前言

中华人民共和国国家标准

建筑钢结构防火技术规范

Code for fire safety of steel structures in buildings

GB 51249-2017

发布日期：2017年07月31日

实施日期：2018年04月01日

发布部门：中华人民共和国住房和城乡建设部

中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局

中华人民共和国住房和城乡建设部公告

第1633号

住房城乡建设部关于发布国家标准
《建筑钢结构防火技术规范》的公告

    现批准《建筑钢结构防火技术规范》为国家标准，编号为GB 51249—2017，自2018年4月1日起实施。其中，第3.1.1、3.1.2、3.1.3、3.2.1条为强制性条文，必须严格执行。

    本规范在住房城乡建设部门户网站（ www.mohurd.gov.cn）公开，并由我部标准定额研究所组织中国计划出版社出版发行。

中华人民共和国住房和城乡建设部

2017年7月31日

    根据（原）建设部《关于印发〈2007年工程建设标准规范制订、修订计划（第一批）〉的通知》（建标〔2007〕125号）的要求，规范编制组经广泛调查研究，认真总结实践经验，参考有关国际标准和国外先进标准，并在广泛征求意见的基础上，编制了本规范。

    本规范共有9章和7个附录，主要技术内容是：总则，术语和符号，基本规定，防火保护措施与构造，材料特性，钢结构的温度计算，钢结构耐火验算与防火保护设计，组合结构耐火验算与防火保护设计，防火保护工程的施工与验收等。

    本规范中以黑体字标识的条文为强制性条文，必须严格执行。

    本规范由住房和城乡建设部负责管理和对强制性条文的解释，由公安部消防局（主编部门）负责日常管理，由同济大学（主编单位）负责具体技术内容的解释。执行过程中如有意见或建议，请寄送同济大学土木工程学院建筑工程系《建筑钢结构防火技术规范》管理组（地址：上海市四平路1239号，邮政编码：200092）。

    本规范的主编单位、参编单位、主要起草人和主要审查人：

    主编单位：同济大学

             中国钢结构协会钢结构防火与防腐分会

    参编单位：公安部天津消防研究所

             公安部四川消防研究所

             上海市消防局

             中国建筑科学研究院

             清华大学

             中国人民武装警察部队学院

             上海交通大学

             公安部上海消防研究所

             广东省公安消防总队

             铁路总公司公安局

             太原市公安消防支队

             南京工业大学

             上海建筑设计研究院有限公司

             上海市建筑科学研究院（集团）有限公司

             中冶京诚工程技术有限公司

             奥雅纳工程顾问（香港）有限公司

             上海宝冶集团有限公司

             上海美建钢结构有限公司

             上海汇丽涂料有限公司

    主要起草人：李国强 倪照鹏 李风 楼国彪 刘激扬 殷李革 韩林海 史毅 王宝伟 屈立军 赵金城 蒋首超 施樑 覃文清 张泽江 阚强 张剑 姜宁 杜咏 李亚明 蔡建中 余海群 殷颖智 郝坤超 肖瑾 刘承宗 周荣

    主要审查人：陈禄如 沈友弟 周详 宋晓勇 傅玉祥 高建民 王立军 周建龙 吴波 董毓利 范重 杨强跃 侯兆新 陈敖宜 贺明玄

条文说明

编制说明

    《建筑钢结构防火技术规范》GB 51249—2017，经住房城乡建设部2017年7月31日以第1633号公告批准发布。
    为便于钢结构防火保护设计、施工、验收和监督等部门的有关人员在使用本规范时能正确理解和执行条文规定，《建筑钢结构防火技术规范》编制组按章、节、条顺序编制了本规范的条文说明，对条文规定的目的、依据及执行中需要注意的有关事项进行了说明，还着重对强制性条文的强制性理由做了解释。但是，本条文说明不具备与规范正文同等的法律效力，仅供使用者作为理解和把握规范规定的参考。

1 总则

1.0.1 为了合理进行建筑钢结构防火设计，保证施工质量，规范验收和维护管理，减少火灾危害，保护人身和财产安全，制定本规范。 

1.0.2 本规范适用于工业与民用建筑中的钢结构以及钢管混凝土柱、压型钢板-混凝土组合楼板、钢与混凝土组合梁等组合结构的防火设计及其防火保护的施工与验收。不适用于内置型钢混凝土组合结构。

1.0.3 建筑钢结构的防火设计及其防火保护的施工与验收，除应符合本规范的规定外，尚应符合国家现行有关标准的规定。

条文说明

1.0.1 本条规定了制定本规范的目的。钢结构自重轻、强度高、抗震性能好，便于工业化生产，施工速度快，是建筑中应用的主要结构形式之一。与混凝土结构相比，钢结构在某些方面也存在一些不足，特别是钢结构的耐火性能较差。其原因主要有两个方面：一是钢材热传导系数大，火灾下钢构件升温快；二是钢材强度随温度升高而迅速降低。无防火保护的钢结构的耐火时间通常仅为15min～20min，故在火灾作用下易被破坏。因此，为了防止和减少建筑钢结构的火灾危害，保护人身和财产安全，必须对钢结构进行科学的防火设计，采取安全可靠、经济合理的防火保护措施。

1.0.2 本规范除适用于建筑钢结构外，也适用于钢管混凝土柱、压型钢板-混凝土组合楼板和钢—混凝土组合梁等组合构件，但不适用于内置型钢混凝土构件、钢板剪力墙等组合构件。建筑中局部采用钢结构（包括钢管混凝土柱、压型钢板—混凝土组合楼板和钢—混凝土组合梁）时，这部分钢结构适用本规程。
    除特别说明外，本规程所称的“钢结构”，也包括钢管混凝土柱、压型钢板—混凝土组合楼板和钢—混凝土组合梁这三种组合构件。

1.0.3 与本规范有关的国家标准和行业标准主要有：《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068、《工程结构可靠度设计统一标准》GB 50153、《工程结构设计基本术语标准》GB/T 50083、《建筑结构荷载规范》GB 50009、《建筑设计防火规范》GB 50016、《钢结构设计规范》GB 50017、《混凝土结构设计规范》GB 50010、《建筑构件耐火试验方法  第1部分：通用要求》GB/T 9978.1、《钢结构防火涂料》GB 14907、《建筑工程施工质量验收统一标准》GB 50300等。

2 术语和符号

2.1 术语
2.2 符号

2.1 术语

2.1.1 耐火钢 fire-resisant steel

    在600℃温度时的屈服强度不小于其常温屈服强度2/3的钢材。

2.1.2 钢管混凝土柱 concrete-filled steel tubular column

    在钢管中填充混凝土而形成且钢管及其核心混凝土能共同承受外荷载作用的结构构件。

2.1.3 钢与混凝土组合梁 composite steel and concrete beam

    由混凝土翼板和钢梁通过抗剪连接件组合而成，并能整体受力的梁。

2.1.4 压型钢板组合楼板 steel deck-concrete composite slab

    在压型钢板上浇筑混凝土，并能共同受力的楼板。

2.1.5 截面形状系数 section factor

    钢构件的受火表面积与其相应的体积之比。

2.1.6 标准火灾升温曲线 standard fire temperature-time curve

    在标准耐火试验中，耐火试验炉内的空气平均温度随时间变化的曲线。

2.1.7 标准火灾 standard fire

    热烟气温度按标准火灾升温曲线确定的火灾。

2.1.8 等效曝火时间 equivalent time of fire exposure

    钢构件受标准火灾作用后的温度与其受实际火灾作用时达到相同温度的时间。

2.1.9 温度效应 temperature effects on structural behavior

    结构（构件）因其温度变化所产生的结构内力和变形。

2.1.10 耐火承载力极限状态 fire limit state

    结构或构件受火灾作用达到不能承受外部作用或不适于继续承载的变形的状态。

2.1.11 荷载比 load ratio

    火灾下结构或构件的荷载效应设计值与其常温下的承载力设计值的比值。

2.1.12 临界温度 critical temperature

    钢构件受火灾作用达到其耐火承载力极限状态时的温度。

条文说明

    本规范给出了有关钢结构防火设计方面的专用术语，并从防火设计的角度赋予其特定的含义，但不一定是其严密的定义。同时，本规范还给出了相应的推荐性英文术语，该英文术语不一定是国际上通用的标准术语，仅供参考。

2.1.1 在钢材中添加耐高温的合金元素钼Mo等可提高钢材在高温下的强度。耐火钢通常按结构钢的规格、等级研制生产，且要求其常温下的机械性能、可焊性、施工性等与结构钢基本一致，以方便应用。耐火钢不同于耐热钢。耐热钢对钢的高温性能，如高温持久强度、蠕变强度等有严格的要求，而耐火钢只要求在构件设计耐火时间内（一般不大于3.0h）能保持较高的强度即可。耐火钢的合金元素含量稍高于结构钢，但比同强度级别的耐热钢低得多。因此，耐火钢的热膨胀系数、热传导系数、比热等热物理参数与结构钢的差别很小。

2.1.2 本规范中钢管混凝土柱所采用的钢材应符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017中的相关规定，所采用的混凝土应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010对普通混凝土的相关规定。

2.1.6 不同耐火试验标准规定的火灾升温曲线可能存在差异。现行国家标准《建筑构件耐火试验方法  第1部分：通用要求》GB/T 9978.1规定的火灾升温曲线与国际标准IS0 834-1:1999规定的升温曲线相同，适用于以纤维类可燃物为主的建筑火灾。国家标准《建筑构件耐火试验  可供选择和附加的试验程序》GB/T 26784-2011规定了其他特定火灾条件下进行耐火试验可供选择的火灾升温曲线，包括碳氢（HC）升温曲线、室外火灾升温曲线、隧道火灾RABT - ZTV升温曲线等。在本规范中，除特别注明外，标准火灾升温曲线即为GB/T 9978.1所规定的标准火灾升温曲线[式（6.1.1-1）]。

2.1.8 标准火灾升温曲线有时与真实火灾下的升温曲线相差甚远，为更好地反映真实火灾对构件的破坏程度，同时又保持标准升温曲线的实用性，提出了等效爆火时间的概念，通过等效爆火时间将真实火灾与标准火灾联系起来。等效爆火时间的确定原则为，实际火灾对构件的破坏程度可等效成在标准火灾作用“等效爆火时间”后对该构件的破坏程度。构件的破坏程度一般可用构件在火灾下的温度来衡量。

2.1.9 因构件温度变化所产生的结构内力和变形可分为两个方面：一是结构材料的力学性能（强度、弹性模量等）的变化，引起的结构内力重分布及变形变化；二是结构材料热膨胀导致的结构内力和变形。

2.1.12 对于四面均匀受火且截面形状系数大于10的钢构件，其截面温度可近似为均匀分布进行计算。这类构件的临界温度可取构件达到耐火极限承载力状态时最不利截面的平均温度。对于非均匀受火的钢构件，其临界温度则应取最不利截面上关键部件（组件）的平均温度。例如，三面受火的钢梁、钢与混凝土组合梁的临界温度应取受火的下翼缘与腹板的平均温度。

