專利名稱：鋼框架結(jié)構(gòu)抗火保護的設計選擇方法
技術領域：
本發(fā)明涉及建筑結(jié)構(gòu)領域中防災減災的防護工程設計，特別地涉及一種鋼框架結(jié)構(gòu)抗火保護的設計選擇方法。
背景技術：
在建筑結(jié)構(gòu)中常采用鋼框架結(jié)構(gòu)，火災情況下鋼框架結(jié)構(gòu)可能達到的溫度如果小于200℃，則不需要對鋼框架結(jié)構(gòu)作防火保護，但當鋼框架結(jié)構(gòu)可能達到的溫度超過200℃時則需作保護，因為鋼材的溫度在200℃≤T≤600℃時雖然仍保持一定的強度，但強度已減小，在600℃時鋼材的強度為常溫情況下的30％，至900℃時鋼材的強度為0。為此，通常情況下，通過計算對鋼框架結(jié)構(gòu)部分或全部涂敷抗火涂料或外包鋼筋混凝土施以保護。
目前對于鋼框架結(jié)構(gòu)的防火保護的設計選擇方法，在結(jié)構(gòu)設計中通常采用的是條文式的“處方法”來進行，即根據(jù)建筑物的耐火等級或用途以及耐火極限時間確定相應的保護范圍和厚度。“處方法”設計鋼框架結(jié)構(gòu)的防火保護主要存在如下問題①未考慮鋼材溫度超過200℃以上的強度。②對于建筑用途不同的同一種結(jié)構(gòu)形式，不考慮結(jié)構(gòu)所受的外荷載變化、邊界條件和截面尺寸的不同、應力比和結(jié)構(gòu)受載的各種工況等諸多因素的影響；③有時會導致抗火安全度不足，有時又會導致較大的浪費即精度不高。
對于鋼框架結(jié)構(gòu)的抗防火保護的設計選擇的另一種先進方法是保證結(jié)構(gòu)完成功能的性能化設計方法。即根據(jù)作用在鋼框架結(jié)構(gòu)上的火災荷載大小和可能的火災情景，采用熱傳導的基本原理和火災高溫情況結(jié)構(gòu)的力學作用特征，定量地計算確定鋼框架的抗防火及保護的方法。性能化設計方法完全克服了“處方法”的缺點，對于鋼框架結(jié)構(gòu)抗火分析主要有兩種方法有限元計算的下限法和塑性極限分析的上限法。有限元法由于能考慮高溫下材料非線性和幾何非線性而受到了很多學者的青睞，但是由于它處理問題的特定性和建模、計算工作量較大，使得難于在工程設計中使用。基于經(jīng)典塑性極限分析理論(Plastic limit analysis theory)的上限法可以直接計算出各類工程結(jié)構(gòu)在比例加載下的極限承載能力，不僅使用方便且簡單有效，是解決鋼框架抗火分析行之有效的方法。

發(fā)明內(nèi)容
為了科學地確定鋼框架的保護方法，本發(fā)明專利鋼框架結(jié)構(gòu)抗火及保護方法，考慮了鋼材超過200℃以上的強度對各種基本鋼框架結(jié)構(gòu)的保護方法，提出了按塑性極限分析的上限法來確定整體結(jié)構(gòu)的臨界溫度，克服了以往下限法計算復雜繁瑣、難于收斂和應用的不足。在滿足工程應用的精度要求前提下，使結(jié)構(gòu)計算變得簡單、有效，適于工程設計中使用。通過計算對鋼框架結(jié)構(gòu)部分或全部涂敷抗火涂料或外包混凝土施以保護。
本發(fā)明提供了一種鋼框架結(jié)構(gòu)抗火保護的設計選擇方法，包括如下步驟(1)根據(jù)塑性極限分析理論確定鋼框架結(jié)構(gòu)的平面結(jié)構(gòu)或空間結(jié)構(gòu)的基本破壞機構(gòu)總數(shù)N，并設定鋼框架結(jié)構(gòu)的各桿件的初始溫度；(2)確定目標函數(shù)η，η為塑性極限狀態(tài)時基本破壞機構(gòu)迭加的內(nèi)力功與外力功之比，并滿足下式η=Σn=1NXnWinΣn=1NXnWen(Xn≥0)]]>設基本破壞機構(gòu)n的內(nèi)力塑性功為Win，Win與溫度及該溫度下鋼框架結(jié)構(gòu)控制截面的塑性極限彎矩及破壞機構(gòu)桿件轉(zhuǎn)角相關，對應的外力功為Wen，Wen與作用在結(jié)構(gòu)邊界上的廣義外荷載及破壞機構(gòu)的位移速率相關，N為上述的基本破壞機構(gòu)總數(shù)，Xn為基本破壞機構(gòu)的轉(zhuǎn)角倍數(shù)因子；(3)上述公式中η與變量X1，X2，…，Xn的關系依次為一次非線性關系，優(yōu)化分析所屬非線性問題，通過優(yōu)化Xn使得迭加機構(gòu)的塑性鉸消失，使得內(nèi)力功減小，從而獲得η的極小值，相應的破壞機構(gòu)被找到，根據(jù)塑性極限分析理論原理該機構(gòu)對應的臨界溫度即為鋼框架所有可能的破壞機構(gòu)中的最小值；(4)采用迭代法確定目標函數(shù)η的最小值對應的鋼框架的臨界溫度值設定所述鋼框架結(jié)構(gòu)的各桿件的溫度增量為dt，下一步的溫度增量變?yōu)?η-1)dt，其中的η為上一步迭代所得，進行迭代優(yōu)化計算；(5)設定tole為允許精度，dt1為所有構(gòu)件溫度變化量絕對值的累加，迭代收斂準則采用abs(dt1)＜tole或|η-1|＜tole，當?shù)嬎銤M足上述兩個迭代收斂準則之一時，計算得出鋼框架各桿件的臨界溫度；(6)將計算得出的鋼框架各桿件的臨界溫度與火災燃燒時相應桿件所能達到的溫度特征值進行比較，以確定是否需要對鋼框架進行保護。
優(yōu)選地，所述的允許精度tole值為0.01。
所述的內(nèi)力塑性功Win與鋼框架的截面類型、截面參數(shù)、鋼材的屈服強度及梁、柱的長度有直接關系，外力功為Wen與作用在鋼框架結(jié)構(gòu)上的外荷載、鋼框架的類型及邊界條件有關。
對鋼框架進行保護采用部分或全部涂敷抗火涂料或外包混凝土。
所述的鋼框架結(jié)構(gòu)為單跨單層框架、雙跨單層框架、單跨雙層框架、單跨三層框架、雙向單跨單層空間框架五種結(jié)構(gòu)之一。
