本發(fā)明涉及一種高大空間鋼結(jié)構(gòu)防火涂料厚度確定方法，屬于鋼結(jié)構(gòu)防火涂料厚度確定優(yōu)化技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

溫度的發(fā)展是鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)的關(guān)鍵問(wèn)題，直接決定了防火涂料厚度，大空間的煙溫發(fā)展不同于普通的封閉的火災(zāi)，因?yàn)樗鼈冏罡邷囟容^低且溫度分布不均勻，因此現(xiàn)在還沒(méi)有系統(tǒng)確定高大空間鋼結(jié)構(gòu)防火涂料厚度的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種高大空間鋼結(jié)構(gòu)防火涂料厚度確定方法。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種高大空間鋼結(jié)構(gòu)防火涂料厚度確定方法，包括，

確定火災(zāi)發(fā)展模型；

確定建筑內(nèi)部頂棚下方某位置處煙氣溫度的最大值；

建立區(qū)域火災(zāi)發(fā)展全過(guò)程的煙氣溫度場(chǎng)預(yù)測(cè)模型；

確定鋼結(jié)構(gòu)的溫度場(chǎng)；

根據(jù)耐火極限，確定鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的厚度。

火災(zāi)發(fā)展模型為，

q＝αt²0≤t≤tg

q＝qamaxtg≤t≤td

其中，ts為火災(zāi)全過(guò)程的總時(shí)間，為火災(zāi)開(kāi)始進(jìn)入衰減階段時(shí)間，為進(jìn)入穩(wěn)定階段時(shí)間，q為熱釋放速率，qmax為火災(zāi)的最大熱釋放速率，α為火災(zāi)增長(zhǎng)系數(shù)，q為火源單位面積熱釋放速率，amax為區(qū)域火災(zāi)最大過(guò)火面積。

建筑內(nèi)部頂棚下方某位置處煙氣溫度最大值tm的計(jì)算公式為，

tm＝tg^max×ksm

其中，為火源正上方頂棚處煙氣溫度最大值，ksm為溫度修正系數(shù)；

其中，h為建筑高度，a為建筑面積；

ksm＝η+(1-η)e^(d/2-x)/7x≥d/2

ksm＝1x≤d/2

其中，d為火源直徑，x為距離火源中心的水平距離，η為建筑體量修正系數(shù)。

區(qū)域火災(zāi)發(fā)展全過(guò)程的煙氣溫度場(chǎng)預(yù)測(cè)模型為，

其中，tg為煙氣溫度，t0為環(huán)境初始溫度，分別為火災(zāi)發(fā)展階段煙氣曲線形狀系數(shù)和衰退階段煙氣曲線形狀系數(shù)。

鋼結(jié)構(gòu)的溫度場(chǎng)為，

其中，ts是鋼的溫度，δts為鋼構(gòu)件的溫度變化，β＝e^φ/10-1，為防火保護(hù)層修正系數(shù)，k為導(dǎo)熱系數(shù)，ρs為鋼的密度，cs為鋼的熱容，ain為防火保護(hù)層橫截面面積，ρin為防火保護(hù)層密度，cin為防火保護(hù)層熱容，d為防火保護(hù)層厚度，v是單位長(zhǎng)度鋼結(jié)構(gòu)的體積。

根據(jù)耐火極限，用反推法或迭代法確定鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的厚度。

本發(fā)明所達(dá)到的有益效果：本發(fā)明基于基本傳熱原理和煙氣溫度發(fā)展模型，預(yù)測(cè)大空間中受保護(hù)的鋼件的溫度發(fā)展，從而確定鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的厚度；本發(fā)明中只有一個(gè)時(shí)間變量t，因此，可以非常簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)溫度的評(píng)估，準(zhǔn)確地反映整個(gè)火災(zāi)過(guò)程的發(fā)展(增長(zhǎng)、穩(wěn)定和衰變階段)，從而可準(zhǔn)確推導(dǎo)出鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的厚度。

具體實(shí)施方式

以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

一種高大空間鋼結(jié)構(gòu)防火涂料厚度確定方法，包括以下步驟：

s1、確定火災(zāi)發(fā)展模型。

具體過(guò)程為：

s11)計(jì)算火災(zāi)進(jìn)入穩(wěn)定階段(全盛階段)的時(shí)間；

其中，tg為進(jìn)入穩(wěn)定階段時(shí)間，單位為s；qmax為最大熱釋放速率，單位為kw；α為火災(zāi)增長(zhǎng)系數(shù)，表征或蔓延的快慢，如表一所示，α與材料有對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)于大多數(shù)的高大空間建筑區(qū)域火災(zāi)，火災(zāi)增長(zhǎng)系數(shù)一般介于中速火和快速火之間。