2.2 符号

2.2.1 材料性能
C_c——混凝土的比热容；
C_i——防火保护层的比热容；
C_s——钢材的比热容；
2.2.1 材料性能
C_c——混凝土的比热容；
C_i——防火保护层的比热容；
C_s——钢材的比热容；
E_c——常温下混凝土的弹性模量；
E_cT——高温下混凝土的弹性模量；
E_s——常温下钢材的弹性模量；
E_sT——高温下钢材的弹性模量；
f——常温下钢材的强度设计值；
f_c——常温下混凝土的轴心抗压强度设计值；
f_ck——常温下混凝土的轴心抗压强度标准值；
f_t——常温下混凝土的抗拉强度设计值；
f_T——高温下钢材的强度设计值；
R_i——保护层的等效热阻；
α_c——混凝土的热膨胀系数；
α_s——钢材的热膨胀系数；
λ_c——混凝土的热传导系数；
λ_s——钢材的热传导系数；
ρ_i——防火保护材料的密度；
ρ_s——钢材的密度；
ρ_c——混凝土的密度。
2.2.2 作用、效应、抗力
M_p——塑性弯矩；
M_u——常温下钢管混凝土受纯弯时的抗弯承载力设计值；
N_u——常温下轴心受压钢管混凝土短柱的抗压承载力设计值；
N^*——常温下钢管混凝土柱的抗压承载力设计值；
R_d——结构构件抗力的设计值；
S_GK——按永久荷载标准值计算的荷载效应值；
S_m——荷载（作用）效应组合的设计值；
S_Qk——按楼面或屋面活荷载标准值计算的荷载效应值；
S_Tk——按火灾下结构的温度标准值计算的作用效应值；
S_Wk——按风荷载标准值计算的荷载效应值。
2.2.3 几何参数
A_c——钢管混凝土柱中混凝土的截面面积；
A_s——钢管混凝土柱中钢管的截面面积；
C——截面周长；
D——钢管混凝土柱的截面高度；
d_i——防火保护层的厚度；
F——单位长度构件的受火表面积；
F_i——有防火保护钢构件单位长度的受火表面积；
h_c1——混凝土翼板的厚度；
h_c2——压型钢板托板的高度；
h_cb——混凝土翼板的等效厚度；
h_s——钢梁的高度；
h_w——钢梁腹板的高度；
l——长度或跨度；
l₀——计算长度；
t_tf——钢梁上翼缘的厚度；
t_w——钢梁腹板的厚度；
t_bf——钢梁下翼缘的厚度；
V——单位长度钢构件的体积；
W——毛截面模量；
W_n——净截面模量；
W_p——截面塑性模量。
2.2.4 时间、温度
t——火灾持续时间；
t_e——等效曝火时间；
T_c——混凝土的温度；
T_d、T^'_d、T^''_d——构件的临界温度；
T_g——火灾发展到t时刻的热烟气平均温度；
T_g0——火灾前室内环境的温度；
T_m——在设计耐火极限时间内构件的最高温度；
T_s——钢材或钢构件的温度；
△t——时间步长；
△T_s——钢构件在△t内的温升。
2.2.5 其他耐火计算相关参数
F/V——无防火保护构件的截面形状系数；
F_i/V——有防火保护构件的截面形状系数；
k_T——火灾下钢管混凝土柱的承载力系数；
R、R^'——荷载比；
α——综合热传递系数；
α_b——高温下受弯钢构件的稳定验算参数；
α_c——热对流传热系数或高温下轴心受压钢构件的稳定验算参数；
α_r——热辐射传热系数；
β_mx、β_my——弯矩作用平面内的等效弯矩系数；
β_tx、β_ty——弯矩作用平面外的等效弯矩系数；
γ、γ_m——截面塑性发展系数；
γ_0T——结构重要性系数；
γ_G——永久荷载的分项系数；
ε_r——综合辐射率；
η——截面影响系数；
η_cT——高温下混凝土的轴心抗压强度折减系数；
η_sT——高温下钢材的屈服强度折减系数；
λ——构件的长细比；
λ₀——弹塑性失稳的界限长细比；
λ_p——弹性失稳的界限长细比；
σ——斯蒂芬一波尔兹曼常数；
φ——常温下轴心受压钢构件的稳定系数；
φ_b——常温下受弯钢构件的稳定系数；
φ_T——高温下轴心受压钢构件的稳定系数；
φ_bT——高温下受弯钢构件的稳定系数；
ф_f——楼面或屋面活荷载的频遇值系数；
ф_q——楼面或屋面活荷载的准永久值系数；
ф_w——风荷载的频遇值系数；
χ_cT——高温下混凝土的弹性模量折减系数；
χ_sT——高温下钢材的弹性模量折减系数。

条文说明

    符号主要参照现行国家标准《工程结构设计通用符号标准》GB/T 50132和《工程结构设计基本术语标准》GB/T 50083、《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068、《建筑结构荷载规范》GB 50009、《消防基本术语  第1部分  通用术语》GB/T 5907.1-2014等的规定编写，并根据需要增加了一些内容。这些符号都是本规范各章节中所引用的。

3 基本规定

3.1 防火要求
3.2 防火设计

3.1 防火要求

3.1.1 钢结构构件的设计耐火极限应根据建筑的耐火等级，按现行国家标准《建筑设计防火规范》GB 50016的规定确定。柱间支撑的设计耐火极限应与柱相同，楼盖支撑的设计耐火极限应与梁相同，屋盖支撑和系杆的设计耐火极限应与屋顶承重构件相同。
3.1.2 钢结构构件的耐火极限经验算低于设计耐火极限时，应采取防火保护措施。
3.1.3 钢结构节点的防火保护应与被连接构件中防火保护要求最高者相同。
3.1.4 钢结构的防火设计文件应注明建筑的耐火等级、构件的设计耐火极限、构件的防火保护措施、防火材料的性能要求及设计指标。
3.1.5 当施工所用防火保护材料的等效热传导系数与设计文件要求不一致时，应根据防火保护层的等效热阻相等的原则确定保护层的施用厚度，并应经设计单位认可。对于非膨胀型钢结构防火涂料、防火板，可按本规范附录A确定防火保护层的施用厚度；对于膨胀型防火涂料，可根据涂层的等效热阻直接确定其施用厚度。

条文说明

3.1.1 本条规定了钢结构构件的设计耐火极限确定依据。表1列出了现行国家标准《建筑设计防火规范》GB 50016—2014对各类结构构件的最低耐火极限要求，并结合钢结构特点，补充增加了柱间支撑、楼盖支撑、屋盖支撑等的规定。

    钢结构构件的设计耐火极限能否达到要求，是关系到建筑结构安全的重要指标。同时，本条所引用的现行国家标准《建筑设计防火规范》GB 50016—2014对各类结构构件设计耐火极限的规定均为强制性条文。因此，本规范将本条作为强制性条文，必须严格执行。

注：1 建筑物中的墙等其他建筑构件的设计耐火极限应符合现行国家标准《建筑设计防火规范》GB 50016的规定；

       2 一、二级耐火等级的单层厂房（仓库）的柱，其设计耐火极限可按表1规定降低0.50h；

       3 一级耐火等级的单层、多层厂房（仓库）设置自动喷水灭火系统时，其屋顶承重构件的设计耐火极限可按表1规定降低0.50h；

       4 吊车梁的设计耐火极限不应低于表1中梁的设计耐火极限。
    根据受力性质不同，屋盖结构中的檩条可分为两类（图1）：

    （1） 第一类檩条，檩条仅对屋面板起支承作用。此类檩条破坏，仅影响局部屋面板，对屋盖结构整体受力性能影响很小，即使在火灾中出现破坏，也不会造成结构整体失效。因此，不应视为屋盖主要结构体系的一个组成部分。对于这类檩条，其耐火极限可不作要求。

    （2） 第二类檩条，檩条除支承屋面板外，还兼作纵向系杆，对主结构（如屋架）起到侧向支撑作用；或者作为横向水平支撑开间的腹杆。此类檩条破坏可能导致主体结构失去整体稳定性，造成整体倾覆。因此，此类檩条应视为屋盖主要结构体系的一个组成部分，其设计耐火极限应按表1对“屋盖支撑、系杆”的要求取值。

3.1.2 本条规定了钢结构构件的耐火极限不满足设计要求时的处理方法。通常，无防火保护钢构件的耐火时间为0.25h～0.50h，达不到绝大部分建筑构件的设计耐火极限，需要进行防火保护。防火保护应根据工程实际选用合理的防火保护方法、材料和构造措施，做到安全适用、技术先进、经济合理。防火保护层的厚度应通过构件耐火验算确定，保证构件的耐火极限达到规定的设计耐火极限。
    保证钢结构在火灾下的安全，对于防止和减少建筑钢结构的火灾危害、保护人身和财产安全极为重要。钢结构在火灾下的破坏，本质上是由于随着火灾下钢结构温度的升高，钢材强度下降，其承载力随之下降，致使钢结构不能承受外部荷载作用而失效破坏。因此，对于耐火极限不满足要求的钢构件，必须进行科学的防火设计，采取安全可靠、经济合理的防火保护措施，以延缓钢构件升温，提高其耐火极限。本条规定对于保障钢结构的耐火安全极为重要，故作为强制性条文，必须严格执行。

3.1.3 本条规定了钢结构节点的防火保护措施。钢结构节点是钢结构的一个基本组成部分，必须保证钢结构节点在高温作用下的安全。但是火灾下钢结构节点受力复杂，耐火验算工作量大。钢结构节点处构件、节点板、加劲肋等聚集，其截面形状系数小于邻近构件，节点升温较慢。为了简化设计，基于“强节点、弱构件”的设计原则，规定节点的防火保护要求及其耐火性能均不应低于被连接构件中要求最高者。例如，采用防火涂料保护时，节点处防火涂层的厚度不应小于所连接构件防火涂层的最大厚度。

    本条规定对于保障钢结构耐火安全至关重要，故作为强制性条文，必须严格执行。

3.1.4 本条规定了在钢结构防火设计技术文件中应注明的基本事项，这些事项与钢结构防火工程的质量密切相关。防火保护措施及防火材料的性能要求、设计指标包括：防火保护层的等效热阻、防火保护材料的等效热传导系数、防火保护层的厚度、防火保护的构造等。

3.1.5 等效热阻是衡量防火保护层防火保护性能的技术指标。非膨胀型钢结构防火涂料、防火板等材料的等效热传导系数与防火保护层厚度无关，因此根据防火保护层的等效热阻相等原则可按附录A确定实际施工厚度。膨胀型钢结构防火涂料的等效热传导系数与防火保护层厚度有关，最好直接根据等效热阻确定防火保护层的厚度（涂层厚度）。

3.2 防火设计

3.2.1 钢结构应按结构耐火承载力极限状态进行耐火验算与防火设计。
3.2.2 钢结构耐火承载力极限状态的最不利荷载（作用）效应组合设计值，应考虑火灾时结构上可能同时出现的荷载（作用），且应按下列组合值中的最不利值确定：

S_m=γ_0T（γ_GS_Gk+S_Tk+ф_fS_Qk）  （3.2.2-1）
S_m=γ_0T（γ_GS_Gk+S_Tk+ф_qS_Qk+ф_wS_Wk）  （3.2.2-2）

