火保护层时，生产厂家除应提供强度和耐候性参数外，尚应提供热传导系数（500℃时）或等效热传导系数及密度、比热容等参数。其他防火隔热材料的等效热传导系数可参照附录A的规定测定。

5 抗火设计基本规定

5.1 抗火极限状态设计要求

5.1.1

当满足下列条件之一时，应视为钢结构构件达到抗火承载力极限状态：

1 轴心受力构件截面屈服。

2 受弯构件产生足够的塑性铰而成为可变机构。

3 构件整体丧失稳定；

4 构件达到不适于继续承载的变形。 5.1.2

当满足下列条件之一时，应视为钢结构整体达到抗火承载力极限状态：

1 结构产生足够的塑性铰形成可变机构。

2 结构整体丧失稳定。 5.1.3

钢结构的抗火设计应满足下列要求之一：

1 在规定的结构耐火极限时间内，结构或构件的承载力d R 不应小于各种作用所产生的组合效应m S ，即：

m d S R ≥

(5.1.3-1)

2 在各种荷载效应组合下，结构或构件的耐火时间d t 不应小于规定的结构或构件的耐火极限m t ，即：

m d t t ≥

(5.1.3-2)

3 结构或构件的临界温度d T 不应低于在耐火极限时间内结构或构件的最高温度m T ，即：

m d T T ≥

(5.1.3-3)

5.2 一般规定

5.2.1 在一般情况下，可仅对结构的各构件进行抗火计算，满足构件抗火设计要求。 5.2.2 当进行结构某一构件的抗火验算时，可仅考虑该构件的受火升温。

5.2.3

有条件时，可对结构整体进行抗火计算，使其满足结构抗火设计的要求。此时，应

进行各构件的抗火验算。

5.2.4进行结构整体抗火验算时，应考虑可能的最不利火灾场景。

5.2.5对于跨度大于80m或高度大于100m的建筑结构和特别重要的建筑结构，宜对结构整体进行抗火验算，按最不利的情况进行抗火设计。

5.2.6对第5.2.5条规定以外的结构，当构件的约束较大时，如在内力组合中不考虑温度作用，则其防火保护层设计厚度应按计算厚度增加30%。

5.2.7连接节点的防火保护层厚度不得小于被连接构件保护层厚度的较大值。

6 温度作用及其效应组合

6.1 室内火灾空气升温

6.1.1

一般工业与民用建筑的室内火灾空气温度可下式计算：

)18lg(345)0()(g g +=-t T t T

(6.1.1)

式中 g T (t )—— 对应于t 时刻的室内平均空气温度（℃）；

)0(g T —— 火灾发生前的室内平均空气温度，取20℃；

t —— 升温时间（min ）。

6.1.2

当能准确确定建筑室内有关参数时，可按附录B 方法计算室内火灾的空气温度，也

可按其它轰燃后的火灾模型计算室内火灾的空气温度。 6.1.3

实际的室内火灾升温在任意时刻对结构的影响，可等效为标准火灾升温在等效曝火

时刻对结构的影响。本规范以钢构件温度相等为等效原则。当采用附录B 方法计算室内火灾的空气温度时，等效曝火时间e t 可按下式计算：

T 2e )3794.0223.4434.16(9q t +-+=ηη

(6.1.3-1)

w 53.0A h

A ∑

=η

(6.1.3-2)

式中 e t —— 等效曝火时间（min ）；

η—— 开口因子（m 1/2）；

T q —— 设计火灾荷载密度（MJ/m 2），按附录C 计算； w A —— 按门窗开口尺寸计算的房间开口面积（m 2）；

h —— 房

间门窗洞口高度（m ）； T A —— 包括门窗在内的房间六壁面积之和（m 2）。

6.2 高大空间火灾空气升温

6.2.1

本规范中，高大空间是指高度不小于6m 、独立空间地（楼）面面积不小于500m 2的

建筑空间。 6.2.2

高大空间建筑火灾中的空气升温过程可按下式确定：

[][]

μx b t t e e T T T /)(1.0z g t)z,(x,e )1(2.08.01)0(----+?--=-ηηββ

(6.2.2)

式中 t)z,(x,T —— 对应于t 时刻，与火源中心水平距离为x (m)、与地面垂直距离为z (m)处的空

气温度（℃）；

)0(g T —— 火灾发生前高大空间内平均空气温度，取20℃；

z T —— 火源中心距地面垂直距离为z (m)处的最高空气升温（℃），按附录D 确定；

β—— 根据火源功率类型和火灾增长类型，按附录D 确定； b —— 火源形状中心至火源最外边缘距离（m ）；

η—— 与火源中心水平距离为x (m)的温度衰减系数（无量纲），按附录D 确定；且

当b x <时，1=η；

μ—— 系数，按附录D 确定。

6.2.3

火源功率设计值s Q 应根据建筑物实际可燃物的情况，选取一合理数值。根据火源功

率设计值s Q ，可按表6.2.3确定火灾功率类型。

表6.2.3 火源功率类型

6.2.4 火灾增长类型可根据可燃物类型按表6.2.4确定。

表6.2.4 火灾增长类型

6.3 钢构件升温计算

6.3.1

火灾下钢构件的升温可按下列增量法计算，其初始温度取20℃：

[]

)()()()(s s g

s s s t T t t T t T c B

t t T +??-=

?+ρ

(6.3.1)

式中 t ?—— 时间增量（s ），不宜超过30s ；

s T —— 钢构件温度（℃）；

g T —— 火灾下钢构件周围空气温度（℃）；

B —— 钢构件单位长度综合传热系数 [W/(m 3·℃)]，按第6.3.2条计算；

s c —— 钢材的比热容，按表4.1.1取值；

s ρ—— 钢材的密度，按表4.1.1取值。

6.3.2

钢构件单位长度综合传热系数B 可按下列公式计算：

1 构件无防火保护层时：

B )(r c αα+=

(6.3.2-1)

g 4

s 4g r r )273()273(T T T T -+-+=σ

εα (6.3.2-2)