所述的鋼框架結(jié)構(gòu)為平面鋼框架結(jié)構(gòu)或空間鋼框架結(jié)構(gòu)，當為空間鋼框架結(jié)構(gòu)時，其基本破壞機構(gòu)數(shù)目的確定通過將空間結(jié)構(gòu)分解為雙方向的平面結(jié)構(gòu)，再按平面結(jié)構(gòu)分別找出基本破壞結(jié)構(gòu)數(shù)疊加為空間結(jié)構(gòu)的基本破壞機構(gòu)數(shù)目。
所述的溫度特征值采用英、美通用的計算公式求得或根據(jù)《建筑鋼結(jié)構(gòu)防火技術規(guī)范》CECS2002006獲得。
所述的優(yōu)化分析非線性問題采用準牛頓的方法進行優(yōu)化計算。
所述的將空間結(jié)構(gòu)分解為平面結(jié)構(gòu)后，確定相應的梁機構(gòu)、層機構(gòu)和節(jié)點機構(gòu)，并進一步確定相應各機構(gòu)的基本破壞機構(gòu)數(shù)，通過累加獲得基本破壞機構(gòu)總數(shù)N。
當計算得出的鋼框架各桿件的臨界溫度大于火災燃燒時相應桿件所能達到的溫度特征值，驗算桿件穩(wěn)定強度是否滿足要求，當滿足要求時，鋼框架結(jié)構(gòu)安全，不需要做耐火層保護，當不滿足要求時，根據(jù)計算結(jié)果對結(jié)構(gòu)部分或全部做耐火層保護，或加大截面不做保護層。


圖1鋼框架結(jié)構(gòu)的五種基本形式；圖2確定框架臨界溫度Tc(i)計算機框3確定火災時鋼框架的保護范圍的計算框4空間結(jié)構(gòu)分解為平面結(jié)構(gòu)計算簡圖及梁機構(gòu)5空間結(jié)構(gòu)分解為平面結(jié)構(gòu)的層機構(gòu)6單跨三層結(jié)構(gòu)計算簡7單跨三層結(jié)構(gòu)保護范圍圖之一圖8單跨三層結(jié)構(gòu)保護范圍圖之二圖9單跨三層結(jié)構(gòu)保護范圍圖之三圖10單跨三層結(jié)構(gòu)保護范圍圖之四圖11雙跨單層結(jié)構(gòu)計算簡12雙跨單層結(jié)構(gòu)保護范圍13雙向單跨單層空間鋼架計算簡14雙向單跨單層空間鋼架保護范圍圖為更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步說明。
具體實施例方式如圖1所示，為鋼框架結(jié)構(gòu)通常采用的基本形式①單跨單層框架；②雙跨單層框架；③單跨雙層框架；④單跨三層框架；⑤雙向單跨單層空間框架；上述鋼框架的五種形式是工業(yè)與民用建筑中的基本結(jié)構(gòu)，根據(jù)建筑用途的不同，荷載也不同?？赡苁枪I(yè)廠房、裝置內(nèi)設備支架和管廊，也可能是對應層數(shù)和跨度的住宅、辦公樓和商場等。實施例中對于石油化工三層鋼框架管廊等進行了分析，根據(jù)作用在結(jié)構(gòu)上荷載的變化和結(jié)構(gòu)截面尺寸的不同，在一層有火源時計算出的鋼框架保護方案也不同。
鋼框架結(jié)構(gòu)采用部分或全部涂敷抗火涂料或外包混凝土施以保護。對于上述的鋼框架結(jié)構(gòu)的基本形式，在考慮外荷載的情況、火災時鋼材高溫強度、結(jié)構(gòu)的邊界條件、結(jié)構(gòu)受載及各種工況、火災時結(jié)構(gòu)所承受的溫度和結(jié)構(gòu)的耐火極限時間等諸多因素條件下，采用塑性極限分析的上限法通過計算來確定鋼框架基本形式的保護范圍。
一般火災情況下，隨著外荷載的增加、溫度升高后鋼材屈服強度的降低、結(jié)構(gòu)邊界約束的增強等，鋼框架的臨界溫度呈現(xiàn)降低的趨勢。采用塑性極限分析理論的上限法是通過內(nèi)外力功與上述因素聯(lián)系起來的，基本原理為升溫時鋼框架破壞機構(gòu)的內(nèi)力塑性功為Wi＝∑Muj(t)·θj(1)式中，Muj(t)為溫度t時鋼框架結(jié)構(gòu)控制截面的塑性極限彎矩，·θj為相應的破壞機構(gòu)桿件轉(zhuǎn)角；結(jié)構(gòu)的外力功表示如下
式中，Pi為作用在結(jié)構(gòu)邊界上的廣義外荷載， 為相應破壞機構(gòu)的位移速率。
根據(jù)鋼框架上限分析臨界破壞方程Wi＝We(3)式中，Wi為鋼框架相應的破壞機構(gòu)的全部內(nèi)力功；We為鋼框架相應的破壞機構(gòu)的全部外力功。
令η=WiWe]]>，則η為臨界破壞載荷乘子，當η=1時表示結(jié)構(gòu)處于臨界破壞狀態(tài)，η＞1表示結(jié)構(gòu)沒有破壞，η＜1表示結(jié)構(gòu)已經(jīng)破壞。
在內(nèi)力塑性功Wi即式(1)中，Muj(t)與實例中鋼框架的截面類型、截面參數(shù)(即實例中(2)、(3)中的參數(shù))有直接的關系，通常截面類型和截面尺寸參數(shù)的不同，桿件的塑性極限彎矩也不同，截面尺寸參數(shù)愈大，塑性極限彎矩值愈高，最終通過優(yōu)化理論尋找出的破壞機構(gòu)對應的結(jié)構(gòu)臨界溫度值也較高，反之依然；影響Muj(t)的另一個重要因素是溫度t時鋼材的屈服強度，通常屈服強度隨結(jié)構(gòu)溫度的升高而降低，同樣，結(jié)構(gòu)的屈服強度低則其臨界溫度也降低，在實例中是通過材料屈服強度變化控制點數(shù)(5)-(11)來確定的，具體的數(shù)值可通過材料高溫下的性能試驗得出，我國目前選用的是歐洲ECCS標準應變?yōu)?.5％時的數(shù)值。
在結(jié)構(gòu)的外力功We中，Pi反映了實例中基本參數(shù)(12)作用在結(jié)構(gòu)上的外荷載及工況， 為相應破壞機構(gòu)的位移速率，其與鋼架的類型及結(jié)構(gòu)的邊界條件有關，即通過實例中基本參數(shù)(1)和結(jié)構(gòu)的尺寸參數(shù)實例中基本參數(shù)(4)來確定， 值的大小取決于極限分析理論中可能的位移場的情況。通常作用在結(jié)構(gòu)上的外荷載愈大和結(jié)構(gòu)的尺寸愈大，結(jié)構(gòu)破壞的臨界溫度值愈低。