式中：S_m——荷载（作用）效应组合的设计值；
      S_Gk——按永久荷载标准值计算的荷载效应值；
      S_Tk——按火灾下结构的温度标准值计算的作用效应值；
      S_Qk——按楼面或屋面活荷载标准值计算的荷载效应值；
      S_Wk——按风荷载标准值计算的荷载效应值；
      γ_0T——结构重要性系数；对于耐火等级为一级的建筑，γ_0T＝1.1；对于其他建筑，γ_0T＝1.0；
      γ_G——永久荷载的分项系数，一般可取γ_G＝1.0；当永久荷载有利时，取γ_G＝0.9；
      ф_w——风荷载的频遇值系数，取ф_w＝0.4；
      ф_f——楼面或屋面活荷载的频遇值系数，应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009的规定取值；
      ф_q——楼面或屋面活荷载的准永久值系数，应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009的规定取值。
3.2.3 钢结构的防火设计应根据结构的重要性、结构类型和荷载特征等选用基于整体结构耐火验算或基于构件耐火验算的防火设计方法，并应符合下列规定：
    1 跨度不小于60m的大跨度钢结构，宜采用基于整体结构耐火验算的防火设计方法；
    2 预应力钢结构和跨度不小于120m的大跨度建筑中的钢结构，应采用基于整体结构耐火验算的防火设计方法。
3.2.4 基于整体结构耐火验算的钢结构防火设计方法应符合下列规定：
    1 各防火分区应分别作为一个火灾工况并选用最不利火灾场景进行验算；
    2 应考虑结构的热膨胀效应、结构材料性能受高温作用的影响，必要时，还应考虑结构几何非线性的影响。
3.2.5 基于构件耐火验算的钢结构防火设计方法应符合下列规定：
    1 计算火灾下构件的组合效应时，对于受弯构件、拉弯构件和压弯构件等以弯曲变形为主的构件，可不考虑热膨胀效应，且火灾下构件的边界约束和在外荷载作用下产生的内力可采用常温下的边界约束和内力，计算构件在火灾下的组合效应；对于轴心受拉、轴心受压等以轴向变形为主的构件，应考虑热膨胀效应对内力的影响。
    2 计算火灾下构件的承载力时，构件温度应取其截面的最高平均温度，并应采用结构材料在相应温度下的强度与弹性模量。
3.2.6 钢结构构件的耐火验算和防火设计，可采用耐火极限法、承载力法或临界温度法，且应符合下列规定：
    1 耐火极限法。在设计荷载作用下，火灾下钢结构构件的实际耐火极限不应小于其设计耐火极限，并应按下式进行验算。其中，构件的实际耐火极限可按现行国家标准《建筑构件耐火试验方法  第1部分：通用要求》GB/T 9978.1、《建筑构件耐火试验方法  第5部分：承重水平分隔构件的特殊要求》GB/T 9978.5、《建筑构件耐火试验方法  第6部分：梁的特殊要求》GB/T 9978.6、《建筑构件耐火试验方法  第7部分：柱的特殊要求》GB/T 9978.7通过试验测定，或按本规范有关规定计算确定。

t_m≥t_d （3.2.6-1）

    2 承载力法。在设计耐火极限时间内，火灾下钢结构构件的承载力设计值不应小于其最不利的荷载（作用）组合效应设计值，并应按下式进行验算。

R_d≥S_m （3.2.6-2）

    3 临界温度法。在设计耐火极限时间内，火灾下钢结构构件的最高温度不应高于其临界温度，并应按下式进行验算。

T_d≥T_m （3.2.6-3）

式中：t_m——火灾下钢结构构件的实际耐火极限；
      t_d——钢结构构件的设计耐火极限，应按本规范第3.1.1条规定确定；
      S_m——荷载（作用）效应组合的设计值，应按本规范第3.2.2条的规定确定；
      R_d——结构构件抗力的设计值，应根据本规范第7章、第8章的规定确定；
      T_m——在设计耐火极限时间内构件的最高温度，应根据本规范第6章的规定确定；
      T_d——构件的临界温度，应根据本规范第7章、第8章的规定确定。

条文说明

    在20世纪80年代以前，国际上主要采用基于建筑构件标准耐火试验的方法来进行钢结构防火设计，并确定其防火保护措施。为此，各国及有关组织制定了相应的试验标准，包括国际标准组织ISO/CD 834、美国ASTM E 119和NFPA 251、英国BS 476、德国DIN 4102、日本JIS A 1304、澳大利亚AS 1530.4、我国国家标准《建筑构件耐火试验方法》GB/T 9978—1988等。采用该方法，往往需要进行一系列的试验方可确定合适的防火保护措施。进行这样一系列的耐火试验，费用高。为了改善这一情况，尽可能地减少试验次数，在总结大量构件标准耐火试验结果的基础上，许多国家的规范给出了通用的构件耐火极限表（如外包一定厚度混凝土的钢构件的耐火极限）。但这些构件的耐火极限表比较粗略，没有反映钢构件的截面大小与形状以及受荷水平等因素的影响。为此，国际社会在1970年前后开始研究建立基于结构分析与耐火验算的钢结构防火设计理论与方法，并于80年代开始编制基于结构分析与耐火验算的钢结构防火设计规范。
    本规范采用基于结构分析与耐火验算的钢结构防火设计方法，在总体上与欧洲钢结构协会ECCS钢结构防火设计标准，英国规范BS 5950 Part 8、欧洲规范ENV 1993 -1-2、美国规范AN-SI/AISC 360-10等规范所采用的方法相同。上述标准的具体名称如下：
    1） International Standards Organization（ISO）.ISO 834-1:1999，Fire-resistance tests-Elements of building construction—Part 1: General requirements.
    2） International Standards Organization（ISO）.ISO 834-5:2000.Fire-resistance tests-Elements of building construction—Part 5: Specific requirements for loadbearing horizontal separating elements.
    3） International Standards Organization（ISO）.ISO 834-6:2000.Fire-resistance tests-Elements of building construction—Part 6: Specific requirements for beams.
    4） International Standards Organization（ISO）.ISO 834-7:2000.Fire-resistance tests-Elements of building construction—Part 7: Specific requirements for columns.
    5） International Standards Organization（ISO）.ISO/CD 834-10.Fire resistance tests-Elements of building construction—Part 10: Specific requirements to determine the contribution of applied fire protection materials to structural elements.
    6） International Standards Organization（ISO）.ISO/CD 834-11.Fire resistance tests-Elements of building construction—Part 11: Specific requirements for the assessment of fire protection to structural steel elements.
    7） American Society of Testing and Materials（ASTM）.ASTM E119-12，Standard Test Methods for Fire Tests of Building Construction and Materials.
    8） National Fire Protection Association （NFPA），NFPA 251， Standard Methods of Tests of Fire Resistance of Building Construction and Materials，2005 edition.
    9） British Standards Institution（BSI），BS 476-20:1987，Fire Tests on Building Materials and Structures，Part 20: Method for Determination of the Fire Resistance of Elements of Construction （General Principles）.
    10） British Standards Institution（BSI），BS 476-21:1987，Fire Tests on Building Materials and Structures，Part 21: Methods for Determination of the Fire Resistance of Loadbearing Elements of Construction.
    11） British Standards Institution（BSI），BS 476-22:1987，Fire Tests on Building Materials and Structures，Part 22:Methods for Determination of the Fire Resistance of Non-Loadbearing Elements of Construction.
    12） British Standards Institution（BSI），BS 476-23:1987，Fire Tests on Building Materials and Structures，Part 23: Methods for Determination of the Contribution of Components to the Fire Resistance of a Structure.
    13） Deutsches Institut für Normung，DIN 4102-1， Fire Behavior of Building Materials and Building Components，Part 1:Building Materials， Concepts， Requirements and Tests，1998.
    14） Deutsches Institut für Normung，DIN 4102-2，Fire Behavior of Building Materials and Building Components，Part 2:Building Components，Definitions，Requirements and Tests，1977.
    15） Deutsches Institut fur Normung，DIN 4102-4，Fire behavior of Building Materials and Building Components，Part 4:Synopsis and Application of Classified Building Materials， Components and Special Components，1994.
    16） Japanese Industrial Standards，JIS A 1304:1994，建築構造部分の耐火試驗方法 （Method of Fire Resistance Test for Structural Parts of Buildings），1994.
    17） Standards Association of Australian，AS 1530.4-1997，Methods for Fire Tests on Building Materials， Components and Structures， Part 4: Fire-Resistance Tests of Elements of Building Construction，1997.
    18） European Convention for Constructional Steelwork（ECCS），Technical Committee 3-Fire Safety of Steel Structures，European Recommendation for the Fire Safety of Steel Structures-Calculation of the Fire Resistance of Loadbearing Element and Structural Assemblies Exposed to the Standard Fire，Amsterdam， Elsevier，1983.
    19） British Standards Institution（BSI），BS 5950，The Structural Use of Steelwork in Buildings，Part 8:Code of Practice for Fire Resistant Design，2003.
    20） European Committee for Standardization，ENV 1993-1-2，Eurocode 3，Design of Steel Structures，Part 1.2:Structural Fire Design，2005.
    21） American Institute of Steel Construction.ANSI/AISC 360-10，Specification for Structural Steel Buildings，2010.
3.2.1 本条指出了本规范钢结构耐火验算与防火设计的验算准则，是基于承载力极限状态。钢结构在火灾下的破坏，本质上是由于随着火灾下钢结构温度的升高，钢材强度下降，其承载力随之下降，致使钢结构不能承受外部荷载、作用而失效破坏。因此，为保证钢结构在设计耐火极限时间内的承载安全，必须进行承载力极限状态验算。
    当满足下列条件之一时，应视为钢结构整体达到耐火承载力极限状态：（1）钢结构产生足够的塑性铰形成可变机构；（2）钢结构整体丧失稳定。
    当满足下列条件之一时，应视为钢结构构件达到耐火承载力极限状态：（1）轴心受力构件截面屈服；（2）受弯构件产生足够的塑性铰而成为可变机构；（3）构件整体丧失稳定；（4）构件达到不适于继续承载的变形。
    随着温度的升高，钢材的弹性模量急剧下降，在火灾下构件的变形显著大于常温受力状态，按正常使用极限状态来设计钢构件的防火保护是过于严苛的。因此，火灾下允许钢结构发生较大的变形，不要求进行正常使用极限状态验算。由于计算方法对结构的承载力影响大，直接涉及建筑的结构安全，故将本条作为强制性条文，必须严格执行。
3.2.2 本条规定了钢结构在火灾下的荷载（作用）效应组合，该组合是根据现行国家标准《建筑可靠度统一设计标准》GB 50068—2001、《建筑结构荷载规范》GB 50009—2012中关于偶然设计状况的荷载（作用）效应组合原则制定的，恒载、楼面或屋面活荷载和风荷载等取火灾发生时的最可能出现的值。地震过后，建筑经常发生火灾这类次生灾害，但在火灾过程中再发生较大地震的事件为极小概率事件，因此在火灾下荷载（作用）效应组合中不考虑地震作用；而在火灾后，评定结构状态及修复结构时，则仍应考虑结构正常使用中的各种荷载及作用组合。
    必须指出，条文中给出的荷载（作用）效应组合值的表达式是采用各种荷载（作用）叠加的形式，这在理论上仅适用于各种荷载（作用）的效应与荷载为线性关系的情况。实际上，对于端部约束足够强的受火钢构件，构件升温热膨胀受约束将产生很大的温度内力，在较低温度时即进入弹塑性受力状态。由于钢材具有良好的塑性变形能力，将抵消热膨胀变形，因此在结构未形成机构之前，钢构件可在进入屈服后继续承载。
3.2.3 根据验算对象和层次的不同，钢结构防火设计可分为基于整体结构耐火验算的防火设计方法和基于构件耐火验算的防火设计方法。
    大跨度钢结构局部构件失效，有可能造成结构连续性破坏甚至倒塌；预应力钢结构对温度敏感，热膨胀很可能导致预应力的丧失，改变结构受力方式，设计时应予以特别重视，故要求采用基于整体结构验算的防火设计方法。当建筑中局部为大跨度结构、预应力结构时，对于该部分结构及相邻受影响的结构部分的耐火性能验算也要按照本条规定进行。
3.2.4 基于整体结构耐火验算的防火设计方法适用于各类形式的结构。当有充分的依据时（例如，周边结构对局部子结构的受力影响不大时），可采用子结构耐火分析与验算替代整体结构耐火分析与验算。
    基于整体结构耐火验算的设计方法应考虑结构的热膨胀效应、结构材料性能受高温作用的影响，先施加永久荷载、楼面活荷载等，再逐步施加与时间相关的温度作用进行结构弹塑性分析，验算结构的耐火承载力。
3.2.5 基于构件耐火验算的防火设计方法的关键，是计算钢构件在火灾下的内力（荷载效应组合）。考虑钢构件热膨胀型温度内力时，结构中相当多的钢构件将进入弹塑性受力状态，或是受压失稳。
    对于受弯构件、拉弯构件和压弯构件等以弯曲变形为主的构件（如钢框架结构中的梁、柱），当构件两端的连接承载力不低于构件截面的承载力时，可通过构件的塑性变形、大挠度变形来抵消其热膨胀变形，因此可不考虑温度内力的影响，假定火灾下构件的边界约束和在外荷载作用下产生的内力可采用常温下的边界约束和内力，即荷载（作用）效用组合公式（3.2.2-1）、式（3.2.2-2）时忽略温度作用效应。该简化处理方法，也为英国标准BS 5950 Part 8采用。
    对于轴心受压构件，热膨胀将增大其内力并易造成构件失稳；对于轴心受拉构件，热膨胀将减小轴心受拉构件的拉力。因此，对于以轴向变形为主的构件，应考虑热膨胀效应对内力的影响。
    计算火灾下构件的承载力时，构件的温度应取其截面的最高平均温度。但是，对于截面上温度明显不均匀的构件（例如组合梁），计算构件的抗力时宜考虑温度的不均匀性，取最不利部件进行验算。对于变截面构件，则应对各不利截面进行耐火验算。
3.2.6 本条给出了构件耐火验算时的三种方法。耐火极限法是通过比较构件的实际耐火极限和设计耐火极限，来判定构件的耐火性能是否符合要求，并确定其防火保护。结构受火作用是一个恒载升温的过程，即先施加荷载，再施加温度作用。模拟恒载升温，对于试验来说操作方便，但是对于理论计算来说则需要进行多次计算比较。为了简化计算，可采用直接验算构件在设计耐火极限时间内是否满足耐火承载力极限状态要求。火灾下随着构件温度的升高，材料强度下降，构件承载力也将下降；当构件承载力降至最不利组合效应时，构件达到耐火承载力极限状态。构件从受火到达到耐火承载力极限状态的时间即为构件的耐火极限；构件达到其耐火承载力极限状态时的温度即为构件的临界温度。因此，式（3.2.6-1）、式（3.2.6-2）、式（3.2.6-3）的耐火验算结果是完全相同的，耐火验算时只需采用其中之一即可。

