《建筑鋼結構防火技術規范》CECS 200:2006

1 總 則

1.0.1 為防止和減小建筑鋼結構的火災危害，保護人身和財產安全，經濟、合理地進行鋼結構抗火設計和采取防火保護措施，制定本規范。

1.0.2 本規范適用于新建、擴建和改建的建筑鋼結構和組合結構的抗火設計和防火保護。

1.0.3 本規范是以火災高溫下鋼結構的承載能力極限狀態為基礎，根據概率極限狀態設計法的原則制定的。

1.0.4 建筑鋼結構的抗火設計和防火保護，除應符合本規范的規定外，尚應符合我國現行有關標準的規定。

2.1 術 語

2.1.1 火災荷載密度 fire load density

    單位樓面面積上可燃物的燃燒熱值(MJ/m²)。

2.1.2 標準火災升溫 standard fire temperature-time curve

    國際標準ISO 834給出的，用于建筑構件標準耐火試驗的爐內平均溫度與時間的關系曲線。

2.1.3 等效曝火時間 equivalent time of fire exposure

    在非標準火災升溫條件下，火災在時間t內對構件或結構的作用效應與標準火災在時間te內對同一構件或結構（外荷載相同）的作用效應相同，則時間te稱為前者的等效曝火時間。

2.1.4 抗火承載能力極限狀態 limit state for fire resistance

    在火災條件下，構件或結構的承載力與外加作用（包括荷載和溫度作用）產生的組合效應相等時的狀態。

2.1.5 臨界溫度 critical temperatrue

    假設火災效應沿構件的長度和截面均勻分布，當構件達到抗火承載力極限狀態時構件截面上的溫度。

2.1.6 荷載比 load level，load ratio

    火災下構件承載力與常溫下相應的承載力的比值。

2.1.7 鋼管混凝土 concrete-filled steel tube

    在圓形或矩形鋼管內填灌混凝土而形成，且鋼管和混凝土在受荷全過程中共同受力的構件。

2.1.8 組合構件 composite component

    截面上由型鋼與混凝土兩種材料組合而成的構件。例如，鋼管混凝土柱、鋼-混凝土組合板和鋼-混凝土組合梁等。

2.1.9 屋蓋承重構件 load bearing roof component

    用于承受屋面荷載的主要結構構件。例如，組成屋蓋網架、網殼、桁架的構件和屋面梁、支撐等。屋面檁條一般不當作屋蓋承重構件，但當檁條同時起屋蓋結構系統的支撐作用時，則應當作屋蓋承重構件。