另一個影響結(jié)構(gòu)臨界溫度的重要因素是結(jié)構(gòu)的耐火極限時間，它通過火災時的熱釋放率Q來反映，而火災的熱釋放率Q是根據(jù)火災的類型和規(guī)模由相關規(guī)范通過查表或計算來確定的。通常要求的結(jié)構(gòu)耐火極限時間愈長，結(jié)構(gòu)的臨界溫度愈低。
為確定鋼框架火災時臨界溫度Tc(i)，具體實施技術方案為首先，根據(jù)塑性極限分析理論確定結(jié)構(gòu)可能的基本破壞機構(gòu)。對于一般的平面鋼框架結(jié)構(gòu)，可按塑性極限分析理論中現(xiàn)有的方法確定基本破壞機構(gòu)；對于空間鋼框架結(jié)構(gòu)，本申請?zhí)岢隽藢⒖臻g結(jié)構(gòu)分解為雙方向的平面結(jié)構(gòu)，再按平面結(jié)構(gòu)分別找出基本結(jié)構(gòu)數(shù)疊加為空間結(jié)構(gòu)的基本機構(gòu)數(shù)目的方法。
將空間結(jié)構(gòu)分解為雙方向的平面結(jié)構(gòu)的具體方法是將圖13的雙向單跨單層空間鋼框架，依次沿yz平面的1，3桿件、xz平面的4，5桿件和yz平面的6，8桿件，展開為圖4的平面結(jié)構(gòu)簡圖，根據(jù)塑性極限分析理論確定的梁機構(gòu)如圖4所示，基本破壞機構(gòu)數(shù)為2；確定的層機構(gòu)如圖5所示，基本破壞機構(gòu)數(shù)為3；確定的節(jié)點機構(gòu)如圖5所示，基本破壞機構(gòu)數(shù)為4。同理，依次沿xy平面的1，6桿件、xz平面的2，7桿件和xy平面的3，8桿件，展開為平面結(jié)構(gòu)，確定的梁、層和節(jié)點機構(gòu)數(shù)分別為0、3和4。把雙向展開的平面結(jié)構(gòu)的機構(gòu)數(shù)相加共計為16，即為雙向單跨單層空間鋼框架的破壞機構(gòu)數(shù)目。
然后，應用塑性極限分析理論和非線性規(guī)劃優(yōu)化理論確定目標函數(shù)η，η為塑性極限狀態(tài)時結(jié)構(gòu)不同基本破壞機構(gòu)迭加的內(nèi)力功與外力功之比，本申請?zhí)岢龅摩堑谋磉_式為(4)，通過優(yōu)化計算在所有可能機構(gòu)中尋找內(nèi)力功最小的破壞機構(gòu)，假設基本破壞機構(gòu)n的內(nèi)力塑性功為Win，對應的外力功為Wen，基本破壞機構(gòu)總數(shù)為N。Xn為基本破壞機構(gòu)的轉(zhuǎn)角倍數(shù)因子。優(yōu)化的準則為通過優(yōu)化Xn使得迭加機構(gòu)的塑性鉸消失，使得內(nèi)力功減小，從而獲得η的極小值，相應的破壞機構(gòu)被找到，根據(jù)塑性極限分析理論原理該機構(gòu)對應的臨界溫度即為鋼框架所有可能的破壞機構(gòu)中的最小值。
η=Σn=1NXnWinΣn=1NXnWen(Xn≥0)---(4)]]>
根據(jù)目標函數(shù)η的表達式(4)，η與變量X1，X2，…，Xn的關系依次為一次非線性關系，在數(shù)學上為優(yōu)化分析的非線性規(guī)劃問題，采用FORTRAN編制的準牛頓的方法源程序進行優(yōu)化計算。
最后，為確定根據(jù)目標函數(shù)η的最小值對應的鋼框架的臨界溫度值，通過采用迭代法來確定結(jié)構(gòu)的臨界溫度。對于考慮火災溫度場中鋼材的材料非線性曲線的影響，即隨火災溫度上升鋼材強度值的降低曲線。根據(jù)實際情況，火災發(fā)生時，每根構(gòu)件的溫度是隨時間均勻增加的。因此可以預先給定每根構(gòu)件的溫度增量dt，在實際計算中，利用上一步迭代得到的η，下一步的溫度增量變?yōu)?η-1)dt，再重新進入優(yōu)化求解，提高了計算效率和精度。dt1為所有構(gòu)件溫度變化量絕對值的累加，程序中的迭代收斂準則可以用|η-1|＜tole或者abs(dt1)＜tole來判斷。通過迭代和設置允許精度的非線性求解最終確定了整體結(jié)構(gòu)的臨界溫度Tc(i)，其中i為整體結(jié)構(gòu)中相應的各桿件號，tole為允許精度，一般取為0.01。
上述確定臨界溫度計算機軟件實現(xiàn)框圖如圖2所示。一般計算過程為將鋼框架類型及梁柱的長度、桿件的截面尺寸、隨著溫度的變化鋼材屈服強度的降低、作用外荷載的大小、桿件的初始溫度等設定為基本數(shù)據(jù)，即包括結(jié)構(gòu)的各項基本參數(shù)和確定基本破壞機構(gòu)所需的信息，輸入基本數(shù)據(jù)，調(diào)用程序進行優(yōu)化分析得到載荷乘子η＝eta1，對于簡單結(jié)構(gòu)計算時eta1＝1有精確解，可直接得出結(jié)構(gòu)的臨界溫度；對于復雜結(jié)構(gòu)計算，一般eta1大于1，則需要通過優(yōu)化迭代求得η＝eta1，判斷結(jié)構(gòu)中每個構(gòu)件所有溫度變化量均滿足abs(dt1)＜TOLE收斂條件時，計算得出結(jié)構(gòu)的臨界溫度Tc(i)。否則重新進行η＝eta1的優(yōu)化迭代求解，重復上述計算過程直到滿足收斂條件得到結(jié)構(gòu)的臨界溫度Tc(i)。
接下來確定火災燃燒時桿件所能達到的溫度特征值Tm(i)火災發(fā)生時，隨著時間t的持續(xù)，鋼框架結(jié)構(gòu)所達到的溫度不斷增高。根據(jù)火災情景和桿件位置的不同，各桿件的溫度特征值Tm(i)可用相關公式進行計算。在結(jié)構(gòu)達到的耐火極限時間范圍內(nèi)，如果結(jié)構(gòu)的臨界溫度Tc(i)大于相應桿件的Tm(i)，則結(jié)構(gòu)是安全的，否則處于不安全狀態(tài)。
采用英、美等國家的計算公式確定火災燃燒時的特征值Tm(i)連續(xù)火焰的高度lc=0.08Q25---(6)]]>
