[发明专利]基于火灾热释放速率测量的钢结构防火保护设计方法

说明书

技术领域

本发明属于钢结构防火保护设计技术领域，尤其是涉及一种基于火灾热释放速率测量的钢结构防火保护设计方法。

背景技术

钢材属于不燃烧材料，但在火灾条件下，裸露的钢结构温度大于550℃后强度很小，会在十几分钟内发生倒塌破坏。建筑用钢材可分为钢结构用钢材(各种型材、钢板)和钢筋混凝土结构用钢材两类，上述两类建筑用钢材的应用普遍，它们最基本的耐火要求是钢结构防火保护层(也称为耐火保护层)的厚度和结构尺寸。现有计算防火保护层厚度的方法是根据时间—温度标准曲线耐火试验中钢结构导热微分方程进行迭代求解，即在耐火试验炉内，对钢结构构件进行耐火试验，由此建立导热微分方程，再求解耐火保护层厚度。应用导热微分方程的差分形式进行迭代求解时，给定耐火时间和钢结构临界温度，通过计算机迭代解出截面-材料综合系数，再选定防火保护材料(导热系数)，根据截面系数，求出所需保护层厚度。实际迭代计算时，采用上述时间—温度标准曲线的耐火试验中钢结构导热微分方程的差分形式为：Ts(t+Δt)=αtcsρs·Δt·T(t)+(1-αtcsρsΔt)Ts(t)---(1),]]>式(1)中：t为耐火试验时间(s)，Δt为时间步长，T_s(t)为钢结构外表面温度(℃)，c_s为钢结构比热容(600J/kg·℃)，ρ_s为钢结构密度(7850kg/m³)；α_t为钢结构截面-材料综合系数，λ为钢结构防火保护层的导热系数(W/(m·℃))，F为钢结构构件单位长度上防火保护层的内表面面积(m²/m)，V为钢结构构件单位长度的体积(m³/m)，T(t)为防火保护层外表面温度(℃)，假定该温度T(t)与试验炉内平均温度相等，用于进行建筑构件耐火试验的炉内平均温度与时间的关系曲线由国际标准ISO834给出：式(2)中：T(0)为耐火试验开始时刻的温度(℃)，T(0)＝20℃。