中外钢结构防火规范在门式刚架防火设计运用上的对比分析.pdf
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1、建筑资讯建 筑 技 术 开 发4 Building InformationBuilding Technology Development第50卷第8期2023年8月中外钢结构防火规范在门式刚架防火设计 运用上的对比分析魏玉鹏1,邢胜男1,陈可心2(1.中国天辰工程有限公司,天津 300400;2.苏州混凝土水泥制品研究院有限公司,江苏苏州 215004)摘要 从防火设计的角度,分别选用欧洲规范3:钢结构设计(EC3)和GB 512492017建筑钢结构防火技术规范标准计算火灾中门刚结构内力和位移,并通过变换荷载的方向(竖向荷载变为风荷载),分析不同荷载组合方式下,运用EC3和GB5124920
2、17规范计算差异,得出结论,供设计人员借鉴。关键词 防火;荷载;门式刚架;内力;位移 中图分类号TU 391 文献标志码B 文章编号1001-523X(2023)08-0004-03COMPARATIVE ANALYSIS OF CHINESE AND FOREIGN STEEL STRUCTURE FIRE PROTECTION SPECIFICATIONS IN THE FIRE PROTECTION DESIGN AND APPLICATION OF PORTAL RIGID FRAMEWei Yu-peng,Xing Sheng-nan,Chen Ke-xin AbstractFrom
3、 the perspective of fire resistant design,EC3 and GB 512492017 standards are selected to calculate the internal force and displacement of portal frame structure in fire,and by changing the direction of load(vertical load becomes wind load),the calculation difference of EC3 and GB 512492017 standards
4、 under different load combinations is analyzed,and the conclusions are drawn,which can be used for reference by designers Keywordsfire resistant;load;portal rigid frame;internal force;displacement以门式刚架(简称门刚)实例为研究对象,分别运用中外钢结构防火规范对其进行防火计算和校核,然后对比运用不同规范进行防火验算后的结果差异。1 中外防火计算对比门式钢架柱顶高6.15 m、跨距18 m、横载1.8
5、kN/m,可变荷载3 kN/m,横梁工字钢I 450160810立柱H 400200,材质Q345,分析当门刚内空间发生燃烧,门刚的钢梁连接处C点温度为400时,其强度是否能够满足设计要求。1.1 结果差异首先,建立门刚模型,按照荷载组合方式1.3永久荷载+1.5可变荷载施加荷载,计算时考虑梁自重,等效线荷载为7.4 kN/m。在上述模型基础上,模拟火灾温度场,假定火源位于梁2和梁3拼接处C点的正下方,此时C点温度最高,计算C点温度为400时的弯矩值。由结构力学求解软件可计算出此时C点的弯矩和轴力,M=294.16 MPa,N=101.02 kN。由弯矩图可知,在梁柱节点位置处弯矩最大,对此处
6、的强度进行校核:Ae=6 650,=1.05,根据压弯强度校核AeN+WeM=318.39 MPa 按照GB 512492017建筑钢结构防火技术规范(以下简称国标)可知,构件在高温下强度需满足 式(1)。AeN+WeMfT(1)高温下屈服强度fT计算如下:fT=f=313 MPa。由318.39 MPa313 MPa 可以得知,实际强度校核不满足要求。由于式(1)已经考虑截面塑形发展系数,即钢材以弹性变形为主,允许出现一定塑形变形,所以满足上述关系式可以看作钢材在高温情况下,受外力和弯矩作用强度合格的最低要求。通过上述分析,可以得到以下结论,应用国标计算得到,以上门刚实例在钢架中心温度达到4
7、00时强度值不满足要求。对于门刚在平面内稳定和平面外稳定验算,由于计算过程相对烦琐,且限于篇幅关系,在此不再赘述。根据国标中稳定性计算式(2)。xTAN+bxTWxtxMx+yWy(10.8N/NEyT)myMy fT(2)在高温情况下,门刚会出现虽然强度满足要求,但稳定性不满足要求,产生平面内或平面外失稳的情收稿日期:20230617作者简介:魏玉鹏(1978),男,天津人,高级工程师,主要研究方向为机械设计和土木工程。建筑资讯建 筑 技 术 开 发 5Building InformationBuilding Technology Development第50卷第8期2023年8月况。由此判
8、定,该门刚在此温度时,梁柱节点处已超过设计最大承载能力,发生较大塑形变形,整个结构处于不安全状态。按照欧洲规范3:钢结构设计(以下简称EC3)的规范进行防火计算,将EC3中对应的钢材在400的特性参数,输入此模型中,计算得出弯矩见表1,按照荷载组合方式1.3永久荷载+1.5可变荷载,应用国标和EC3,对高温条件下的门刚实例的内力和弯矩分别求解。表1 火灾情况下应用国标与EC3计算内力和弯矩荷载组合方式内力名称国标弯矩(kNm)轴/剪力(kN)位置EC3弯矩(kNm)轴/剪力kN1.3永久荷载+1.5可变荷载最大弯矩最大轴力最大剪力294.16101.289.45梁柱节点梁梁281.0495.3
9、683.661.0永久荷载+1.4左风(荷载工况+i)最大弯矩最大轴力最大剪力260.0939.3454.58梁2节点C梁2柱4233.7932.8949.111.0永久荷载+1.4左风(荷载工况i)最大弯矩最大轴力最大剪力248.6753.356.72梁2节点C梁2柱4222.3849.0351.241.2 应用中外防火规范计算对比如图1所示,最高温度为400时的内力和弯矩分布,荷载组合方式按照1.0永久荷载+1.4左风(工况+i)以及1.0永久荷载+1.4左风(工况i)考虑。由于门刚为对称结构,右风与左风产生的内力相同,因此只分析左风一种工况。图1 横向风荷载i左风计算结果见表1中的第2、
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