4 防火保护措施与构造

4.1 防火保护措施
4.2 防火保护构造

4.1 防火保护措施

4.1.1 钢结构的防火保护措施应根据钢结构的结构类型、设计耐火极限和使用环境等因素，按照下列原则确定：
    1 防火保护施工时，不产生对人体有害的粉尘或气体；
    2 钢构件受火后发生允许变形时，防火保护不发生结构性破坏与失效；
    3 施工方便且不影响前续已完工的施工及后续施工；
    4 具有良好的耐久、耐候性能。
4.1.2 钢结构的防火保护可采用下列措施之一或其中几种的复（组）合：
    1 喷涂（抹涂）防火涂料；
    2 包覆防火板；
    3 包覆柔性毡状隔热材料；
    4 外包混凝土、金属网抹砂浆或砌筑砌体。
4.1.3 钢结构采用喷涂防火涂料保护时，应符合下列规定：
    1 室内隐蔽构件，宜选用非膨胀型防火涂料；
    2 设计耐火极限大于1.50h的构件，不宜选用膨胀型防火涂料；
    3 室外、半室外钢结构采用膨胀型防火涂料时，应选用符合环境对其性能要求的产品；
    4 非膨胀型防火涂料涂层的厚度不应小于10mm；
    5 防火涂料与防腐涂料应相容、匹配。
4.1.4 钢结构采用包覆防火板保护时，应符合下列规定：
    1 防火板应为不燃材料，且受火时不应出现炸裂和穿透裂缝等现象；
    2 防火板的包覆应根据构件形状和所处部位进行构造设计，并应采取确保安装牢固稳定的措施；
    3 固定防火板的龙骨及黏结剂应为不燃材料。龙骨应便于与构件及防火板连接，黏结剂在高温下应能保持一定的强度，并应能保证防火板的包敷完整。
4.1.5 钢结构采用包覆柔性毡状隔热材料保护时，应符合下列规定：
    1 不应用于易受潮或受水的钢结构；
    2 在自重作用下，毡状材料不应发生压缩不均的现象。
4.1.6 钢结构采用外包混凝土、金属网抹砂浆或砌筑砌体保护时，应符合下列规定：
    1 当采用外包混凝土时，混凝土的强度等级不宜低于C20；
    2 当采用外包金属网抹砂浆时，砂浆的强度等级不宜低于M5；金属丝网的网格不宜大于20mm，丝径不宜小于0.6mm；砂浆最小厚度不宜小于25mm；
    3 当采用砌筑砌体时，砌块的强度等级不宜低于MU10。

条文说明

4.1.1 本条规定了钢结构防火保护措施的要求和选用原则。设计应立足于防火保护有效的前提下，针对现场具体条件，考虑构件的承载形式、空间位置及环境因素等，选择施工简便、易于保证施工质量的防火保护措施。
    钢结构防火保护措施应和其他施工、作业相匹配。选用防火保护措施时，一方面应考虑不影响前续已完工的施工及后续施工，另一方面还应保证后续施工不影响防火保护的性能。例如，膨胀型防火涂料应与防腐底漆、防腐面漆相容（防腐涂料、防火涂料由里及外的顺序依次为：防腐底漆，防腐中间漆，膨胀型防火涂料，防腐面漆）。为了保证膨胀型防火涂料膨胀不受影响，防腐面漆不应过硬，构件外部应留有足够的膨胀空间，也不应包裹防火毡等。
4.1.2 本条规定了可用于钢结构防火保护的常用措施。外包防火材料是绝大部分钢结构工程采用的防火保护方法。根据防火材料的不同，又可分为：喷涂（抹涂、刷涂）防火涂料，包覆防火板，包覆柔性毡状隔热材料，外包混凝土、砂浆或砌筑砖砌体，复合防火保护等，表2给出了这些方法的特点及适应范围。

    （1） 喷涂（抹涂、刷涂）防火涂料：
    在钢构件表面涂覆防火涂料，形成隔热防火保护层，这种方法施工简便、重量轻，且不受钢构件几何形状限制，具有较好的经济性和适应性。长期以来，喷涂防火涂料一直是应用最多的钢结构防火保护手段。早在20世纪50年代欧美、日本等国家就广泛采用防火涂料保护钢结构。20世纪80年代初期，国内开始在一些重要钢结构建筑中采用防火涂料保护，但防火涂料均为进口。1985年后国内研制了多种钢结构防火涂料，并已应用于很多重要工程中。为促进钢结构防火涂料生产、应用的标准化和规范化，国家先后颁布实施了《钢结构防火涂料应用技术规范》CECS24:90和《钢结构防火涂料》GB 14907—2002（代替原国家标准《钢结构防火涂料通用技术条件》GB 14907—1994），对促进钢结构防火涂料的开发、应用和质量检测监督产生了显著作用。
    钢结构防火涂料的品种较多，根据高温下涂层变化情况分非膨胀型和膨胀型两大类（表3）；另外，按涂层厚薄、成分、施工方法及性能特征不同可进一步分成不同类别。现行国家标准《钢结构防火涂料》GB 14907—2002根据涂层使用厚度将防火涂料分为超薄型（小于或等于3mm）、薄型（大于3mm，且小于或等于7mm）和厚型（大于7mm）防火涂料三种。

     非膨胀型防火涂料，国内称厚型防火涂料，其主要成分为无机绝热材料，遇火不膨胀，其防火机理是利用涂层固有的良好的绝热性以及高温下部分成分的蒸发和分解等烧蚀反应而产生的吸热作用，来阻隔和消耗火灾热量向基材的传递，延缓钢构件升温。非膨胀型防火涂料一般不燃、无毒、耐老化、耐久性较可靠，适用于永久性建筑中的钢结构防火保护。非膨胀型防火涂料涂层厚度一般为7mm～50mm，对应的构件耐火极限可达到0.5h～3.0h。
    非膨胀型防火涂料可分为两类：一类是以矿物纤维为主要绝热骨料，掺加水泥和少量添加剂、预先在工厂混合而成的防火材料，需采用专用喷涂机械按干法喷涂工艺施工；另一类是以膨胀蛭石、膨胀珍珠岩等颗粒材料为主要绝热骨料的防火涂料，可采用喷涂、抹涂等湿法施工。矿物纤维类防火涂料的隔热性能良好，但表面疏松，只适合于完全封闭的隐蔽工程，另外干式喷涂时容易产生细微纤维粉尘，对施工人员和环境的保护不利。目前在国内大量推广应用非膨胀型防火涂料主要为湿法施工：一是以珍珠岩为骨料，水玻璃（或硅溶胶）为黏结剂，属双组分包装涂料，采用喷涂施工；另一类是以膨胀蛭石、珍珠岩为骨料，水泥为黏结剂的单组分包装涂料，到现场只需加水拌匀即可使用，能喷也能抹，手工涂抹施工时涂层表面能达到光滑平整。水泥系防火涂料中，密度较高的品种具有优良的耐水性和抗冻融性。
    膨胀型防火涂料，国内称超薄型、薄型防火涂料，其基料为有机树脂，配方中还含有发泡剂、阻燃剂、成碳剂等成分，遇火后自身会发泡膨胀，形成比原涂层厚度大数倍到数十倍的多孔碳质层。多孔碳质层可阻挡外部热源对基材的传热，如同绝热屏障。膨胀型防火涂料在一定程度上可起到防腐中间漆的作用，可在外面直接做防腐面漆，能达到很好的外观效果（在外观要求不是特别高的情况下，某些产品可兼作面漆使用）。采用膨胀型防火涂料时，应特别注意防腐涂料、防火涂料的相容性问题。膨胀型防火涂料在设计耐火极限不高于1.5h时，具有较好的经济性。目前国际上也有少数膨胀型防火涂料产品，能满足设计耐火极限3.0h的钢构件的防火保护需要，但是其价格较高。膨胀型防火涂料在近20年取得了很大的发展，在钢结构防火保护工程中的市场份额越来越大。图2为不同钢结构防火保护材料在英国的市场份额。
    非膨胀型防火涂料为无机材料，耐久性、耐老化性能良好。膨胀型防火涂料中有机高分子成分高，耐老化问题可能较为突出，但由于膨胀型防火涂料在工程中的大量应用主要始于20世纪90年代中后期，目前这一问题还未引起足够重视。
    （2） 包覆防火板：
    采用防火板将钢构件包覆封闭起来，可起到很好的防火保护效果，且防火板外观良好、可兼做装饰，施工为干作业，综合造价有一定的优势，尤其适用于钢柱的防火保护。
    防火板根据其密度可分为低密度、中密度和高密度防火板，根据其使用厚度可分为防火薄板、防火厚板两大类（表4）。表5列出了常用防火板的主要技术性能参数。

