防火保护层厚度的确定

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防火保护材料选定以后，保护层厚度的确定十分重要。厚度小了达不到国家规定的钢结构建筑物的耐火等级要求，厚度大了又会造成浪费。

保护层厚度的大小受许多因素的影响，如隔热材料的种类、钢构件的类型(是柱还是梁，还有构件的截面系数H_p／A)、荷载大小及要求达到的耐火极限等。确定保护层厚度的最好办法是进行构件耐火试验。试验时可采用实际构件，也可采用标准构件。构件的尺寸，试验条件与方法，制定标准等应遵循现行《建筑构件耐火性能试验方法》(GB9978－88)和《钢结构防火涂料通用技术条件》等有关标准的规定。

钢梁和钢柱则可按以下方法确定：

1．试验预测法

根据标准构件的耐火试验测定结果，按以下公式推算不同截面实际构件的防火保护层厚度值：

其计算步骤如下：

(1)确定荷载等级C。

式中：S——构件在火灾下的设计荷载效应；

R_u——构件在室温下的承载力，梁为室温下达到全塑性弯矩时的荷载，柱为室温下能够承受的临界屈服荷载，即根据构件长细比按《钢结构设计规范》(GBJ17－88)附表3．3(Q235F即A₃F)或附表3．6(16Mn)查出的稳定系数Φ乘截面的屈服承载力确定；

K——荷载系数。

柱：K=0．85

(2)确定钢构件的临界温度T_S。

临界温度是指钢构件达到破坏极限状态时的钢材温度。根据荷载等级C按表3－2－24采用。若为偏心受压柱，则T_s≤550℃。

表3－2－24 钢材的临界温度

(3)计十算构件在规定的耐火极限时间内所需的保护层厚度d。

式中：t——构件的耐火极限(从有关规范查出)；

λ——厚涂型钢结构防火涂料或不燃性板型材的导热系数，以实测值为准或按表3－2－23采用；

H_p／A——构件的截面系数。其中A为钢构件截面面积，H_p，为构件防火保护层的截面内周长，按表3－2－25确定；

表3－2－25 保护层覆盖的钢构件的H_p值

T_s——钢构件的临界温度。

(4)保护层为重型材料或含水材料时，对厚度值应作如下修正。

❶ 若2cρdH_p／A＞c_sρ_s，则为重型材料，应采用(H_p／A)_mod代替式中的H_p／A，重新计算d值。

式中：c_s——钢材的比热容，c_s=0．520kJ／(kg·K)；

ρ_s——钢材的密度，ρ_s=7850kg／m³；

c、ρ——防火保护材料的比热容和密度，以实测值为准或按表3－2－23采用。

❷ 含水保护材料的温度达100℃时，水分蒸发，使构件温度滞后t_v：

式中：β——防火保护材料的平衡含水率，以实测值为准，或按表3－2－23采用。此时用t_v值适当修正式中的t值，重新计算d值。

3．计算示例

例：设有一两跨，受均布荷载的Ⅰ字形梁：

跨度l=12m；荷载q=21kN／m；塑性截面抵抗矩W_p=1702×10³mm³；钢材室温屈服点f_v=235N／mm²；梁的截而系数H_p／A=110．03m；箱形包覆，防火材料导热系数λ=0．1W／(m·K)。

求：耐火极限为2．00h时的保护层厚度。

解：

(1)计算荷载等级C：

M_p=W_p·f_y=1702×235×10³=400kN·m

室温下的破坏荷载为：

(2)确定临界温度T_s：

查表3－2－24，由C=0．531得T_s=471℃。

(3)计算保护层厚度d：