2.1.10 自動噴水滅火系統全保護 complete sprinkler system

    建筑物內除面積小于5m²的衛生間外，均設有自動噴水滅火系統的保護。

2.2 符 號

    A——構件的毛截面面積；

        A_f——一個翼緣的截面面積；

        A_w——梁腹板的截面面積；

        B——構件單位長度綜合傳熱系數；

        B_n——與梁端部約束情況有關的常數；

        c_s——鋼材的比熱容；

        c_i——保護層的比熱容；

        d_i——保護層厚度；

        E——常溫下鋼材的彈性模量；

        E_T——高溫下鋼材的彈性模量；

        f——常溫下鋼材的設計強度；

        f_y——常溫下鋼材的屈服強度；

        f_yT——高溫下鋼材的屈服強度；

        f_c——常溫下混凝土的抗壓強度；

        f_cT——高溫下混凝土的抗壓強度；

        F——單位長度構件的受火表面積；

        F_i——單位長度構件保護層的內表面積；

        h——構件的截面高度，樓板厚度；

        h_w——梁腹板的高度；

        h_d——壓型鋼板的截面高度；

        I——構件的截面慣性矩；

        k_r——火災下鋼管混凝土柱的承載力影響系數；

        l——構件的長度、跨度；

        l₀——構件的計算長度；

        M_fi——受火構件按等效作用力分析得到的桿端彎矩；

        M_p——塑性彎矩；

        M_Ti——受火構件的桿端溫度彎矩；

        M_x、My——構件的最大彎矩設計值；

        N——構件的軸力設計值；

        N'_ExT、N'EyT——高溫下構件的承載力參數；

        N_f——受火構件按等效作用力分析得到的軸力；

        N_T——受火構件的軸向溫度內力；

        P——保護層的含水百分比；

        q——梁（板）所受的均布荷載或等效均布荷載；

        q_r——考慮薄膜效應后樓板的極限承載力；

        Q_ik——樓面或屋面活荷載的標準值；

        R、R'、R'_x、R'_y——荷載比；

        R_d——高溫下結構或構件的設計承載力；

        S——結構或構件的荷載組合效應；

        S_m——高溫下結構或構件的作用組合效應；

        t——受火時間或耐火時間；

        t'——構件溫度達到100℃所需的時間；

        t_d——結構或構件的耐火時間；

        t_e——等效曝火時間；

        t_m——結構或構件的耐火極限；

        t_v——延遲時間；

        t_w——梁腹板的厚度；

        T₀——受火前鋼構件的內部溫度；

        T₁、T₂——受火鋼構件兩側或上下翼緣的溫度；

        T_d——結構或構件的臨界溫度；

        T'_g——實際的室內火災升溫；

        T_g(0)——火災發生前的室內平均空氣溫度；

        T_g——對應t時刻的室內平均空氣溫度；

        T_s——鋼構件溫度；

        T_m——在耐火極限時間內結構或構件的最高溫度；

        V——單位長度構件的體積；

        W_p——構件的截面塑性模量；

        W_x、W_y——構件繞x軸和繞y軸的毛截面模量；

        α_s——鋼材的熱膨脹系數；

        β_m、β_t——等效彎矩系數；

        γ₀——結構抗火重要性系數；

        γ_R——鋼構件的抗力分項系數，抗火設計中鋼材強度調整系數；

        γ_x、γ_y——截面塑性發展系數；

        x_T——高溫下鋼材彈性模量折減系數；

        η_T——高溫下鋼材強度折減系數；

        υ_s——鋼材的泊松比；

        λ——構件的長細比；

        λ_i——保護材料的導熱系數；

        λ_s——鋼材的導熱系數；

        ρ_i——保護材料的密度；

        ρ_s——鋼材的密度；

       α_c——對流傳熱系數；

        αr——輻射傳熱系數；

        φ——常溫下軸心受壓構件的穩定系數；

        φ_b——常溫下鋼梁的整體穩定系數；

        φ'_bT——高溫下鋼梁的整體穩定系數；

    △t——時間增量；

    △T——構件或結構的溫度變化值。

3 鋼結構防火要求

3.0.1 單、多層建筑和高層建筑中的各類鋼構件、組合構件等的耐火極限不應低于表3.0.1和本章的相關規定。當低于規定的要求時，應采取外包覆不燃燒體或其他防火隔熱的措施。

表3.0.1 單、多層和高層建筑構件的耐火極限

注：對造紙車間、變壓器裝配車間、大型機械裝配車間、卷煙生產車間、印刷車間等及類似的車間，當建筑耐火等級較高時，吊車梁體系的耐火極限不應低于表中梁的耐火極限要求。

3.0.2 鋼結構公共建筑和用于丙類和丙類以上生產、倉儲的鋼結構建筑中，宜設置自動噴水滅火系統全保護。

3.0.3 當單層丙類廠房中設有自動噴水滅火系統全保護時，各類構件可不再采取防火保護措施。

3.0.4 丁、戊類廠、庫房（使用甲、乙、丙類液體或可燃氣體的部位除外）中的構件，可不采取防火保護措施。

3.0.5 當單、多層一般公共建筑和居住建筑中設有自動噴水滅火系統全保護時，各類構件的耐火極限可按表3.0.1的相應規定降低0.5h。

3.0.6 對單、多層一般公共建筑和甲、乙、丙類廠、庫房的屋蓋承重構件，當設有自動噴水滅火系統全保護，且屋蓋承重構件離地（樓）面的高度不小于6m時，該屋蓋承重構件可不采取其他防火保護措施。

3.0.7 除甲、乙、丙類庫房外的廠、庫房，建筑中設自動噴水滅火系統全保護時，其柱、梁的耐火極限可按表3.0.1的相應的規定降低0.5h。

3.0.8 當空心承重鋼構件中灌注防凍、防腐并能循環的溶液，且建筑中設有自動噴水滅火系統全保護時，其承重結構可不再采取其他防火保護措施。

3.0.9 當多、高層建筑中設有自動噴水滅火系統全保護（包括封閉樓梯間、防煙樓梯間），且高層建筑的防煙樓梯間及其前室設有正壓送風系統時，樓梯間中的鋼構件可不采取其他防火保護措施；當多層建筑中的敞開樓梯、敞開樓梯間采用鋼結構時，應采取有效的防火保護措施。

