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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。 The thermal expansion for increasing temperature is very high compared to that of other building materials, and might result in effects that were not present in the design at normal temperature due to restraint in the component. As temperature increases, steel ductility increases, whereas its strength decreases. Since steel loses 50% of its strength at temperature of 600 °C, it is important to protect components against fire effects. In the case of protected steel components, the fire resistance duration can be increased due to the improved heating behavior.

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.