    防火薄板有纸面石膏板、纤维增强水泥板、玻镁平板等，其密度为800kg/m³～1800kg/m³，使用厚度大多为6mm～15mm。这类板材的使用温度不大于600℃，不适用于单独作为钢结构的防火保护，常用作轻钢龙骨隔墙的面板、吊顶板以及钢梁、钢柱经非膨胀型防火涂料涂覆后的装饰面板。
    防火厚板的特点是密度小、热传导系数小、耐高温（使用温度可达1000℃以上），其使用厚度可按设计耐火极限确定，通常在10mm～50mm之间，由于本身具有优良耐火隔热性，可直接用于钢结构防火，提高结构耐火时间。目前，比较成熟的防火厚板主要有硅酸钙防火板、膨胀蛭石防火板两种，这两种防火板的成分也基本上和非膨胀型防火涂料相近。防火厚板在美、英、日等国钢结构防火工程中已有大量应用。由于国内自主生产的防火厚板产品较少且造价较高，防火厚板目前在国内应用较少。
    （3） 包覆柔性毡状隔热材料（简称柔性防火毡）：
    柔性毡状隔热材料主要有硅酸铝纤维毡、岩棉毡、玻璃棉毡等各种矿物棉毡。使用时，可采用钢丝网将防火毡直接固定于钢材表面。这种方法隔热性好、施工简便、造价低，适用于室内不易受机械伤害和免受水湿的部位。硅酸铝纤维毡的热传导系数很小[20℃时为0.034W/（m·℃），400℃时为0.096W/（m·℃），600℃时为0.132 w/（m·℃）]，密度小（80 kg/m³～130kg/m³），化学稳定性及热稳定性好，又具有较好的柔韧性，在工程中应用较多。
    （4） 外包混凝土、砂浆或砌筑砌体：
    美国的纽约宾馆、英国的伦敦保险公司办公楼、上海浦东世界金融大厦的钢柱等均采用这种方法，国内石化工业钢结构厂房以前也曾采用砌砖方法加以保护。这种方法优点是强度高、耐冲击、耐久性好，缺点是要占用的空间较大。例如，用C20混凝土保护钢柱，其厚度为5cm～10cm才能达到1.5h～3.0h的耐火极限。另外，施工也较麻烦，特别在钢梁、斜撑上，施工十分困难。
    （5）复合防火保护：
    常见的复合防火保护做法有：在钢构件表面涂敷非膨胀防火涂料或采用柔性防火毡包覆，再用纤维增强无机板材、石膏板等作饰面板。这种方法具有良好的隔热性、完整性和装饰性，适用于耐火性能要求高，并有较高装饰要求的钢柱、钢梁。
    （6）其他防火保护措施：
    其他防火保护措施主要有：安装自动喷水灭火系统（水冷却法）、单面屏蔽法和在钢柱中充水等。
    设置自动喷水灭火系统，既可灭火，又可降低火场温度、冷却钢构件，提高钢结构的耐火能力。采用这种方式保护钢结构时，喷头应采用直立型喷头，喷头间距宜为2.2m左右；保护钢屋架时，喷头宜沿着钢屋架、在其上方布置，确保钢屋架各杆件均能受到水的冷却保护。
    单面屏蔽法的作用主要是避免杆件附近火焰的直接辐射的影响。其做法是在钢构件的迎火面设置阻火屏障，将构件与火焰隔开。如：钢梁下面吊装防火平顶，钢外柱内侧设置有一定宽度的防火板等。这种在特殊部位设置防火屏障措施有时不失为一种较经济的钢构件防火保护方法。
4.1.3 本条对钢结构防火涂料的选用作了规定。
    1 非膨胀型防火涂料以膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、矿物纤维等无机绝热材料为主，配以无机黏结剂制成，隔热性能、黏结性能良好且物理化学性能稳定、使用寿命长，具有较好的耐久性，应优先选用。但非膨胀型防火涂料的涂层强度较低、表面外观较差，更适宜用于隐蔽构件。
    2 膨胀型防火涂料以有机高分子材料为主。随着时间的延长，这些有机材料可能发生分解、降解、溶出等不可逆反应，使涂料“老化”失效，出现粉化、脱落或膨胀性能下降。膨胀型防火涂料的大量应用主要在1990年后，目前尚无直接评价其老化速度及寿命标准的量化指标，只能从涂料的综合性能来判断其使用寿命的长短。不过有两点可以确定：一是非膨胀型防火涂料寿命比膨胀型防火涂料寿命长；二是涂料所处的环境条件越好，其使用寿命越长。所以本规范对膨胀型防火涂料的使用范围给予一定的限制。
    3 室外、半室外钢结构的环境条件比室内钢结构更为严酷、不利，对膨胀型防火涂料的耐水性、耐冷热性、耐光照性、耐老化性要求更高。国内某大型体育场雨棚钢结构采用某膨胀型防火涂料，在10年后出现涂层老化、性能下降及脱落等现象。
    4 非膨胀型防火涂料中膨胀蛭石、膨胀珍珠岩的粒径一般为1mm～4mm，如涂层厚度太小，施工难度大，难以保证施工质量，为此本规范规定了非膨胀型防火涂层的最小厚度为10mm。
    5 应特别注意防火涂料与防腐涂料的相容性问题，尤其是膨胀型防火涂料，因为它与防腐油漆同为有机材料，可能发生化学反应。在不能出具第三方证明材料证明“防火涂料、防腐涂料相容”的情况下，应委托第三方进行试验验证。膨胀型防火涂料、防腐油漆的施工顺序为：防腐底漆、防腐中间漆、防火涂料、防腐面漆，在施工时应控制防腐底漆、中间漆的厚度，避免由于防腐底漆、中间漆的高温变性导致防火涂层的脱落，避免因面漆过厚、过硬而影响膨胀型防火涂料的发泡膨胀。

4.2 防火保护构造

4.2.1 钢结构采用喷涂非膨胀型防火涂料保护时，其防火保护构造宜按图4.2.1选用。有下列情况之一时，宜在涂层内设置与钢构件相连接的镀锌铁丝网或玻璃纤维布：
    1 构件承受冲击、振动荷载；
    2 防火涂料的黏结强度不大于0.05MPa；
    3 构件的腹板高度大于500mm且涂层厚度不小于30mm；
    4 构件的腹板高度大于500mm且涂层长期暴露在室外。

4.2.2 钢结构采用包覆防火板保护时，钢柱的防火板保护构造宜按图4.2.2-1选用，钢梁的防火板保护构造宜按图4.2.2-2选用。

4.2.3 钢结构采用包覆柔性毡状隔热材料保护时，其防火保护构造宜按图4.2.3选用。

4.2.4 钢结构采用外包混凝土或砌筑砌体保护时，其防火保护构造宜按图4.2.4选用，外包混凝土宜配构造钢筋。

4.2.5 钢结构采用复合防火保护时，钢柱的防火保护构造宜按图4.2.5-1、4.2.5-2选用，钢梁的防火保护构造宜按图4.2.5-3选用。

5 材料特性

5.1 钢材
5.2 混凝土
5.3 防火保护材料

5.1 钢材

5.1.1 高温下钢材的物理参数应按表5.1.1确定。

5.1.2 高温下结构钢的强度设计值应按下列公式计算。

式中：T_s——钢材的温度（℃）；
      f_T——高温下钢材的强度设计值（N/mm²）；
      f——常温下钢材的强度设计值（ N/mm²），应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017的规定取值；
      η_sT——高温下钢材的屈服强度折减系数。
5.1.3 高温下结构钢的弹性模量应按下列公式计算。

E_sT= χ_sTEs  （5.1.3-1）

式中：E_sT——高温下钢材的弹性模量（N/mm²）；

      E_s——常温下钢材的弹性模量（N/mm²），应按照现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017的规定取值；
      X_sT——高温下钢材的弹性模量折减系数。

5.1.4 高温下耐火钢的强度可按本规范第5.1.2条式（5.1.2-1）确定。其中，屈服强度折减系数η_sT应按下式计算。

5.1.5 高温下耐火钢的弹性模量可按本规范第5.1.3条式（5.1.3-1）确定。其中，弹性模量折减系数X_sT应按下式计算。

条文说明

5.1.1 本条规定了高温下钢材的物理特性参数取值。高温下钢材的热膨胀系数、热传导系数和比热等随温度的不同会有一定的变化[式（1）～式（4）]，本规范取这些参数在高温下的平均值。
    钢材的物理特性主要取决于钢材的化学组分，加工工艺、加工过程对其影响较小。钢结构工程中常用的碳素结构钢（低碳钢、中碳钢、高碳钢）和低合金结构钢等所含的碳元素、合金元素的比例都很小，基本上小于或等于5％；耐火钢的合金元素稍高于低合金结构钢。因此，这些钢材的高温物理特性基本相同。
    （1） 结构钢的热膨胀变形率△l/l：

式中：T_s——钢材的温度（℃）。

    （2） 结构钢的热膨胀系数a_s [m/（m·℃）]：

    （3） 结构钢的热传导系数λ_s[W/（m·℃）]：

    （4） 结构钢的比热c_s[J/（kg·℃）]：

    （5）结构钢的泊松比v_s：

v_s=0.3 （5）

5.1.2、5.1.3 这两条规定了高温下结构钢的强度设计值和弹性模量。
    在本规范中，如无特别说明，结构钢是指钢结构工程中大量应用的具有屈服平台的低碳结构钢和低合金结构钢，包括Q235钢、Q345钢、Q390钢和Q420钢等。与高温下钢材的物理特性不同，钢材的生产工艺、加工过程等对高温下钢材的力学性能有较大的影响，并且高温对高强度钢、高强度螺栓、高强度钢绞线、钢索的强度影响要显著地大于结构钢，式（3）不适用这些钢材。
    结构钢在高温下的力学性能有如下特点（图3）：