3.0.10 對于多功能、大跨度、大空間的建筑，可采用有科學依據的性能化設計方法，模擬實際火災升溫，分析結構的抗火性能，采取合理、有效的防火保護措施，保證結構的抗火安全。

4.1 鋼 材

4.1.1 在高溫下，鋼材的有關物理參數應按表4.1.1采用。

表4.1.1 高溫下鋼材的物理參數

4.1.2 在高溫下，普通鋼材的彈性模量可按下式計算：

 式中 T_s——溫度(℃)；

                 E_T——溫度為Ts時鋼材的彈性模量(MPa)；

                  E——常溫下鋼材的彈性模量(MPa)；

                 x_T——高溫下鋼材彈性模量的折減系數，可按表4.1.2采用。

表4.1.2 高溫下普通鋼材的彈性模量折減系數x_T

4.1.3 在高溫下，普通鋼材的屈服強度可按下式計算：

式中 f_yT——溫度為Ts時鋼材的屈服強度(MPa)；

          f_y——常溫下鋼材的屈服強度(MPa)；

            f——常溫下鋼材的強度設計值(MPa)；

         γ_R——鋼構件抗力分項系數，取靠γR＝1.1；

         η_T——高溫下鋼材強度折減系數，可按表4.1.3采用。

表4.1.3 高溫下普通鋼材的強度折減系數η_T

4.1.4 當按第4.1.2、4.1.3條確定高溫下鋼材的特性時，常溫下鋼材的特性應按現行國家的標準《鋼結構設計規范》GB 50017的規定采用。

4.1.5 在高溫下，耐火鋼的彈性模量和屈服強度可分別按式(4.1.2-1)和式(4.1.3-1)確定。其中，彈性模量折減系數xT和屈服強度折減系數η_T可分別按式(4.1.5-1)和(4.1.5-2)確定。

4.2 混凝土

4.2.1 在高溫下，普通混凝土的有關物理參數可按下列規定采用：

    1 導熱系數

    硅質骨料混凝土：

 式中 λ_c——溫度為T時混凝土的導熱系數[W/(m·℃)]；

                  T——混凝土的溫度（℃）。

    鈣質骨料混凝土：

 2 比熱容

式中 c_c——溫度為T時混凝土的比熱容[J/(kg·℃)] 。 

4.2.2 在高溫下，普通混凝土的初始彈性模量可按下式計算：

 式中 E_cT——溫度為T時混凝土的初始彈性模量（MPa）；

         E_c ——常溫下混凝土的初始彈性模量（MPa）。

4.2.3 在高溫下，混凝土的抗壓強度可按下式計算：

式中 f_cT——高溫下混凝土的抗壓強度；

         f_c ——常溫下混凝土的抗壓強度；

         η_cT——高溫下混凝土的抗壓強度折減系數，可按表4.2.3采用。

4.2.4 當按第4.2.2、4.2.3條確定高溫下混凝土的材料特性時，常溫下混凝土的特性應按現行國家標準《混凝土結構設計規范》GB 50010的規定采用。

4.2.5 在高溫下，其他類型混凝土的特性，應根據有關標準通過高溫材性試驗確定。

4.3 防火涂料

4.3.1 當鋼結構采用防火涂料保護時，可采用膨脹型或非膨脹型防火涂料。

4.3.2 鋼結構防火涂料的技術性能除應符合現行國家標準《鋼結構防火涂料》GB 14907的規定外，尚應符合下列要求：

    1 生產廠應提供非膨脹型防火涂料導熱系數（500℃時）、比熱容、含水率和密度參數，或提供等效導熱系數、比熱容和密度參數。非膨脹型防火涂料的等效導熱系數可按附錄A的規定測定。

    2 主要成分為礦物纖維的非膨脹型防火涂料，當采用干式噴涂施工工藝時，應有防止粉塵、纖維飛揚的可靠措施。

4.4 防火板

4.4.1 當鋼結構采用防火板保護時，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 防火板材應符合下列要求：

    1 應為不燃性材料；

    2 受火時不炸裂，不產生穿透裂紋；

    3 生產廠應提供產品的導熱系數（500℃時）或等效導熱系數、密度和比熱容等參數。防火板的等效導熱系數可按附錄A的規定測定。

4.5 其他防火隔熱材料

4.5.1 鋼結構也可采用粘土磚、C20混凝土或金屬網抹M5砂漿等其他隔熱材料作為防火保護層。

4.5.2 當采用其他防火隔熱材料作為鋼結構的防火保護層時，生產廠除應提供強度和耐候性參數外，尚應提供導熱系數(500℃時)或等效導熱系數、密度和比熱容等參數。其他防火隔熱材料的等效導熱系數可參照附錄A的規定測定。

