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钢结构防火设计过程梳理

钢结构防火设计很重要。但一直以来，我们对防火设计投入的时间和精力与力学分析是没法比的。大多数工程仅是在设计总说明中对钢构件的耐火极限、涂料性能、施工操作等提一些原则性的要求，类似下图：

其实，上述说明不能算作防火设计。比如，对耐火极限至关重要的涂层厚度并没有明确，而是交由涂料厂家或防火专项设计去完成，搞不好就是一种放任的状态。
尽管在《建筑钢结构防火技术规范》CECS200：2006中就有抗火承载力极限状态验算的要求，但因计算复杂，不借助软件是无法完成的；加之结构工程师对工程热物理不熟悉，所以该规范并没有被很好执行。随着国标《建筑钢结构防火技术规范》GB51249-2017的颁布，PKPM和盈建科增加了耐火验算功能，且审图机构要求提供耐火验算结果，所以按耐火承载力极限状态进行防火设计已经成了钢结构设计的重要内容。
耐火验算的基础是工程热物理，这对于大多数结构工程师来说是陌生的。要想在短时间内准确理解规范、正确使用软件并不容易，甚至想理出个头绪都是很难的。所以，本文对《钢结构防火规范》的基本脉络进行梳理，希望能帮助初学者理解设计原理，正确选用计算参数，借助设计程序完成耐火验算和防火设计。要做耐火验算和防火设计，就要对火的燃烧进程、钢材强度与温度的关系、防火保护层的属性这三方面进行定量描述。下文提及的公式均见《建筑钢结构防火技术规范》GB51249-2017，本文不再列出。1.火的燃烧进程的描述：
火是主因，相当于荷载。规范用热烟气的平均温度与火灾持续时间的关系曲线进行描述，即火灾升温曲线，分为标准升温曲线和烃类升温曲线。烃类升温曲线用于石油、化工类建筑，标准升温曲线用于除石油、化工类以外的建筑。如下图：2.钢材在热烟气笼罩下的性能描述：分为两个方面：（1）钢材强度与温度的关系，用公式（5.1.2）表示。（2）在热烟气的作用下，钢材升温与火灾持续时间的关系，用公式（6.2.1-1、6.2.2-1）表示。公式中的参数有钢材的密度、比热容、热传递系数、截面形状系数（受火表面积和体积之比）等。除截面形状系数外，其它参数均为常数，见表5.1.1。3.防火保护层的分类及其属性的描述：防火保护层的种类较多，属性也有较大的差别。有的防火保护层质量较轻，相对于钢构件来说，其自身吸收的热量可忽略。这种防火保护层称为轻质保护层。如，非膨胀型防火涂料、膨胀型防火涂料、蛭石防火板、硅酸钙防火板、硅酸铝纤维毡等。有的防火保护层自身所吸收的热量必须加以考虑，这种防火保护层称为非轻质保护层。如，混凝土、金属网抹砂浆、砌体等。分类如下图。棕色部分即为我们最常用最熟悉的防火涂料。

涂层厚度
等效热阻