    （1） 钢材的屈服强度和弹性模量随温度升高而降低，且屈服台阶变得越来越小；温度高于300℃后，已无明显的屈服平台。
    （2） 钢材的极限强度基本上随温度的升高而降低，但在180℃～370℃温度区间内，极限强度有所提高，塑性和韧性下降（即出现“蓝脆现象”）。
    （3） 温度高于400 ℃后，钢材的强度与弹性模量开始急剧下降；温度达到650℃时，钢材已基本丧失大部分强度。
    温度高于300℃后，钢材已无屈服段，因此需要指定一个强度作为钢材的名义屈服强度。通常以一定量的塑性残余应变（称为名义应变）所对应的应力作为钢材的名义屈服强度（图4）。常温下一般取0.2％应变作为名义应变，而在高温下名义应变取值尚无一致的标准。

    （1） 欧洲钢结构协会标准《钢结构防火—欧洲钢结构防火设计手册》规定，当温度大于400℃时，以0.5％应变作为名义应变，当温度低于400℃时，则在0.2％ （20℃时）和0.5％应变之间按线性插值确定[European Convention for Constructional Steelwork （ECCS）,Technical Committee 3—Fire Safety of Steel Structures，Design Manual on the European Recommendations for the Fire Safety of Steel Structures，1st Edition，1985.]。钢梁、钢柱耐火试验表明，按上述方法确定的名义应变值过于保守。
    （2） 英国国家标准《建筑钢结构  第8部分：耐火设计实施规范》规定了三个名义应变水平的强度，以适应各类构件的不同要求，即：2％应变，适用于有防火保护的受弯组合构件；1.5％应变，适用于受弯钢构件；0.5％应变，适用于除上述两类以外的构件（British Standards Institution，BS 5950，The Structural Use of Steelwork in Buildings，Part 8:Code of Practice for Fire Resistant Design，1990.）。
    （3） 欧洲标准《钢结构设计  第1.2部分：结构防火设计》则取2％应变作为名义应变来确定钢材的名义屈服强度（European Committee for Standardization，EN 1993-1-2，Eurocode 3，Design of Steel Structures，Part 1.2:Structural Fire Design，2005.）。
    随着研究的广泛与深入，对结构钢的高温性能以及钢结构在火灾下的反应有了更深入的了解，目前对于采用较大的名义应变来确定结构钢高温下的名义屈服强度已达成共识。
    国内对Q235、Q345等结构钢进行了系统的高温材性试验，得到了0.2％、0.5％、1.0％等名义应变水平的高温屈服强度。综合国内试验资料，并参考EN 1993-1-2:2005、BS 5950-8:2003等给出了我国结构钢高温下的强度设计值和弹性模量。表6为按本规范有关公式计算的各温度下钢材的屈服强度折减系数η_sT和弹性模量折减系数X_sT。

5.1.4、5.1.5 耐火钢通过在钢材中加入钼等合金元素，使钢材在高温时从原子中析出碳化钼Mo₂C。由于此类化合物比铁原子大，能起到阻止或减弱“滑移”的作用，从而提高钢材高温下的强度。耐火钢无蓝脆现象，故在低温度区段内耐火钢的强度损失大于结构钢。在实际工程中，绝大多数钢构件的临界温度在450℃～700℃范围内，在该温度段内耐火钢的强度损失小于结构钢。
    目前，各钢铁公司生产的耐火钢的高温材性有较大的差别，本规范给出的公式不一定适用于所有品种。应用式（5.1.4）、式（5.1.5）时，要求600℃时耐火钢的实测屈服强度折减系数不低于式（5.1.4）计算值的10％。

5.2 混凝土

5.2.1 高温下普通混凝土的热工参数应按下列规定确定：

    1 热膨胀系数α_c应为1.8×10^-5m/（m•℃），密度ρ_c应为2300kg/m³；

    2 热传导系数λ_c应按下式计算：

    3 比热容c_c应按下式计算：

式中：T_c——混凝土的温度（℃）；
      λ_c——混凝土的热传导系数[W/（m·℃）]；
      c_c——混凝土的比热容[J/（kg·℃）]。
5.2.2 高温下普通混凝土的轴心抗压强度、弹性模量应分别按下列公式计算确定。

f_cT=η_cTf_c   （5.2.2-1）
E_cT=χ_cTE_c  （5.2.2-2）

式中：f_cT——温度为Tc时混凝土的轴心抗压强度设计值（N/mm²）；
      f_c ——常温下混凝土的轴心抗压强度设计值（N/mm²），应按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010取值；
      E_cT——高温下混凝土的弹性模量（N/mm²）；
      E_c——常温下混凝土的弹性模量（N/mm²），应按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010取值；
      η_cT——高温下混凝土的轴心抗压强度折减系数；对于强度等级低于或等于C60的混凝土，应按表5.2.2取值；其他温度下的值，可采用线性插值方法确定；
      χ_cT——高温下混凝土的弹性模量折减系数；对于强度等级低于或等于C60的混凝土，应按表5.2.2取值；其他温度下的值，可采用线性插值方法确定。

5.2.3 高温下轻骨料混凝土的热工性能应符合下列规定确定：
    1 热膨胀系数α_c应为0.8×10^-5m/（m·℃），密度ρ_c应在1600kg/m³～2300k/m³间取值：
    2 热传导系数λ_c应按下式计算：

    3 比热容c_c应为840J/（kg·℃）。
5.2.4 高温下轻骨料混凝土的轴心抗压强度和弹性模量可按本规范公式（5.2.2）计算。当轻骨料混凝土的强度等级低于或等于C60时，高温下轻骨料混凝土的轴心抗压强度折减系数η_cT、弹性模量折减系数χ_cT可按表5.2.4确定；其他温度下的值，可采用线性插值方法确定。

5.2.5 高温下其他类型混凝土的热工性能与力学性能，应通过试验确定。

条文说明

5.2.1 本条有关高温下普通混凝土的热工性能参数参考了EN 1994-1-2:2005（Eurocode 4 Part 1.2，Design of composite steel and concrete structures: Structural fire design）的规定。其中，公式（5.2.1-2）是根据EN 1994-1-2:2005给出的普通混凝土热传导系数上、下限公式取平均值得到的。对于钢与混凝土组合结构建议采用上限公式。
    上限公式：

    下限公式：

    混凝土的含水率对热工性能的影响很大，特别是对比热和热传导系数。本条给出的热工参数取值适用于干混凝土，即含水率不大于4％的普通混凝土。
5.2.2 本条有关高温下普通混凝土的轴心抗压强度和弹性模量参考了EN 1994-1-2:2005的规定。其中，弹性模量折减系数是对EN 1994-1-2:2005中混凝土的高温应力—应变曲线计算公式求导得到的。表5.2.2适用于强度等级C60及以下的混凝土。
5.2.3 本条有关高温下轻骨料混凝土的热工性能参数参考了EN 1994-1-2:2005的规定，适用于含水率小于或等于5％的轻骨料混凝土。
5.2.4 本条有关高温下轻骨料混凝土的轴心抗压强度和弹性模量参考了EN 1994-1-2:2005的规定。表5.2.4适用于强度等级C60及以下的混凝土。

5.3 防火保护材料

5.3.1 非膨胀型防火涂料的等效热传导系数，可根据标准耐火试验得到的钢试件实测升温曲线和试件的保护层厚度按下式计算：

式中：λ_i——等效热传导系数[W/（m·℃）]；

      d_i——防火保护层的厚度（m）；

      F_i/V——有防火保护钢试件的截面形状系数（m^-1），应按本规范第6.2.2条计算；

      T_s0——开始时钢试件的温度，可取20℃；

      T_s——钢试件的平均温度（℃），取540℃；

      t₀——钢试件的平均温度达到540℃的时间（s）。

5.3.2 膨胀型防火涂料保护层的等效热阻，可根据标准耐火试验得到的钢构件实测升温曲线按下式计算：

式中：R_i——防火保护层的等效热阻（对应于该防火保护层厚度）（m²·℃/W）。
5.3.3 膨胀型防火涂料应给出最大使用厚度、最小使用厚度的等效热阻以及防火涂料使用厚度按最大使用厚度与最小使用厚度之差的1/4递增的等效热阻，其他厚度下的等效热阻可采用线性插值方法确定。
5.3.4 其他防火保护材料的等效热阻或等效热传导系数，应通过试验确定。

条文说明

5.3.1 本条规定的非膨胀型防火涂料的等效热传导系数计算方法，基于非膨胀型防火涂料保护钢构件的标准耐火试验，可综合反映防火涂料在火灾下传热（隔热防火保护）的实际性能以及火灾下防火涂料外表面的热对流、热辐射传热效应，避免了常规试验方法，如国家现行标准《耐火材料  导热系数试验方法（水流量平板法）》YB/T 4130、《耐火材料导热系数试验方法（热线法）》GB/T 5990等的不足。
   非膨胀型防火涂料在火灾下受火温度范围大，其热传导系数随温度有较大的变化，但从工程应用角度，热传导系数采用常数可极大地简化计算。试验与理论计算的对比表明，采用540℃（约1000 ℉）时的等效热传导系数，可相当精确地模拟非膨胀型防火涂料保护钢构件在火灾下的升温，并且不同保护层厚度下测得的非膨胀型防火涂料的等效热传导系数变化很小。
   现行国家标准《钢结构防火涂料》GB 14907—2002采用I36b、140b（截面形状系数见表7）作为钢试件，按照国家标准《建筑构件耐火试验方法》GB/T 9978—1999（目前已被现行国家标准《建筑构件耐火试验方法  第1部分：通用要求》GB/T 9978.1替代）进行耐火性能试验。当涂料型式检验报告中给出钢试件升温曲线时，可按式（5.3.1）计算非膨胀型涂料的等效热传导系数；当没有给出钢试件升温曲线时，可采用防火保护层厚度20mm、长度500mm的I36b（或I40b）工字钢试件进行不加载耐火试验，测试钢试件的升温曲线。

5.3.2、5.3.3 第5.3.2条规定了膨胀型防火涂料保护层的等效热阻计算方法。针对膨胀型防火涂料的特点，第5.3.3条规定膨胀型防火涂料应给出5个使用厚度的等效热阻。
    膨胀型防火涂料受火膨胀，形成比原涂层厚度大数倍到数十倍的多孔膨胀层，该膨胀层的热传导系数小，隔热防火保护性能良好。火灾下膨胀层厚度主要取决于涂料自身的特性、涂层的厚度，受膨胀层自身致密性、强度等的限制，膨胀层厚度不会一直随着涂层厚度的增大而增大，而且涂层太厚容易造成膨胀层过早脱落，因此膨胀型防火涂料存在最大使用厚度。膨胀型防火涂料涂层厚度和膨胀层厚度、热传导系数之间均为非线性关系（图5）。因此，膨胀型防火涂料不宜采用等效热传导系数，而是采用对应于涂层厚度的等效热阻。