5.1 抗火極限狀態設計要求

5.1.1 當滿足下列條件之一時，應視為鋼結構構件達到抗火承載能力極限狀態：

    1 軸心受力構件截面屈服。

    2 受彎構件產生足夠的塑性鉸而形成可變機構。

    3 構件整體喪失穩定。

    4 構件達到不適于繼續承載的變形。

5.1.2 當滿足下列條件之一時，應視為鋼結構整體達到抗火承載能力極限狀態：

    1 結構產生足夠的塑性鉸形成可變機構。

    2 結構整體喪失穩定。

5.1.3 鋼結構的抗火設計應滿足下列要求之一：

    1 在規定的結構耐火極限時間內，結構或構件的承載力R_d不應小于各種作用所產生的組合效應S_m，即：

R_d≥S_m         (5.1.3-1)

    2 在各種荷載效應組合下，結構或構件的耐火時間t_d不應小于規定的結構或構件的耐火極限t_m，即：

t_d≥t_m         (5.1.3-2)

    3 結構或構件的臨界溫度T_d不應低于在耐火極限時間內結構或構件的最高溫度T_m，即：

T_d≥T_m          (5.1.3-3)

5.2 一般規定

5.2.1 在一般情況下，可僅對結構的各種構件進行抗火計算，使其滿足構件抗火設計的要求。

5.2.2 當進行結構某一構件的抗火驗算時，可僅考慮該構件的受火升溫。

5.2.3 有條件時，可對結構整體進行抗火計算，使其滿足結構抗火設計的要求。此時，應進行各構件的抗火驗算。

5.2.4 進行結構整體抗火驗算時，應考慮可能的最不利火災狀況。

5.2.5 對于跨度大于80m或高度大于100m的建筑結構和特別重要的建筑結構，宜對結構整體進行抗火驗算，按最不利的情況進行抗火設計。

5.2.6 對第5.2.5條規定以外的結構，當構件的約束較大時，如在荷載效應組合中不考慮溫度作用，則其防火保護層設計厚度應按計算厚度增加30％。

5.2.7 連接節點的防火保護層厚度不得小于被連接構件防火保護層厚度的較大值。

6.1 室內火災空氣升溫

6.1.1 一般工業與民用建筑的室內火災空氣溫度可按下式計算：

T_g(t)－T_g(O)＝345lg(8t＋1)         (6.1.1)

    式中：T_g(t)——對應于t時刻的室內平均空氣溫度(℃)；

          T_g(O)——火災發生前的室內平均空氣溫度，取20℃；

             t——升溫時間(min)。

6.1.2 當能準確確定建筑室內有關參數時，可按附錄B方法計算室內火災的空氣溫度，也可按其他轟燃后的火災模型計算室內火災的空氣溫度。

6.1.3 實際的室內火災升溫在任意時刻對結構的影響，可等效為標準火災升溫在等效曝火時刻對結構的影響。本規范以鋼構件溫度相等為等效原則。當采用附錄B方法計算室內火災的空氣溫度時，等效曝火時間te可按下式計算：