式中 F —— 构件单位长度的受火表面积（m 2/m ）； V —— 构件单位长度的体积（m 3/m ）；

c α—— 对流传热系数，取25c =αW/(m 2·℃)； r α—— 辐射传热系数 [W/(m 2·℃)]； r ε—— 综合辐射率，通常取5.0=r ε；

σ—— 斯蒂芬—波尔兹曼常数，σ=5.67×10-8 W/(m 2?K 4)。

2 构件有非膨胀型保护层时：

V F d V

c F

d c B i

i i s s i i i i 211

λρρ

(6.3.2-3)

式中 i c —— 保

护材料的比热容 [K)J/(kg ?]； i ρ—— 保护材料密度（3kg/m ）； i d —— 保护材料厚度（m ）；

i λ—— 保护材料500℃时的热传导系数或等效热传导系数 [W/(m 3·℃)]；

i F —— 构件单位长度防火保护材料的内表面积（m 2/m ）。

各类构件的V F i /值可按附录E 采用。 6.3.3

有非膨胀型防火保护层的钢构件，当构件温度不超过600℃时，在标准火灾升温条件

下其内部温度可按下式近似计算：

s05s )2.0100.5044.0()(T t B t T +-?+=-

700s ≤T ℃

(6.3.3)

式中 s0T ——

火灾前构件的初始温度，取为20℃；

t —— 火灾升温时间(s )，当为非标准火灾升温时，用第6.1.3条确定的等效曝火时间

e t 代替。

6.3.4 在标准火灾升温条件下，无防火保护层的钢构件和采用不同参数防火被覆构件的升

温也可按附录F 查表确定。 6.3.5

当钢构件的防火被覆中含有水分时，宜考虑钢构件的升温延迟现象。其内部温度可

按下式计算

)(=)(s s t T t T '

t t '<

C 001=)(s ?'t T

v t t t t +'≤≤'

(6.3.4) )(=)(v s s t t T t T +'

v >t t t +'

i i v 12λρd P t =

式中 v t —— 延迟时间，(s )；

t '—— 构件温度达到100℃的时间；

P —— 保护层中的含水率（质量百分比）；

)(s t T '—— 考虑延迟现象的影响时，构件在t 时刻的内部温度；

)(s t T —— 不考虑延迟现象的影响时，构件在t 时刻的内部温度，按第6.3.1、6.3.3或6.3.4

条确定。

当有实测数据时，延迟时间v t 可采用实测值。

当采用由附录A 确定的防火被覆的等效热传导系数计算钢构件的升温时，可不考虑防火被覆中水分引起的延迟时间。

6.4 结构内力分析

6.4.1 在进行钢结构抗火计算时，应考虑温度内力和变形的影响。

6.4.2

计算钢结构中某一构件受火升温的温度内力和变形时，可将受火构件的温度效应等

效为杆端作用力（图6.4.2），并将该作用力作用在与该杆端对应的结构节点上，然后按常温下的分析方法进行结构分析，得到该构件升温对结构产生的温度内力和变形。其中，受火构件的温度内力可按下式确定

f Te T N N N -=

(6.4.2-1)

??-+=021T s Te 2T T T A E N α

fi Te Ti M M M -=

(6.4.2-2)

)(12s T Te T T h

E M -=

α 式中 T N —— 受火构件的轴向温度内力（压力）； Te N ——

f N —— 按等效作用力分析得到的受火构件的轴力（受拉为正）； Ti M —— 受火构件的杆端温度弯矩（方向与图6.4.2b 所示Te M 方向相反）； Te M ——

fi M —— 按等效作用力分析得到的受火构件的杆端弯矩（方向与图6.4.2b 所示Te M 方

向一致为正）；

1T 、2T —— 受火构件两侧或上下翼缘的温度，对于有保护层钢构件可取21T T =；

0T —— 受火前构件的温度；

T E —— 温度为2/)(21T T +时钢材的弹性模量；

A —— 受火构件的截面面积； I —— 受火构件的截面惯性矩；

h —— 受火构件的截面高度。

T 1 T 2

受火

构件

(a) 构件的升温 (b) 等效作用力

图6.4.2 结构温度效应等效为杆端作用力

6.4.3 计算框架柱的温度内力时，如仅考虑该柱升温（相邻柱不升温），则该柱的温度内力

可根据计算结果折减30%。 6.4.4 钢结构构件抗火验算时，受火构件在外荷载作用下的内力，可采用常温下相同荷载

所产生的内力乘以折减系数0.9。

6.5 作用效应组合

6.5.1

钢结构抗火验算时，可按偶然设计状况的作用效应组合，采用下列较不不利的设计

表达式：

)(Qk f Tk Gk 0m S S S S φγ++=

(6.5.1-1)

)4.0(Wk Qk q Tk Gk 0m S S S S S +++=φγ

(6.5.1-2)

式中 m S ——

作用效应组合的设计值； GK S ——

永久荷载标准值的效应； Tk S ——

火灾下结构的标准温度作用效应； Qk S —— 楼面或屋面活荷载标准值的效应；

Wk S ——

风荷载标准值的效应；

f φ—— 楼面或屋面活荷载的频遇值系数，按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB

50009的规定取值；

φ——楼面或屋面活荷载的准永久值系数，按现行国家标准《建筑结构荷载规范》q

GB 50009的规定取值；

γ——结构抗火重要性系数，对于耐火等级为一级的建筑取1.15，对于其他建筑取0

1.05。