6 钢结构的温度计算

6.1 火灾升温曲线
6.2 钢构件升温计算

6.1 火灾升温曲线

6.1.1 常见建筑的室内火灾升温曲线可按下列规定确定：
    1 对于以纤维类物质为主的火灾，可按下式确定：

    2 对于以烃类物质为主的火灾，可按下式确定：

式中：t——火灾持续时间（min）；
      T_g——火灾发展到t时刻的热烟气平均温度（℃）；
      T_g0——火灾前室内环境的温度（℃），可取20℃。
6.1.2 当能准确确定建筑的火灾荷载、可燃物类型及其分布、几何特征等参数时，火灾升温曲线可按其他有可靠依据的火灾模型确定。
6.1.3 当实际火灾升温曲线不同于标准火灾升温曲线时，钢结构在实际火灾作用下的等效曝火时间t_e可按实际火灾升温曲线、时间轴、时刻t直线三者所围成的面积与标准火灾升温曲线、时间轴、时刻te直线三者所围成的面积相等的原则经计算确定。

条文说明

6.1.1 本条规定了钢结构耐火验算与防火设计采用的火灾升温曲线。
    建筑火灾一般是从建筑内部的某一空间起火开始而造成的结果，通常可分为火灾初期增长阶段、全盛阶段、衰退阶段三个阶段。火灾的发展过程及其严重程度，取决于室内可燃物的燃烧性能、数量及分布情况（火荷载密度）以及着火房间的大小、形状、通风状况等因素。图6为一般室内火灾、高大空间火灾这两种典型的建筑火灾着火空间的环境温度升温曲线的比较。

    一般，室内火灾在初期增长阶段、全盛阶段之间有一个标志着火灾发生质变的现象——轰燃现象（图7）。这时室内所有可燃物都将着火燃烧，环境温度急剧升高，危及结构安全。轰燃现象是一般室内火灾过程中一个非常重要的现象，持续时间很短。
    实际火灾升温曲线具有多样性，为了统一和便于比较，许多国家和组织制定了标准火灾升温曲线，用于构件耐火试验以评定构件的耐火极限。为了使钢结构耐火验算与标准耐火试验一致，因此本规范规定采用标准耐火试验的炉内升温曲线作为钢结构耐火验算的火灾升温曲线。

    式（6.1.1-1）所规定的标准火灾升温曲线是现行国家标准《建筑构件耐火试验方法  第1部分：通用要求》GB/T 9978.1所采用的升温曲线，该曲线和国际标准ISO 834-1:1999所采用的标准火灾升温曲线相同，适用于以纤维类火灾为主的建筑，其可燃物主要为一般可燃物，如木材、纸张、棉花、布匹、衣物等，可混有少量塑料或合成材料。
    式（6.1.1-2）所规定的升温曲线称为碳氢（HC）升温曲线，适用于可燃物以烃类材料为主的场所，如石油化工建筑及生产、存放烃类材料、产品的厂房等。
    图8为标准火灾升温曲线与碳氢（HC）升温曲线的比较。

6.1.2 采用标准火灾升温曲线给结构防火设计带来了很大的方便，但是标准火灾升温曲线有时与实际火灾（如高大空间火灾）相差甚大。为了更好地反映实际火灾对结构的破坏程度，在能确定建筑物室内的有关参数以及火荷载的情况下，欧洲规范EC3 EN 1993-1-2、英国规范BS 5950:Part 8等均允许结构防火设计采用实际火灾升温曲线。近年来提出的性能化防火设计方法（Performance-Based Design Method），则更是要求在设计时应采用能反映实际火灾特性的升温曲线。因此，本条规定：当能准确确定建筑的火灾荷载、可燃物类型及其分布、几何特征等参数时，建筑内着火空间的环境温度也可按其他有可靠依据的火灾模型计算。
    必须指出的是，高大空间火灾着火空间的环境温度不一定很高，但是火灾区域及邻近的构件，还应考虑可能被火焰吞没、火焰辐射对其升温的影响。建筑内的高大空间大体可分为以下两类：
    （1） 占地面积相当大且具有一定高度的大体积型建筑。如：会堂、展览馆、剧院、体育馆、候车厅和大型仓库等，其面积通常有几百至几千平方米，高度一般在8m～20m之间；
    （2） 具有一定的占地面积，但空间相当高的细高型建筑。如：高层建筑的中庭，其面积为几十至几百平方米，高度则有十几米至百米。
6.1.3 本规范第2.1.8条给出了等效曝火时间的定义（见图9），本条给出了确定等效曝火时间的方法，该方法基于火灾释放热量相等的原则。该方法考虑了火灾持续时间的影响，但火灾时从热烟气传递到构件的热量与热烟气和构件的温度差有关，因此当实际火灾升温曲线与标准火灾升温曲线差别很大时，该方法存在较大的误差。

    为简化计算，数值积分法计算面积时，时间间隔可取1min，按下式确定等效曝火时间。

式中：T_g,i——由式（6.1.1-1）确定的标准火灾升温曲线中i时刻（min）的热烟气平均温度（℃）；
      T′_g,j——实际火灾升温曲线中j时刻（min）的热烟气平均温度（℃）；
      t′——实际火灾作用时间（min）；
      t_e——等效曝火时间（min）。

7 钢结构耐火验算与防火保护设计

7.1 承载力法
7.2 临界温度法

7.1 承载力法

Ⅰ 基本钢构件

7.1.1 火灾下轴心受拉钢构件或轴心受压钢构件的强度应按下式验算：

式中：N——火灾下钢构件的轴拉（压）力设计值；
      A_n——净截面面积；
      f_T——高温下钢材的强度设计值，按本规范第5.1节规定确定。
7.1.2 火灾下轴心受压钢构件的稳定性应按下列公式验算：

式中：N——火灾下钢构件的轴向压力设计值；
      A——毛截面面积；
      φ_T——高温下轴心受压钢构件的稳定系数；
      φ——常温下轴心受压钢构件的稳定系数，应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017的规定确定；
      α_c——高温下轴心受压钢构件的稳定验算参数，应根据构件长细比和构件温度按表7.1.2确定。

注：1 表中λ为构件的长细比，fy为常温下钢材强度标准值；
       2 温度小于或等于50℃时，α_c可取1.0；温度大于50℃时，表中未规定温度时的α_c应按线性插值方法确定。
7.1.3 火灾下单轴受弯钢构件的强度应按下式验算：

式中：M——火灾下构件的最不利截面处的弯矩设计值；
      W_n——钢构件最不利截面的净截面模量；
      γ——截面塑性发展系数。
7.1.4 火灾下单轴受弯钢构件的稳定性应按下列公式验算：

式中：M——火灾下构件的最大弯矩设计值；
      W——按受压最大纤维确定的构件毛截面模量；
      φ_bT——高温下受弯钢构件的稳定系数；
      φ_b——常温下受弯钢构件的稳定系数，应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017的规定确定；当φb＞0.6时，φb不作修正；
      α_b——高温下受弯钢构件的稳定验算参数，应按表7.1.4确定。

7.1.5 火灾下拉弯或压弯钢构件的强度应按下式验算：

式中：M_x、M_y——火灾下最不利截面处对应于强轴x轴和弱轴y轴的弯矩设计值；
      W_nx、W_ny——绕x轴和y轴的净截面模量；
      γ_x、γ_y——绕强轴和弱轴弯曲的截面塑性发展系数。
7.1.6 火灾下压弯钢构件绕强轴x轴弯曲和绕弱轴y轴弯曲时的稳定性应分别按下列公式验算：

式中：N——火灾下钢构件的轴向压力设计值；
      M_x、M_y——火灾下所计算钢构件段范围内对强轴和弱轴的最大弯矩设计值；
      A——毛截面面积；
      W_x、W_y——对强轴和弱轴按其最大受压纤维确定的毛截面模量；
      N'_ExT、N'_EyT——高温下绕强轴和弱轴弯曲的参数；
      λ_x、λ_y——对强轴和弱轴的长细比；
      φ_xT、φ_yT——高温下轴心受压钢构件对应于强轴和弱轴失稳的稳定系数，应按本规范第7.1.2条式（7.1.2-2）计算；
      φ_bxT、φ_byT——高温下均匀弯曲受弯钢构件对应于强轴和弱轴失稳的稳定系数，应按本规范第7.1.4条式（7.1.4-2）计算；
      η——截面影响系数，对于闭口截面，取0.7；对于其他截面，取1.0；
      β_mx、β_my——弯矩作用平面内的等效弯矩系数，应按下列规定采用（β_m表示β_mx、β_my）：
    1）框架柱和两端支承的构件：
        ①无横向荷载作用时：取β_m＝0.65＋0.35M₂/M₁，M₁和M₂为端弯矩，使构件产生同向曲率（无反弯点）时取同号；使构件产生反向曲率（有反弯点）时取异号，|M₁|≥|M₂|；
        ②有端弯矩和横向荷载同时作用时：使构件产生同向曲率时，β_m＝1.0；使构件产生反向曲率时，β_m＝0.85；
        ③无端弯矩但有横向荷载作用时：β_m＝1.0。
    2）悬臂构件和分析内力未考虑二阶效应的无支撑纯框架和弱支撑框架柱，β_m＝1.0；
    β_tx、β_ty——弯矩作用平面外的等效弯矩系数，应按下列规定采用（β_t表示β_tx、β_ty）：
        1）在弯矩作用平面外有支承的构件，应根据两相邻支承点间构件段内的荷载和能力情况确定：
        ①所考虑构件段无横向荷载作用时：β_t＝0.65＋0.35M₂/M₁，M₁和M₂为在弯矩作用平面内的端弯矩，使构件产生同向曲率（无反弯点）时取同号；使构件产生反向曲率（有反弯点）时取异号，|M₁|≥|M₂|；
        ②所考虑构件段有端弯矩和横向荷载同时作用时：使构件产生同向曲率时，β_t＝1.0；使构件产生反向曲率时，β_t＝1.0；
        ③所考虑构件段无端弯矩但有横向荷载作用时：β_t＝1.0。
        2）弯矩作用平面外为悬臂的构件，β_t＝1.0。

Ⅱ 钢框架梁、柱

7.1.7 火灾下受楼板侧向约束的钢框架梁的承载力可按下式验算：

式中：M——火灾下钢框架梁上荷载产生的最大弯矩设计值，不考虑温度内力；
      W_p——钢框架梁截面的塑性截面模量。
7.1.8 火灾下钢框架柱的承载力可按下式验算：

式中：N——火灾下钢框架柱所受的轴压力设计值；
      A——钢框架柱的毛截面面积；
      φ_T——高温下轴心受压钢构件的稳定系数，应按式（7.1.2-2）计算，其中钢框架柱计算长度应按柱子长度确定。