火柱溫度Tp-T0＝880當Z<0.08Q25---(7)]]>Tp-T0=70(Q25Z)]]>當0.08Q25<Z<0.2Q25---(8)]]>Tp-T0=23.6(Q25Z)53]]>當Z>0.2Q25---(9)]]>式中l(wèi)c——火焰的高度，m；Q——穩(wěn)定火源的熱釋放率，kW；Tp——火源上方高度Z處煙流的平均溫度(火柱溫度)，℃；T0——周遍環(huán)境溫度，℃；Z——火源上方高度Z，m；或采用《建筑鋼結(jié)構(gòu)防火技術規(guī)范》CECS2002006中方法來確定。計算得出構(gòu)件的最高溫度Tm(℃)比較以上兩者溫度值，即Tc(i)和Tm(i)，確定火災時鋼框架的保護范圍的計算框圖見圖3。
根據(jù)火災的熱釋放率Q，采用熱動力學基本原理和現(xiàn)有公式確定鋼框架中桿件的溫度Tm(i)，將上述計算出的鋼框架結(jié)構(gòu)中桿件的臨界溫度Tc(i)與桿件的溫度Tm(i)進行比較，當Tc(i)≥Tm(i)時，對桿件驗算滿足穩(wěn)定強度要求后，鋼框架中相應桿件可不做防火保護，否則需做防火保護或加大桿件截面尺寸重復計算直到滿足要求為止。
利用上述方法確定鋼框架的抗防火的保護方案，其結(jié)果是鋼框架結(jié)構(gòu)無需作保護、鋼框架結(jié)構(gòu)部分需作保護和鋼框架結(jié)構(gòu)全部需作保護三種。
與現(xiàn)有保護技術不同點①對于鋼框架結(jié)構(gòu)火災時溫度超過200℃情況考慮鋼材的強度，通過理論計算確定結(jié)構(gòu)的臨界溫度Tc(i)，并保證結(jié)構(gòu)火災實際能達到的溫度Tm(i)小于結(jié)構(gòu)的臨界溫度Tc(i)；②采用塑性極限分析理論的上限法，通過內(nèi)外力功之比η的優(yōu)化計算在所有可能機構(gòu)中尋找內(nèi)力功最小的破壞機構(gòu)，來考慮火災時溫度變化材料的非線性、結(jié)構(gòu)所承受的外荷載和工況的變化、截面尺寸的不同和結(jié)構(gòu)的邊界條件等諸多因素的影響；③通過計算定量地確定了鋼框架的保護范圍和保護方案的多樣性和靈活性。
有益效果本申請?zhí)峁┑匿摽蚣芙Y(jié)構(gòu)抗火保護方法的優(yōu)點在于采用先進的理論，編制了計算機軟件，可以科學地定量計算出鋼框架的保護范圍，相對于目前鋼框架“處方法”設計，僅根據(jù)耐火等級和用途確定耐火極限時間和保護范圍的方法，取得了結(jié)構(gòu)抗火安全和經(jīng)濟的雙贏。
為更好地理解本發(fā)明，給出如下計算實例。
(一)單跨三層框架為例●實例1某石化單跨三層鋼框架的跨度為12m，一、二、三層的層高分別為5m、3m、3m，承受的水平荷載均為100kN，承受的垂直荷載均為200kN，梁截面均為HN700×300，柱截面均為HM588×300?；馂臅r火源在地面鋼框架承受的熱釋放量Q為36MW。如圖6示，確定鋼框架的保護方法。
計算步驟如下1.確定編制的計算程序基本參數(shù)(1)鋼架類型ip1＝4，溫度變化情況ip2＝1，ip3＝ip4＝ip5＝ip6＝0；(2)截面類型2；(1表示矩形截面，2表示工字型截面)(3)截面參數(shù)工字型cbb＝0.3m；chb＝0.7m；tb1＝0.024m；tb2＝0.0013m；cbc＝0.3m；chc＝0.588m；tc1＝0.002m；tc2＝0.012m；(4)梁、柱的長度1＝12m；H1＝3m；H2＝3m；H3＝5m；(5)材料屈服強度隨溫度變化控制點數(shù)MST＝6；(6)材料屈服強度與對應溫度第一點CMS(1，1)＝205000；CMS(1，2)＝0；
(7)材料屈服強度與對應溫度第二點CMS(2，1)＝159000；CMS(2，2)＝300；(8)材料屈服強度與對應溫度第三點CMS(3，1)＝100000；CMS(3，2)＝500；(9)材料屈服強度與對應溫度第四點CMS(3，1)＝25000；CMS(3，2)＝700；(10)材料屈服強度與對應溫度第五點CMS(3，1)＝12000；CMS(3，2)＝800；(11)材料屈服強度與對應溫度第六點CMS(3，1)＝2000；CMS(3，2)＝1000；(12)作用力的大小PV1＝200KN；PV2＝200KN；PV3＝200KN；PH1＝100KN；PH2＝100KN；PH3＝100KN；2.確定計算時保護措施 無保護；3.確定桿件初始溫度t(i)t(1)＝200℃；t(2)＝150℃；t(3)＝100℃；t(4)＝100℃；t(5)＝150℃；t(6)＝200℃；t(7)＝100℃；t(8)＝150℃；t(9)＝200℃；4.確定桿件溫度變化情況it(i)it(1)＝1；it(2)＝1；it(3)＝1；it(4)＝1；it(5)＝1；it(6)＝1；it(7)＝1；it(8)＝1；it(9)＝1；[注it(i)＝0表示溫度不變；it(i)＞0表示溫度變化，如果it(1)＝it(3)＞0表示1和3構(gòu)件溫度變化相同。]5.調(diào)用編制的計算程序進行臨界溫度計算；6.程序計算得出桿件的臨界溫度Tc(i)Tc(1)＝573.0120℃；Tc(2)＝523.0118℃；Tc(3)＝473.0118℃；Tc(4)＝473.0118℃；Tc(5)＝523.0118℃；Tc(6)＝573.0120℃；Tc(7)＝473.0118℃；Tc(8)＝523.0118℃；Tc(9)＝573.0120℃；7.桿件火災燃燒時達到的溫度特征值Tm(i)
采用英、美等國家的計算公式確定火災燃燒時的特征值計算得出構(gòu)件的最高溫度Tm(℃)一層Tm＝900℃；二層Tm＝602℃；三層Tm＝443℃；8.初步結(jié)論Tc(一層)＝573.0120℃＜Tm(一層)＝900℃Tc(二層)＝523.0118℃＜Tm(二層)＝602℃Tc(三層)＝473.0118℃＞Tm(三層)＝443℃通過程序計算出來的臨界溫度和構(gòu)件最高溫度的比較，鋼框架結(jié)構(gòu)一層和二層均處于不安全狀態(tài)。故采取保護措施如下可采取對結(jié)構(gòu)一層或一層、二層或一層、二層、三層這三種保護措施。計算如下。
