[发明专利]轴心受压钢构件的临界温度计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及建筑钢结构的实用抗火设计方法，特别地涉及轴心受压钢构件临界温度的计算方法。

背景技术

钢结构因其轻质、高强、施工方便和材料可循环等优点，在我国高层建筑中得到了广泛应用，但钢材不耐火，在火灾温度达到600℃度时，钢材将丧失大部分强度，造成钢结构的破坏，给人类的生命财产造成极大的损失。《建筑钢结构防火技术规范》CECS200：2006中通过“耐火极限”概念规定钢结构的防火要求，并规定在一般情况下，可仅对结构的各构件进行抗火承载力极限状态的验算，满足构件抗火设计要求。抗火承载力极限状态定义为火灾条件下，构件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，对于轴心受压构件，达到抗火承载力极限状态应满足构件截面屈服、整体丧失稳定或达到不适于继续承载的变形。钢结构构件的抗火设计要求应满足以下要求之一：(1)在规定的结构耐火极限时间内，构件的承载力不应小于各种作用所产生的组合效应；(2)在各种荷载效应组合下，构件的耐火时间不应小于规定的构件的耐火极限；(3)构件的临界温度不应低于在耐火时间内构件的最高温度。临界温度定义为当构件达到抗火承载力极限状态时构件截面上的温度，此定义假定火灾沿构件的长度和截面均匀分布。

目前钢结构构件的抗火设计可采用承载力法或临界温度法。承载力法通过计算预先设定防火被覆厚度的构件在要求的耐火极限下的内部温度和相应内力，进行构件抗火承载力极限状态验算，并重复验证防火保护层厚度的适用性。临界温度法则根据构件和荷载类型，计算构件的临界温度，根据构件的临界温度和耐火极限计算构件抗火保护层厚度。临界温度法概念清晰，计算简便，广泛应用于钢结构抗火设计中。已有发明专利“钢框架结构抗火保护的设计选择方法”(专利号：200610161954.6)提出了按塑性极限分析的上限法来确定整体结构的临界温度，此临界温度基于不同的破坏结构，要通过迭代计算，过程繁琐，计算量较大。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足，提出一种轴心受压钢构件临界温度的计算方法。

本发明通过以下技术方案实现的：

一种轴心受压钢构件临界温度的计算方法，其特征在于，该方法将钢构件达到抗火承载力极限状态时的温度定义为临界温度，所述临界温度下钢构件的承载力极限状态验算采用与现行钢结构设计规范中规定的常温下形式，具体包括如下步骤：

(1)根据钢构件的几何尺寸如截面面积A、计算长度l、回转半径r，计算构件的长细比l＝l/r，由现行钢结构设计规范查得构件常温下的稳定系数j；

(2)根据轴力N、长细比l和钢材强度设计值f，计算构件的荷载比R＝N/jAf；

(3)轴心受压钢构件的临界温度由下式计算：

NjAf=hTgRac]]>

式中h_T为高温下钢材的强度折减系数，g_R为钢的抗力系数，a_c为轴心受压构件高温和常温下的稳定系数之比。

经过数值计算求解上式，不同荷载比和长细比下轴心受压钢构件的临界温度可通过查表2取用，方便计算和设计。

所述的方法，其特征在于：通过大量试验数据确定高温下钢材的强度折减系数h_T。

所述的方法，其特征在于：针对不同截面和长细比的a_c可直接通过查表1取用。

本发明钢构件临界温度的计算方法可直接用于钢结构抗火设计验算，也可为构件抗火保护层厚度的确定提供必要的参数依据，具有重要的实际意义。

附图说明

图1：轴心受压钢构件的几何模型。

图2：轴心受压钢构件临界温度的计算简图。

具体实施方式

下面结合附图具体地对本发明技术方案作进一步说明。

实施例1(理论依据)