表一火災(zāi)增長(zhǎng)系數(shù)α

s12)計(jì)算火災(zāi)開(kāi)始進(jìn)入衰減階段時(shí)間；

當(dāng)80％的火災(zāi)荷載被消耗掉，火災(zāi)進(jìn)入衰減階段，也火災(zāi)衰減階段共消耗20％的火災(zāi)荷載，火災(zāi)增長(zhǎng)階段和火災(zāi)穩(wěn)定階段共消耗80％的火災(zāi)荷載。即：

其中，fl為火災(zāi)總荷載，單位為mj；ts為火災(zāi)全過(guò)程的總時(shí)間，單位為s；聯(lián)立可求解td，即火災(zāi)開(kāi)始進(jìn)入衰減階段時(shí)間；

s13)確定火災(zāi)發(fā)展模型；

q＝αt²0≤t≤tg

q＝qamaxtg≤t≤td

其中，q為熱釋放速率，kw；q為火源單位面積熱釋放速率，kw/m²；amax為區(qū)域火災(zāi)最大過(guò)火面積，m²。

s2、確定建筑內(nèi)部頂棚下方某位置處煙氣溫度的最大值。

具體過(guò)程為：

s21)計(jì)算火源正上方頂棚處煙氣溫度最大值；

其中，為火源正上方頂棚處煙氣溫度最大值，單位為攝氏度；h為建筑高度，單位為米；a為建筑面積，單位為平方米。

s22)計(jì)算溫度修正系數(shù)；

ksm＝η+(1-η)e^(d/2-x)/7x≥d/2

ksm＝1x≤d/2

其中，d為火源直徑，x為距離火源中心的水平距離，單位為米；η為建筑體量修正系數(shù)，η取決于建筑高度和建筑面積，如表二所示。

表二建筑體量修正系數(shù)η

s23)計(jì)算建筑內(nèi)部頂棚下方某位置處煙氣溫度最大值；

tm＝tg^max×ksm

其中，tm為建筑內(nèi)部頂棚下方某位置處煙氣溫度最大值。

s3、建立區(qū)域火災(zāi)發(fā)展全過(guò)程的煙氣溫度場(chǎng)預(yù)測(cè)模型。

具體如下：

其中，tg為煙氣溫度，單位為攝氏度；t0為環(huán)境初始溫度，單位為攝氏度；分別為火災(zāi)發(fā)展階段(火災(zāi)增長(zhǎng)階段和穩(wěn)定階段)煙氣曲線形狀系數(shù)和衰退階段煙氣曲線形狀系數(shù)；典型的高大空間建筑內(nèi)木質(zhì)可燃物區(qū)域火災(zāi)(火災(zāi)增長(zhǎng)系數(shù)為0.0346kw/s²)的形狀系數(shù)推薦取值如表三所示。

表三曲線特征系數(shù)取值

s4、確定鋼結(jié)構(gòu)的溫度場(chǎng)。

具體過(guò)程為：

s41)計(jì)算防火保護(hù)層修正系數(shù)；

其中，d是防火保護(hù)層厚度，m；v是單位長(zhǎng)度鋼結(jié)構(gòu)的體積，m³；ρs為鋼密度，單位為kg/m³；cs為鋼熱容，單位為kj/(kg·k)；ain為防火保護(hù)層橫截面面積，單位為m²；ρin為防火保護(hù)層密度，單位為kg/m³；cin為防火保護(hù)層熱容，單位為kj/(kg·k)。

s42)計(jì)算α、β；

β＝e^φ/10-1，

其中，k為導(dǎo)熱系數(shù)，單位為w/℃。

s43)確定鋼結(jié)構(gòu)的溫度場(chǎng)；

其中，ts是鋼的溫度，℃；δts為鋼結(jié)構(gòu)的溫度變化，℃。

s5、根據(jù)耐火極限，用反推法或迭代法確定鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的厚度。

上述方法基于基本傳熱原理和煙氣溫度發(fā)展模型，預(yù)測(cè)大空間中受保護(hù)的鋼件的溫度發(fā)展，從而確定鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的厚度；整個(gè)過(guò)程中只有一個(gè)時(shí)間變量t，因此，可以非常簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)溫度的評(píng)估，準(zhǔn)確地反映整個(gè)火災(zāi)過(guò)程的發(fā)展(增長(zhǎng)、穩(wěn)定和衰變階段)，從而可準(zhǔn)確推導(dǎo)出鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的厚度。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。