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2021-12-30

RFEM 6 中钢结构杆件的抗火设计

钢材的防火性能较差。 与其他建筑材料相比,钢材在温度升高时的热膨胀系数很大,并且可能会导致常温下设计时不会出现的情况,并且在构件中产生约束作用。减少。 因为钢结构在 600 °C 时会损失 50 % 的强度,所以采取防火措施对结构构件采取防火设计就显得非常重要。 对于受保护的钢构件,由于生热行为的改善,可以增加抗火持续时间。

RFEM 6 中的抗火设计

在 RFEM 6 中,钢结构设计中可以使用图 1 中显示的表格定义抗火承载力配置,而抗火设计中可以使用偶然设计状况进行设计。 然后将这种设计状况的主导作用与火灾温度承载力设计值进行比较,得出设计利用率必须小于 1,才能满足设计要求。 抗火承载力的设计值通过在温度升高时屈服强度折减计算得出,折减系数取决于达到要求的耐火时间结束时的温度 θa,从[1]表 3.1 中内推得到[SCHOOL.INSTITUTION]

RFEM 6 中的抗火设计参数

在图 2 显示的窗口中可以调整 RFEM 6 抗火设计参数。 如果要解析确定终止温度,则必须定义所需的耐火时间和解析的时间间隔。

根据公式8计算所需耐火时间tf,req结束时钢材温度θa,通过计算在每个分析时间间隔上钢材的温升Δθa。 下一个时间步钢材的温度可以由上一步钢材的温度加上直到时间点 t 的加热 Δθa 相加得出,在该时间步钢材的主导温度得出。

[1] (4.25)

使用:

ksh - 考虑屏蔽效应的修正系数

Am/V-截面系数(表示暴露在外的表面积与体积的比率)

ca - 比热容

ρa - 钢筋密度

Δt - 时间步的间隔

hnet,d - 净热通量

影响最终温度计算的参数要在图2中所示的抗火承载力配置中确定。 因此必须要定义遇到火的截面侧面的数目,因为它会影响按照[1]中表 4.2 和 4.3 确定截面系数。

接下来,必须选择用于确定气体温度的温度曲线。 有三种曲线可供选择: 标准时间-温度曲线(ETK)、外部火灾曲线和碳氢化合物火灾曲线(图 3 到图 5)。 程序可以根据这些图表计算气体温度。

根据[1][2] ,配置系数、钢构件的辐射率和火灾辐射率作为确定净通量的系数由程序预设,但是用户可以根据具体情况进行调整。 在通过选择“碳钢构件表面热镀锌”选项确定钢材温度时,可以考虑到结构构件热镀锌的有利影响。 通常,在极限温度之前考虑镀锌表面的辐射率 εm,lim的下限。 另一方面,在较高温度下,计算时应考虑碳钢的表面辐射率 (εm )。

如果钢结构构件受到防火保护,则用户应创建一个新的抗火承载力配置并将其分配给这些构件。 可以轻松定义防火保护类型、单位质量、导热系数、比热容和保护厚度等防火参数,如图 6所示。 以这种方式可以定义不同的抗火承载力配置并分配给不同的组件。 这些配置不仅在防火参数方面可以不同,而且在上面提到的所有其他防火设计参数方面也可以。

如果用户喜欢手动定义最终温度而不是上文中介绍的解析温度,那么可以如图 7 所示进行设置。

抗火设计利用率

计算完钢结构设计后,在结果表格中会显示杆件抗火设计利用率。 在该对话框中可以查看设计验算的详细信息,以及设计验算中使用的公式和表格(图9)。


作者

Kirove 女士的职责是撰写技术文章并为 Dlubal 软件的客户提供技术支持。

参考
  1. Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten − Teil 1-2: Allgemeine Regeln - Tragwerksbemessung für den Brandfall. Beuth Verlag GmbH, Berlin, 2010.
  2. EN 1991-1-2 Eurocode 1: Einwirkungen auf Tragwerke - Teil 1-2: Allgemeine Einwirkungen - Brandeinwirkungen auf Tragwerke. Beuth Verlag GmbH, Berlin, 2002.