9.進行保護措施計算一層保護；10.調(diào)用編制的計算程序進行臨界溫度計算；11.程序計算得出桿件的臨界溫度Tc(i)Tc(1)＝200.0000℃；Tc(2)＝661.2 581℃；Tc(3)＝611.2579℃；Tc(4)＝611.2579℃；Tc(5)＝661.2581℃；Tc(6)＝200.0000℃；Tc(7)＝611.2579℃；Tc(8)＝661.2581℃；Tc(9)＝200.0000℃；12.最終結(jié)論Tc(二層)＝661.2581℃＞Tm(二層)＝602℃Tc(三層)＝611.2579℃＞Tm(三層)＝443℃通過程序計算出來的臨界溫度和構(gòu)件最高溫度的比較鋼框架結(jié)構(gòu)一層、二層和三層均處于安全狀態(tài)。故此鋼框架的保護方法為對結(jié)構(gòu)一層進行保護，見圖7。涂敷防火涂料或外包混凝土保證鋼框架的耐火極限時間為90分鐘。
●實例2某石化單跨三層鋼框架的跨度為12m，一、二、三層的層高分別為5m、3m、3m，承受的水平荷載均為300kN，承受的垂直荷載均為100kN，梁截面均為HN700×300，柱截面均為HM588×300。火災時火源在地面鋼框架承受的熱釋放量Q為36MW。如圖6示，確定鋼框架的保護方法。
計算步驟1-7同實例1。
8.初步結(jié)論1Tc(一層)＝397.0286℃＜Tm(一層)＝900℃Tc(二層)＝347.0287℃＜Tm(二層)＝602℃Tc(三層)＝297.0286℃＜Tm(三層)＝443℃通過程序計算出來的臨界溫度和構(gòu)件最高溫度的比較，鋼框架結(jié)構(gòu)一層、二層和三層均處于不安全狀態(tài)。故采取保護措施如下可采取對結(jié)構(gòu)一層或一層、二層或一層、二層、三層這三種保護措施。計算如下9.進行保護措施計算一層保護；10.調(diào)用編制的計算程序進行臨界溫度計算；11.程序計算得出桿件的臨界溫度Tc(i)Tc(1)＝200.0000℃；Tc(2)＝534.0538℃；Tc(3)＝484.0537℃；Tc(4)＝484.0537℃；Tc(5)＝534.0538℃；Tc(6)＝200.0000℃；Tc(7)＝484.0537℃；Tc(8)＝534.0538℃；Tc(9)＝200.0000℃；12.初步結(jié)論2Tc(二層)＝534.0538℃＜Tm(二層)＝602℃Tc(三層)＝484.0537℃＞Tm(三層)＝443℃通過程序計算出來的臨界溫度和構(gòu)件最高溫度的比較鋼框架結(jié)構(gòu)二層仍處于不安全狀態(tài)。故此鋼框架的保護方法為可對結(jié)構(gòu)一層、二層采取保護措施。計算如下13.進行保護措施計算一、二層保護；14.調(diào)用編制的計算程序進行臨界溫度計算；15.程序計算得出桿件的臨界溫度Tc(i)Tc(1)＝200.0000℃；Tc(2)＝150.0000℃；Tc(3)＝654.3721℃；Tc(4)＝654.3721℃；Tc(5)＝150.0000℃；Tc(6)＝200.0000℃；Tc(7)＝654.3721℃；Tc(8)＝150.0000℃；Tc(9)＝200.0000℃；16.最終結(jié)論Tc(三層)＝654.3721℃＞Tm(三層)＝443℃
通過程序計算出來的臨界溫度和構(gòu)件最高溫度的比較鋼框架結(jié)構(gòu)一層、二層和三層均處于安全狀態(tài)。故此鋼框架的保護方法為對結(jié)構(gòu)一層和二層進行保護，見圖8。涂敷防火涂料或外包混凝土保證鋼框架的耐火極限時間為90分鐘。
對于該石油化工生產(chǎn)裝置單跨三層鋼框架管廊，根據(jù)火災可能發(fā)生情形，按照國外廠商的要求，在火災和爆炸危險區(qū)范圍的所有鋼結(jié)構(gòu)均作防火保護。另一方面，按國內(nèi)石油化工規(guī)范的條文方法，鋼框架管廊僅一層結(jié)構(gòu)須做防火保護。而采用本申請給出的上述鋼框架科學計算的保護方法，與國外方法相比鋼框架的保護范圍可減少35％，節(jié)約了建設投資，與國內(nèi)的條文法相比鋼框架的保護范圍增加了30％，保證了結(jié)構(gòu)的抗火安全度。這是由于國內(nèi)基于構(gòu)件試驗沒有考慮結(jié)構(gòu)的外荷載和邊界條件的設計法，對上述具體的項目設計的抗火安全度不足。
●實例3某石化單跨三層鋼框架的跨度為12m，一、二、三層的層高分別為5m、3m、3m，承受的水平荷載均為200kN，承受的垂直荷載均為100kN，梁截面均為HN346×174，柱截面均為HM588×300?；馂臅r火源在地面鋼框架承受的熱釋放量Q為36MW。如圖6示，確定鋼框架的保護方法。
計算步驟1-7同實例1。
8.初步結(jié)論1Tc(一層)＝204.8698℃＜Tm(一層)＝900℃Tc(二層)＝154.8698℃＜Tm(二層)＝602℃Tc(三層)＝104.8698℃＜Tm(三層)＝443℃通過程序計算出來的臨界溫度和構(gòu)件最高溫度的比較，鋼框架結(jié)構(gòu)一層、二層和三層均處于不安全狀態(tài)。故采取保護措施如下可采取對結(jié)構(gòu)一層或一層、二層或一層、二層、三層這三種保護措施。計算如下9.進行保護措施計算一層保護；10.調(diào)用編制的計算程序進行臨界溫度計算；11.程序計算得出桿件的臨界溫度Tc(i)Tc(1)＝200.0000℃；Tc(2)＝150.3711℃；Tc(3)＝100.3711℃；