    式中 t_e——等效曝火時間(min)；

         η——開口因子(m^1/2)；

          q_T——設計火災荷載密度(MJ/m²)，按附錄C計算；

          A_w——按門窗開口尺寸計算的房間開口面積(m²)；

                 h——房間門窗洞口高度(m)；

                A_T——包括門窗在內的房間六壁面積之和(m²)。

6.2 高大空間火災空氣升溫

6.2.1 本規范中，高大空間是指高度不小于6m、獨立空間地（樓）面面積不小于500m²的建筑空間。

6.2.2 高大空間建筑火災中的空氣升溫過程可按下式確定：

    式中 T_(x,z,t)——對應于t時刻，與火源中心水平距離為x(m)、與地面垂直距離為z(m)處的空氣溫度(℃)；

           T_g(O)——火災發生前高大空間內平均空氣溫度，取20℃；

              T_z——火源中心距地面垂直距離為z(m)處的最高空氣升溫(℃)，按附錄D確定；

               β——根據火源功率類型和火災增長類型，按附錄D確定；

               b——火源形狀中心至火源最外邊緣的距離(m)；

               η——與火源中心水平距離為x(m)的溫度衰減系數（無量綱），按附錄D確定，當x＜b時，η＝1；

               μ——系數，按附錄D確定。

6.2.3 火源功率設計值Q_s應根據建筑物實際可燃物的情況，選取一合理數值。根據火源功率設計值Q_s，可按

表6.2.3確定火災功率類型。

表6.2.3 火源功率類型

6.2.4 火災增長類型可根據可燃物類型按表6.2.4確定。

表6.2.4 火災增長類型

6.3 鋼構件升溫計算

6.3.1 火災下鋼構件的升溫可按下列增量法計算，其初始溫度取20℃：

式中 △t——時間增量(s)，不宜超過30s；

                 T_s——鋼構件溫度(℃)；

         T_g——火災下鋼構件周圍空氣溫度(℃)；

         B——鋼構件單位長度綜合傳熱系數[W/(m³·℃)]，按第6.3.2條計算；

         c_s——鋼材比熱容，按表4.1.1取值；

         ρ_s——鋼材密度，按表4.1.1取值。

6.3.2 鋼構件單位長度綜合傳熱系數B可按下列公式計算：

    1 構件無防火保護層時

式中 F——構件單位長度的受火表面積(m²/m)；

         V——構件單位長度的體積(m³/m)；

         α_c——對流傳熱系數，取25[W/(m²·℃)]；

                 α_r——輻射傳熱系數[W/(m²·℃)]。

    2 構件有非膨脹型保護層時

式中 c_i——保護材料的比熱容[J/(kg·℃)]；

         ρ_i——保護材料的密度(kg/m³)；

         d_i——保護層厚度(m)；

                 λ_i——保護材料500℃時的導熱系數或等效導熱系數[W/(m³·℃)]；

          F_i——構件單位長度防火保護材料的內表面積(m²/m)。

    各類構件的F_i/V值可按附錄E采用。

6.3.3 有非膨脹型防火保護層的構件，當構件溫度不超過600℃時，在標準火災升溫條件下其內部溫度可按下式近似計算：

式中 T_s(0)——火災前構件的初始溫度，取20℃；

                       t——火災升溫時間(s)，當為非標準火災升溫時，用第6.1.3條確定的等效曝火時間t_e代替。

    有膨脹型防水保護層的構件，在標準火災升溫條件下，其內部溫度應按附錄I規定的方法確定。

6.3.4 在標準火災升溫條件下，無防火保護層的鋼構件和采用不同參數防火被覆構件的升溫也可按附錄F查表確定。

6.3.5 當鋼構件的防火被覆中含有水分時，宜考慮鋼構件的升溫延遲現象。此時鋼構件的內部溫度可按下式計算：

式中 t_v——延遲時間(s)；

                 t' ——構件溫度達到100℃所需的時間(s)；

                 P——保護層中所含水分的質量百分比(％)；

          T'_s(t)——考慮延遲現象的影響時，構件在t時刻的內部溫度；

           T_s(t)——不考慮延遲現象的影響時，構件在t時刻的內部溫度，按第6.3.1、6.3.3或6.3.4條確定。

    當有實測數據時，延遲時間tv可采用實測值。

    當采用由附錄A確定的防火被覆的等效導熱系數計算鋼構件的升溫時，無需考慮防火被覆中水分引起的延遲時間。

6.4 結構內力分析

6.4.1 在進行鋼結構抗火計算時，應考慮溫度內力和變形的影響。

6.4.2 計算鋼結構中某一構件受火升溫的溫度內力和變形時，可將受火構件的溫度效應等效為桿端作用力（圖6.4.2），并將該作用力作用在與該桿端對應的結構節點上，然后按常溫下的分析方法進行結構分析，得到該構件升溫對結構產生的溫度內力和變形。其中，受火構件的溫度內力可按下式確定：

    N_T——受火構件的軸向溫度內力(壓力)；

    M_Ti——受火構件的桿端溫度彎矩（方向與圖6.4.2b所示MTe方向相反）；

    Nf——按等效作用力分析得到的受火構件的軸力（受拉為正）；

    M_fi——按等效作用力分析得到的受火構件的桿端彎矩(方向與圖6.4.2b所示M_Te方向一致為正)；

T₁、T₂——受火構件兩側或上下翼緣的溫度，對于有防火保護層的鋼構件取T₁＝T2；