条文说明

    采用承载力法进行钢结构耐火验算与防火保护设计时，可按下列步骤进行：
    （1） 确定防火保护方法，设定钢构件的防火保护层厚度（可设定为无防火保护）；
    （2） 按本规范第6章的规定计算构件在设计耐火极限t_m时间内的最高温度T_m；
    （3） 按本规范第5.1节的规定确定高温下钢材的力学参数；
    （4） 按本规范第3.2.2条的规定计算构件的最不利荷载（作用）效应组合设计值；
    （5） 按本规范第7.1节的规定验算构件的耐火承载力；
    （6） 当设定的防火保护层厚度过小或过大时，调整防火保护层厚度，重复上述（1）～（5）步骤。
7.1.1～7.1.6 本规范第7.1.1条～第7.1.6条规定了轴心受拉钢构件、轴心受压钢构件、单轴受弯钢构件、拉弯钢构件、压弯钢构件等基本钢构件的耐火承载力验算公式，这些公式与其常温下验算公式的形式一致，以便于设计人员掌握与应用。这些公式的推导原理与常温下钢构件的相同，不同之处在于考虑了温度对强度、弹性模量和稳定系数等的影响。
    现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017规定，当受弯钢构件的稳定系数φ_b>0.6时，φb应取式（9）计算的φ′b。第7.1.4条的符号说明中，“当所计算的φ_b>0.6时，φ_b不作修正”是指在此情况下，不采用φ′_b代替φ_b 。

7.1.7 框架梁上一般有楼板或其他支撑，起到侧向约束作用，可防止框架梁发生整体失稳，因此钢框架梁的耐火承载力取决于其截面强度。试验和理论研究发现，对于两端有一定轴向约束的框架梁，火灾下梁的轴力首先为压力，但随着梁挠曲变形的增大，由于悬链线效应，梁中轴压力将逐渐减小，直至为零，再变为拉力。随着轴向拉力的发展，梁仍能再承受较高些的温度才会发生强度破坏（图11）。因此，框架梁的耐火设计，可偏于安全地取梁中温度轴力为零时的状态，进行耐火承载力验算。

7.1.8 通常，框架柱受火时，相邻框架梁也会受影响而升温膨胀使框架柱受弯。分析表明，框架柱很可能因框架梁的受火温度效应而受弯形成塑性铰。为简化框架柱耐火设计，可偏于保守地假设柱两端屈服（图12），同时忽略框架柱另一方向弯矩的影响，则本规范第7.1.6条有关框架柱平面内、外稳定验算公式（7.1.6-1）、（7.1.6-3）可分别近似为：

    由于框架柱的长细比一般较小，而两端反方向弯矩条件下β_m和β_t的平均值约为0.23，加上考虑所忽略的框架柱另一方向弯矩的影响，则本规范第7.1.6条式（7.1.6-1）、式（7.1.6-3）左端的第二项可近似取为0.3f_T，框架柱的耐火验算可仅按式（7.1.8）进行。需注意，应分别针对框架柱的两个主轴方向，按式（7.1.8）进行验算。

7.2 临界温度法

Ⅰ 基本钢构件的临界温度

7.2.1 轴心受拉钢构件的临界温度T_d应根据截面强度荷载比R按表7.2.1确定，R应按下式计算：

式中：N——火灾下钢构件的轴拉力设计值；
      A_n——钢构件的净截面面积；
      f——常温下钢材的强度设计值。

7.2.2 轴心受压钢构件的临界温度T_d，应取临界温度T'_d、T''_d中的较小者。临界温度T'_d应根据截面强度荷载比R按本规范第7.2.1条表7.2.1确定，R应按式（7.2.2-1）计算；临界温度T''_d应根据构件稳定荷载比R'和构件长细比λ按表7.2.2确定，R'应按下列公式计算：

式中：N——火灾下钢构件的轴压力设计值；
      A——钢构件的毛截面面积；
      φ——常温下轴心受压钢构件的稳定系数。

注：表中λ为构件的长细比， f_y为常温下钢材强度标准值。
7.2.3 单轴受弯钢构件的临界温度T_d应取下列临界温度T'_d、T''_d中的较小者：
    1 临界温度T'_d应根据截面强度荷载比R按本规范第7.2.1条表7.2.1确定，R应按下式计算：

式中：M——火灾下钢构件最不利截面处的弯矩设计值；
      W_n——钢构件最不利截面的净截面模量；
      γ——截面塑性发展系数。
    2 临界温度T''_d应根据构件稳定荷载比R'和常温下受弯构件的稳定系数φ_b按表7.2.3确定T''_d，R'应按下式计算：

式中：M——火灾下钢构件的最大弯矩设计值；
      W——钢构件的毛截面模量；
      φ_b——常温下受弯钢构件的稳定系数，应根据现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017的规定计算。

7.2.4 拉弯钢构件的临界温度T_d，应根据截面强度荷载比R按本规范第7.2.1条表7.2.1确定，R应按下式计算：

式中：N——火灾下钢构件的轴拉力设计值；
      M_x、M_y——火灾下钢构件最不利截面处对应于强轴和弱轴的弯矩设计值；
      A_n——钢构件最不利截面的净截面面积；
      W_nx、W_ny——对强轴和弱轴的净截面模量；
      γ_x、γ_y——绕强轴和绕弱轴弯曲的截面塑性发展系数。
7.2.5 压弯钢构件的临界温度T_d应取下列临界温度T'_d、T''_dx、T''_dy中的最小者：

    1 临界温度T'_d应根据截面强度荷载比R按表7.2.1确定，R应按下式计算：

式中：N——火灾下钢构件的轴压力设计值。
    2 临界温度T''_dx应根据绕强轴x轴弯曲的构件稳定荷载比R'x和长细比λx分别按表7.2.5-1和表7.2.5-2确定，R'x应按下列公式计算：

式中：M_x、M_y——火灾下所计算构件段范围内对强轴和弱轴的最大弯矩设计值；
      W_x、W_y——对强轴和弱轴的毛截面模量；
      N'_Ex——绕强轴弯曲的参数；
      E_s——常温下钢材的弹性模量；
      λ_x——对强轴的长细比；
      φ_x——常温下轴心受压构件对强轴失稳的稳定系数；
      φ_by——常温下均匀弯曲受弯构件对弱轴失稳的稳定系数，应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017的规定计算；
      γ_x——绕强轴弯曲的截面塑性发展系数；
      η——截面影响系数，对于闭口截面，η＝0.7；对于其他截面，η＝1.0；
      β_mx——弯矩作用平面内的等效弯矩系数，应按本规范第7.1.6条的规定计算；
      β_ty——弯矩作用平面外的等效弯矩系数，应按本规范第7.1.6条的规定计算。
    3 临界温度T''_dy应根据绕强轴y轴弯曲的构件稳定荷载比R'_y和长细比λ_y分别按表7.2.5-1和表7.2.5-2确定，R'_y应按下列公式计算。

式中：N'_Ey——绕强轴弯曲的参数；
      λ_y——钢构件对弱轴的长细比；
      φ_y——常温下轴心受压构件对弱轴失稳的稳定系数；
      φ_bx——常温下均匀弯曲受弯构件对强轴失稳的稳定系数，应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017的规定计算；
      γ_y——绕弱轴弯曲的截面塑性发展系数。

Ⅱ 钢框架梁、柱的临界温度

7.2.6 受楼板侧向约束的钢框架梁的临界温度T_d可根据截面强度荷载比R按本规范第7.2.1条表7.2.1确定，R应按下式计算：

式中：M——钢框架梁上荷载产生的最大弯矩设计值，不考虑温度内力；
      W_p——钢框架梁截面的塑性截面模量。
7.2.7 钢框架柱的临界温度T_d可根据稳定荷载比R'按本规范第7.2.2条表7.2.2确定，R'应按下式计算：

式中：N——火灾时钢框架柱所受的轴压力设计值；
      A——钢框架柱的毛截面面积；
      φ——常温下轴心受压构件的稳定系数。

Ⅲ 防火保护层的设计厚度

7.2.8 钢构件采用轻质防火保护层时，防火保护层的设计厚度可根据钢构件的临界温度按下列规定确定：
    1 对于膨胀型防火涂料，防火保护层的设计厚度宜根据防火保护材料的等效热阻经计算确定。等效热阻可根据临界温度按下式计算：

    2 对于非膨胀型防火涂料、防火板，防火保护层的设计厚度宜根据防火保护材料的等效热传导系数按式（7.2.8-2）计算确定。

式中：R_i——防火保护层的等效热阻（m²·℃/W）；
      T_d——钢构件的临界温度（℃）；
      T_s0——钢构件的初始温度（℃），可取20℃；
      t_m——钢构件的设计耐火极限（s）；当火灾热烟气的温度不按标准火灾升温曲线确定时，应取等效曝火时间；
      F_i/V——有防火保护钢构件的截面形状系数（m^-1）；
      d_i——防火保护层的设计厚度（m）；
      λ_i——防火保护材料的等效热传导系数[W/（m·℃）]。
7.2.9 钢构件采用非轻质防火保护层时，防火保护层的设计厚度应按本规范第6.2.2条的规定经计算确定。

条文说明

    采用临界温度法进行钢结构耐火验算与防火保护设计时，可按下列步骤进行：
    （1） 按本规范第3.2.2条计算构件的最不利荷载（作用）效应组合设计值；
    （2） 根据构件和荷载类型，按本规范第7.2.1条～第7.2.7条计算构件的临界温度T_d；
    （3） 按本规范第6.2.1条计算无防火保护构件在设计耐火极限t_m时间内的最高温度T_m；当T_d＞T_m时，构件耐火能力满足要求，可不进行防火保护；当T_d≤T_m时，按步骤（4）、（5）确定构件所需的防火保护；
    （4） 确定防火保护方法，计算构件的截面形状系数；
    （5） 按本规范第7.2.8条、第7.2.9条确定防火保护层的厚度。
7.2.1～7.2.7 各类钢构件的临界温度，均是根据本规范第7.1节相应构件的耐火承载力验算公式，按构件达到耐火承载力极限状态时的温度为临界温度的定义，通过数值计算得到。
7.2.8、7.2.9 第7.2.8条中的式（7.2.8）是由本规范第6.2.3条式（6.2.3）变换得到，因此其适用条件为：火灾烟气温度按标准火灾升温曲线确定，防火保护层为轻质防火保护层，且临界温度不高于700 ℃ 。当不符合上述条件时，应按第7.2.9条确定防火保护层的厚度；本规范第6.2.2条式（6.2.2）为有防火保护的钢构件升温迭代公式，计算防火保护层的厚度需要多次试算，具体可按以下步骤进行：
    （1） 假定防火保护层厚度，按本规范第6.2.2条式（6.2.2）计算钢构件在设计耐火极限时间内的最高温度T_m；
    （2） 比较构件的临界温度T_d和构件在火灾下的最高温度T_m，调整防火保护层厚度。当T_m大于T_d时应增大防火保护层厚度，以新的防火保护层厚度按式（6.2.2）重新计算T_m，直至T_m小于T_d；当T_m比T_d小很多时应减小防火保护层厚度，以使防火保护经济。
    根据本规范第5.3.2条、第5.3.3条，对于膨胀型防火涂料给出的是最大使用厚度、最小使用厚度的等效热阻以及防火涂料使用厚度按最大使用厚度与最小使用厚度之差的1/4递增的等效热阻，因此在计算所需的防火涂层厚度时，可据此采用线性插值方法计算确定其防火层厚度。

8 组合结构耐火验算与防火保护设计

8.1 钢管混凝土柱
8.2 压型钢板组合楼板
8.3 钢与混凝土组合梁