Tc(4)＝100.3711℃；Tc(5)＝150.3711℃；Tc(6)＝200.0000℃；Tc(7)＝100.3711℃；Tc(8)＝150.3711℃；Tc(9)＝200.0000℃；12.初步結(jié)論2Tc(二層)＝150.3711℃＜Tm(二層)＝602℃Tc(三層)＝100.3711℃＜Tm(三層)＝443℃通過程序計算出來的臨界溫度和構(gòu)件最高溫度的比較鋼框架結(jié)構(gòu)二層、三層仍處于不安全狀態(tài)。故此鋼框架的保護方法為可對結(jié)構(gòu)一層、二層采取保護措施。計算如下13.進行保護措施計算一、二層保護；14.調(diào)用編制的計算程序進行臨界溫度計算；15.程序計算得出桿件的臨界溫度Tc(i)Tc(1)＝200.0000℃；Tc(2)＝150.0000℃；Tc(3)＝102.8963℃；Tc(4)＝102.8963℃；Tc(5)＝150.0000℃；Tc(6)＝200.0000℃；Tc(7)＝102.8963℃；Tc(8)＝150.0000℃；Tc(9)＝200.0000℃；16.最終結(jié)論Tc(三層)＝102.8963℃＜Tm(三層)＝443℃通過程序計算出來的臨界溫度和構(gòu)件最高溫度的比較鋼框架結(jié)構(gòu)三層仍處于不安全狀態(tài)。故此鋼框架的保護方法為對結(jié)構(gòu)一層、二層和三層進行保護，見圖9。涂敷防火涂料或外包混凝土保證鋼框架的耐火極限時間為90分鐘。
●實例4某民用單跨三層鋼框架的跨度為12m，一、二、三層的層高分別為3m、3m、3m，承受的水平荷載均為300kN，承受的垂直荷載均為100kN，梁截面均為HN396×199，柱截面均為HM588×300，一層為開敞空曠空間，火災時火源在二層地面鋼框架承受的熱釋放量Q為10MW，參見圖6。確定鋼框架的保護方法。
計算步驟如下1.確定編制的計算程序基本參數(shù)
(1)鋼架類型ip1＝4，溫度變化情況ip2＝1，ip3＝i p4＝ip5＝ip6＝0；(2)截面類型2；(1表示矩形截面，2表示工字型截面)(3)截面參數(shù)工字型cbb＝0.199m；chb＝0.396m；tb1＝0.011m；tb2＝0.007m；cbc＝0.3m；chc＝0.588m；tc1＝0.002m；tc2＝0.012m；(4)梁、柱的長度1＝12m；H1＝3m；H2＝3m；H3＝3m；(5)材料屈服強度隨溫度變化控制點數(shù)MST＝6；(6)材料屈服強度與對應溫度第一點CMS(1，1)＝205000；CMS(1，2)＝0；(7)材料屈服強度與對應溫度第二點CMS(2，1)＝159000；CMS(2，2)＝300；(8)材料屈服強度與對應溫度第三點CMS(3，1)＝100000；CMS(3，2)＝500；(9)材料屈服強度與對應溫度第四點CMS(3，1)＝25000；CMS(3，2)＝700；(10)材料屈服強度與對應溫度第五點CMS(3，1)＝12000；CMS(3，2)＝800；(11)材料屈服強度與對應溫度第六點CMS(3，1)＝2000；CMS(3，2)＝1000；(12)作用力的大小PV1＝100KN；PV2＝100KN；PV3＝100KN；PH1＝300KN；PH2＝300KN；PH3＝300KN；2.確定計算時保護措施 無保護；3.確定桿件初始溫度t(i)t(1)＝20℃；t(2)＝20℃；t(3)＝20℃；t(4)＝20℃；t(5)＝20℃；t(6)＝20℃；t(7)＝20℃；t(8)＝20℃；t(9)＝20℃；4.確定桿件溫度變化情況it(i)it(1)＝0；it(2)＝1；it(3)＝1；it(4)＝1；it(5)＝1；
it(6)＝0；it(7)＝1；it(8)＝1；it(9)＝0；[注it(i)＝0表示溫度不變；it(i)＞0表示溫度變化，如果it(1)＝it(3)＞0表示1和3構(gòu)件溫度變化相同。]5.調(diào)用編制的計算程序進行臨界溫度計算；6.程序計算得出桿件的臨界溫度Tc(i)Tc(1)＝20℃；Tc(2)＝429.35 77℃；Tc(3)＝429.3577℃；Tc(4)＝429.3577℃；Tc(5)＝429.35 77℃；Tc(6)＝20℃；Tc(7)＝429.3577℃；Tc(8)＝429.35 77℃；Tc(9)＝20℃；7.桿件火災燃燒時達到的溫度特征值Tm(i)采用英、美等國家的計算公式確定火災燃燒時的特征值計算得出構(gòu)件的最高溫度Tm(℃)一層Tm＝20℃；二層Tm＝485℃；三層Tm＝302℃；8.初步結(jié)論Tc(二層)＝429.35 77℃＜Tm(二層)＝485℃Tc(三層)＝429.35 77℃＞Tm(三層)＝302℃通過程序計算出來的臨界溫度和構(gòu)件最高溫度的比較，鋼框架結(jié)構(gòu)二層處于不安全狀態(tài)。故采取保護措施如下可采取對結(jié)構(gòu)二層或二層、三層這兩種保護措施。計算如下9.進行保護措施計算第二層保護；10.調(diào)用編制的計算程序進行臨界溫度計算；11.程序計算得出桿件的臨界溫度Tc(i)Tc(1)＝20℃；Tc(2)＝20℃；Tc(3)＝457.0719℃；Tc(4)＝457.0719℃；Tc(5)＝20℃；Tc(6)＝20℃；Tc(7)＝457.0719℃；Tc(8)＝20℃；Tc(9)＝20℃；12.最終結(jié)論Tc(三層)＝457.0719℃＞Tm(三層)＝302℃通過程序計算出來的臨界溫度和構(gòu)件最高溫度的比較鋼框架結(jié)構(gòu)一層、二層和三層均處于安全狀態(tài)。故此鋼框架的保護方法為對結(jié)構(gòu)第二層進行保護，見圖10。涂敷防火涂料或外包混凝土保證鋼框架的耐火極限時間為90分鐘。
(二)雙跨單層框架●實例1某石化雙跨單層鋼框架的跨度均為12m，層高為3m、承受的水平荷載為500kN，承受的垂直荷載均為200kN，梁截面均為HN700×300，柱截面均為HM588×300。火災時火源在地面鋼框架承受的熱釋放量Q為3.535MW，見圖11。確定鋼框架的保護方法。
計算步驟1-5同實例1。
6.程序計算得出桿件的臨界溫度Tc(i)Tc(1)＝583℃；Tc(2)＝583℃；Tc(3)＝583℃；Tc(4)＝583℃；Tc(5)＝583℃；7.桿件火災燃燒時達到的溫度特征值Tm(i)采用實例1的計算公式計算得出構(gòu)件的最高溫度Tm(℃)Tm＝600℃8.初步結(jié)論Tc＝583℃＜Tm＝600℃通過程序計算出來的臨界溫度和構(gòu)件最高溫度的比較，鋼框架結(jié)構(gòu)處于不安全狀態(tài)。故采取保護措施如下對柱子進行防火保護。計算如下9.進行保護措施計算柱保護；10.調(diào)用編制的計算程序進行臨界溫度計算；其中it(1)＝0；it(2)＝1；it(3)＝0；it(4)＝1；it(5)＝0；[注it(i)＝0表示溫度不變；it(i)＞0表示溫度變化，如果it(1)＝it(3)＞0表示1和3構(gòu)件溫度變化相同。
11.程序計算得出桿件的臨界溫度Tc(i)Tc(1)＝200℃；Tc(2)＝612℃；Tc(3)＝200℃；Tc(4)＝612℃；Tc(5)＝200℃；
12.最終結(jié)論Tc＝612℃＞Tm＝600℃通過程序計算出來的臨界溫度和構(gòu)件最高溫度的比較鋼框架結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)。故此鋼框架的保護方法為對柱子進行保護，見圖12。涂敷防火涂料或外包混凝土保證鋼框架的耐火極限時間為90分鐘。
(四)空間一層框架●實例1某石化空間一層支撐設備的鋼框架的跨度為12m，層高為3m，承受的水平荷載均為50kN，承受的垂直荷載均為100kN，梁截面均為HN700×300，柱截面均為HM588×300。火災時火源在地面鋼框架承受的熱釋放量Q為36MW，如圖13。確定鋼框架的保護方法。
計算步驟如下1.確定編制的計算程序基本參數(shù)(1)鋼架類型ip1＝31，溫度變化情況ip2＝1，ip3＝ip4＝ip5＝ip6＝0；(2)截面類型2；(1表示矩形截面，2表示工字型截面)(3)截面參數(shù)工字型cbb＝0.3m；chb＝0.7m；tb1＝0.024m；tb2＝0.0013m；cbc＝0.3m；chc＝0.588m；tc1＝0.002m；tc2＝0.012m；(4)梁、柱的長度C11＝12m；C12＝12m；CH1＝3m；(5)材料屈服強度隨溫度變化控制點數(shù)MST＝6；(6)材料屈服強度與對應溫度第一點CMS(1，1)＝205000；CMS(1，2)＝0；(7)材料屈服強度與對應溫度第二點CMS(2，1)＝159000；CMS(2，2)＝300；(8)材料屈服強度與對應溫度第三點CMS(3，1)＝100000；CMS(3，2)＝500；(9)材料屈服強度與對應溫度第四點CMS(3，1)＝25000；CMS(3，2)＝700；
(10)材料屈服強度與對應溫度第五點CMS(3，1)＝12000；CMS(3，2)＝800；(11)材料屈服強度與對應溫度第六點CMS(3，1)＝2000；CMS(3，2)＝1000；(12)作用力的大小Px1＝50KN；Px2＝50KN；Py1＝100KN；Py2＝100KN；Pz1＝50KN；Pz2＝50KN；2.確定計算時保護措施無保護；3.確定桿件初始溫度t(i)t(1)＝200℃；t(2)＝200℃；t(3)＝200℃；t(4)＝200℃；t(5)＝200℃；t(6)＝200℃；t(7)＝200℃；t(8)＝200℃；4.確定桿件溫度變化情況it(i)it(1)＝1；it(2)＝1；it(3)＝1；it(4)＝1；it(5)＝1；it(6)＝1；it(7)＝1；it(8)＝1；[注it(i)＝0表示溫度不變；it(i)＞0表示溫度變化，如果it(1)＝it(3)＞0表示1和3構(gòu)件溫度變化相同。]5.調(diào)用編制的計算程序進行臨界溫度計算；6.程序計算得出桿件的臨界溫度Tc(i)Tc(1)＝592.2399℃；Tc(2)＝592.2399℃；Tc(3)＝592.2399℃；Tc(4)＝592.2399℃；Tc(5)＝592.2399℃；Tc(6)＝592.2399℃；Tc(7)＝592.2399℃；Tc(8)＝592.2399℃；7.桿件火災燃燒時達到的溫度特征值Tm(i)采用英、美等國家的計算公式確定火災燃燒時的特征值計算得出構(gòu)件的最高溫度Tm(℃)Tm＝900；8.初步結(jié)論Tc(i)＝592.2399℃＜Tm＝900℃(i＝1…8)
通過程序計算出來的臨界溫度和構(gòu)件最高溫度的比較，鋼框架結(jié)構(gòu)處于不安全狀態(tài)。故采取保護措施如下可采取僅對柱保護、僅對梁保護、梁柱都保護這三種保護措施。分別計算如下9.進行保護措施計算9.1、僅保護柱9.1.1、調(diào)用編制的計算程序進行臨界溫度計算；9.1.2、程序計算得出梁桿件的臨界溫度Tc(i)Tc(2)＝592.2399℃＜Tm＝900℃；Tc(4)＝592.2399℃＜Tm＝900℃；Tc(5)＝592.2399℃＜Tm＝900℃；Tc(7)＝592.2399℃＜Tm＝900℃；說明僅對柱保護時，結(jié)構(gòu)仍處于不安全狀態(tài)。
9.2、僅保護梁9.2.1、調(diào)用編制的計算程序進行臨界溫度計算；9.2.2、程序計算得出柱桿件的臨界溫度Tc(i)Tc(1)＝592.2399℃＜Tm＝900℃；Tc(3)＝592.2399℃＜Tm＝900℃；Tc(6)＝592.2399℃＜Tm＝900℃；Tc(8)＝592.2399℃＜Tm＝900℃；說明僅對梁保護時，結(jié)構(gòu)仍處于不安全狀態(tài)。
10.最終結(jié)論通過程序計算出來的臨界溫度和構(gòu)件最高溫度的比較，此鋼框架的保護方法為對結(jié)構(gòu)一層梁柱都進行保護，見圖14。涂敷防火涂料或外包混凝土保證鋼框架的耐火極限時間為90分鐘。
權利要求
1.一種鋼框架結(jié)構(gòu)抗火保護的設計選擇方法，包括如下步驟(1)根據(jù)塑性極限分析理論確定鋼框架結(jié)構(gòu)的平面結(jié)構(gòu)或空間結(jié)構(gòu)的基本破壞機構(gòu)總數(shù)N，并設定鋼框架結(jié)構(gòu)的各桿件的初始溫度；(2)確定目標函數(shù)η，η為塑性極限狀態(tài)時基本破壞機構(gòu)迭加的內(nèi)力功與外力功之比，并滿足下式η=Σn=1NXnWinΣn=1NXnWen(Xn≥0)]]>設基本破壞機構(gòu)n的內(nèi)力塑性功為Win，Win與溫度、該溫度下鋼框架結(jié)構(gòu)控制截面的塑性極限彎矩及破壞機構(gòu)桿件轉(zhuǎn)角相關，對應的外力功為Wen，Wen與作用在結(jié)構(gòu)邊界上的廣義外荷載及破壞機構(gòu)的位移速率相關，N為上述的基本破壞機構(gòu)總數(shù)，Xn為基本破壞機構(gòu)的轉(zhuǎn)角倍數(shù)因子；(3)上述公式中η與變量X1，X2，…，Xn的關系依次為一次非線性關系，優(yōu)化分析所述非線性問題，通過優(yōu)化Xn使得迭加機構(gòu)的塑性鉸消失，使得內(nèi)力功減小，從而獲得η的極小值，相應的破壞機構(gòu)被找到，根據(jù)塑性極限分析理論原理該機構(gòu)對應的臨界溫度即為鋼框架所有可能的破壞機構(gòu)中的最小值；(4)采用迭代法確定目標函數(shù)η的最小值對應的鋼框架的臨界溫度值設定所述鋼框架結(jié)構(gòu)的各桿件的溫度增量為dt，下一步的溫度增量變?yōu)?η-1)dt，其中的η為上一步迭代所得，進行迭代優(yōu)化計算；(5)設定tole為允許精度，dt1為所有構(gòu)件溫度變化量絕對值的累加，迭代收斂準則采用abs(dt1)＜tole或|η-1|＜tole，當?shù)嬎銤M足上述兩個迭代收斂準則之一時，計算得出鋼框架各桿件的臨界溫度；(6)將計算得出的鋼框架各桿件的臨界溫度與火災燃燒時相應桿件所能達到的溫度特征值進行比較，以確定是否需要對鋼框架進行保護。
2.如權利要求1所述的方法，所述的允許精度tole值為0.01。
3.如權利要求1或2所述的方法，所述的內(nèi)力塑性功Win與鋼框架的截面類型、截面參數(shù)、鋼材的屈服強度及梁、柱的長度有直接關系，外力功Wen與作用在鋼框架結(jié)構(gòu)上的外荷載、鋼框架的類型及邊界條件有關。
4.如權利要求3所述的方法，對鋼框架進行保護采用部分或全部涂敷抗火涂料或外包混凝土。
5.如權利要求4所述的方法，其中的鋼框架結(jié)構(gòu)為單跨單層框架、雙跨單層框架、單跨雙層框架、單跨三層框架、雙向單跨單層空間框架五種結(jié)構(gòu)之一。
6.如權利要求5所述的方法，所述的鋼框架結(jié)構(gòu)為平面鋼框架結(jié)構(gòu)或空間鋼框架結(jié)構(gòu)，當為空間鋼框架結(jié)構(gòu)時，其基本破壞機構(gòu)數(shù)目的確定通過將空間結(jié)構(gòu)分解為雙方向的平面結(jié)構(gòu)，再按平面結(jié)構(gòu)分別找出基本破壞結(jié)構(gòu)數(shù)疊加為空間結(jié)構(gòu)的基本破壞機構(gòu)數(shù)目。
7.如權利要求6所述的方法，所述的溫度特征值采用英、美通用的計算公式求得或根據(jù)《建筑鋼結(jié)構(gòu)防火技術規(guī)范》CECS2002006獲得。
8.如權利要求3所述的方法，所述的優(yōu)化分析非線性問題采用準牛頓的方法進行優(yōu)化計算。
9.如權利要求6所述的方法，將空間結(jié)構(gòu)分解為平面結(jié)構(gòu)后，確定相應的梁機構(gòu)、層機構(gòu)和節(jié)點機構(gòu)，并進一步確定相應各機構(gòu)的基本破壞機構(gòu)數(shù)，通過累加獲得基本破壞機構(gòu)總數(shù)N。
10.如權利要求3所述的方法，當計算得出的鋼框架各桿件的臨界溫度大于火災燃燒時相應桿件所能達到的溫度特征值，驗算桿件穩(wěn)定強度是否滿足要求，當滿足要求時，鋼框架結(jié)構(gòu)安全，不需要做耐火層保護，當不滿足要求時，根據(jù)計算結(jié)果對結(jié)構(gòu)部分或全部做耐火層保護，或加大截面不做保護層。
11.如權利要求10所述的方法，對鋼框架進行保護采用部分或全部涂敷抗火涂料或外包鋼筋混凝土。
12.如權利要求9所述的方法，當計算得出的鋼框架各桿件的臨界溫度大于火災燃燒時相應桿件所能達到的溫度特征值，驗算桿件穩(wěn)定強度是否滿足要求，當滿足要求時，鋼框架結(jié)構(gòu)安全，不需要做耐火層保護，當不滿足要求時，根據(jù)計算結(jié)果對結(jié)構(gòu)部分或全部做耐火層保護，或加大截面不做保護層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種鋼框架結(jié)構(gòu)抗火保護的設計選擇方法，包括如下步驟(1)根據(jù)塑性極限分析理論確定鋼框架結(jié)構(gòu)的平面結(jié)構(gòu)或空間結(jié)構(gòu)的基本破壞機構(gòu)總數(shù)N；(2)確定目標函數(shù)η，η為塑性極限狀態(tài)時基本破壞機構(gòu)迭加的內(nèi)力功與外力功之比；(3)通過優(yōu)化分析處理獲得η的極小值，相應的破壞機構(gòu)被找到，根據(jù)塑性極限分析理論原理該機構(gòu)對應的臨界溫度即為鋼框架所有可能的破壞機構(gòu)中的最小值；(4)根據(jù)溫度的變化量，采用迭代法確定目標函數(shù)η的最小值對應的鋼框架的臨界溫度值，通過對迭代結(jié)果是否符合規(guī)定的迭代收斂準則來計算得出鋼框架各桿件的臨界溫度；(5)將計算得出的鋼框架各桿件的臨界溫度與火災燃燒時相應桿件所能達到的溫度特征值進行比較，以確定是否需要對鋼框架進行保護。本方法使結(jié)構(gòu)計算變得簡單、有效，適于工程設計中。
文檔編號E04B1/62GK1995570SQ20061016195
公開日2007年7月11日 申請日期2006年12月11日 優(yōu)先權日2006年12月11日
發(fā)明者張榮鋼, 張宏濤, 王曉純, 張素枝, 鄭建華, 徐秉業(yè), 高建嶺, 白玉星, 徐彤, 李園, 劉剛鋒, 顏聰枝 申請人:中國寰球工程公司, 北方工業(yè)大學