结构防火分两部分介绍，这是第一篇，主要说防火规范相关内容，后面着重谈谈钢结构。
建筑防火在结构设计者的印象里是建筑师和设备师的工作，所以很多人对基本的防火概念不熟悉，也懒得去了解。但随着《建筑钢结构防火技术规范GB 51249-2017》的发布，一下给结构设计者致命连击，
。最常用的《建筑防火设计规范GB50016-2014（2018年版）》，相关的还有《建筑防排烟系统技术标准 GB51251-2017》，《建筑钢结PG PG电子构防火技术规范GB 51249-2017》也颁布近三年了。因为笔者负责主持过一些项目，也参与建筑方案确定，对几本规范常接触、不算陌生，我就结合工作中遇到过的问题，试对其中与结构设计相关的条文谈谈个人经验。一、《建规》
1、标准于2017年8月1日实施，17年到18年因为工程审查和设计不同步，一个朋友的单位多个公建都进行了大范围的修改。中庭的防排烟可能涉及到顶盖开洞，机械机房也要设置在屋面上，所以一定要在方案阶段就做好专业协调
2、多层公建的内走廊和大房间有排烟要求，常采用自然排烟，相应有清晰高度（人活动高度）、储烟仓厚度（烟的集中区）、储烟仓内的排烟口面积的要求。对结构专业来说，就是严格控制梁高，保证排烟口高度
主要涉及到《建规》和《锅炉房设计标准》，可能还有加油站、燃气等专业规范。
2、常有种误解，以为泄压就要抗爆，我院的专业热能设计团队若干年来除了部分甲类厂房做过抗爆设计，锅炉房都没有做过结构抗爆。泄压是对有爆炸危险厂房的要求，防爆区段不必做抗爆墙分隔。泄压的门窗、墙板或屋面板重量不大于60kg/m
，轻质板既要宜破坏、还要不能粉碎飞溅，也是挺难的（寒冷地区有积雪，屋面泄爆难度大）。
结构防火分三部分介绍，这是第二篇，主要说钢结构防火相关内容，下篇内容见底部介绍。
其实这本规范不如叫做“钢结构耐火设计规范”简单明确、好理解。规范的核心根本就不是防火，而是要计算在火灾发生时，特定时限内构件不能失效。
）耐火等级和耐火时限上篇文章业已说明，建筑耐火等级根据建筑使用性质由建筑专业确定，耐火时限也可以让建筑专业给出。下面我根据常见的工业厂房给出个主要构件的耐火时限表格，供参考。
规范3.1.4明确要求，“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”。所谓“防火设计文件”指图纸及计算书，因为防火材料可能会随着耐久性问题而更换，必须在图纸上对其做法有所体现。
规范的4.1.2条，防火保护有几个方法或复合使用：a、喷涂（涂抹）防火涂料；b、包覆防火板；c、包覆柔性毡状隔热材料；d、外包混凝土、金属网砂浆后砌筑砌体。最常见的是方法a、b。
涂料保护又分非膨胀涂料和膨胀涂料，因为耐候性的原因一般室外宜采用非膨胀涂料或者环氧类膨胀涂料。涂料也不是万能的，在特定构件上，例如柔性支撑截面极小，附着厚型涂料不可能，用超薄涂料因用料少，膨胀效果也差，故宜采用柔性毡状隔热材料。室内装饰要求高的宜采用包覆防火板材，但应注意连接件不能早于主体构件失效。外包混凝土或砂浆砌体等操作相对复杂，实用较少。
、设计方法规范3.2.3条说了两类方法，一是基于整体结构的方法，二是基于构件耐火验算的方法。基于整体结构的方法科学但复杂，适用于大跨结构等大型公建。其它结构可以采用基于构件的方法，本文仅针对此类方法进行介绍。
）耐火极限法，也就是构件的模拟实验法。要用设计荷载作用下的构件做实验，得到构件在火灾下实际耐火极限不小于规定耐火时限。这个没几个能玩得起，要符合构件同等受力条件，只能是先建一栋房子，烧了看看各构件能不能抗得住，抗住了再按这个建正式房，抗不住再建再烧得数据，烧钱就是这个意思吧？
）承载力法，相对简单，以承载力为指标，验算是否满足升温下要求，不复杂结构的可以手算实现，下文主要根据此方法讲解。
）临界温度法，这种方法是以温度计算为核心，构件在火灾下最高温度不超过可耐受温度的临界温度。3
、什么构件需要算，算什么1）构件仅进行承载力计算，无需进行使用状态计算。因为火灾是一种偶然作用，火灾下结构变形远大于常温下变形，塑性变形又释放了温度应力。
）膨胀效应3.2.5条中所说的热膨胀效应，这里主要是指沿构件长度方向线性变化所引起的应力和约束次应力。
）截面形状系数2.2.5条中的F/V（Fi/V）——无（有）防火保护构件的截面形状系数，这个系数在进行构件各类计算中都有参与，规范里给的解释是“构件的防火保材料内表面积/体积”，如果你懂一点热工知识，非常容易联想到节能计算中的“建筑体型系数”概念，即外表面积与体积的比值，规范名词故弄玄虚罢了。下面来几个具体计算说明这玄虚怎么破！
、承载力法的具体步骤授人以渔，我以承载力法为基础，讲讲具体如何进行线性计算。有两个适用范围，计算偏心受力构件及独立拉压构件。
λ代表不同材料表面之间的热传导量，λ越小则隔热效果越好；R代表隔热材料阻止热量穿过的能力，R越大则隔热效果越好。
根据前文意思，先搞定构件的体形系数Fi/V，估算保护层厚度di，再搞定综合传热系数α，因为规范bug，无法提供实验达温时间t0，故没法算λi，直接用λ代入。厚型涂料计算中，di不小于15mm，α=λi/di。
sTf和弹性模量EsT=χsTEs。这里一点要注意，Ts不大于700℃。4）荷载取值
=r0T（SGK+STk+0.4SQk）这里采用的火灾组合中不含地震作用，耐火等级为一级时r0T
Tk外的其它效应和，再叠加STK即可。据3.2.5条及条文，偏心受力构件可以不考虑热膨胀效应，即效应里可不计入S
≥Sm构件的应力计算看上去复杂，其实就是查表代数过程，熟悉钢结构的很容易搞定，不再赘述。
、算例没有算例的介绍都是空谈，下面给出一个独立抗压构件的防火计算过程，两端限位铰接轴压杆。采用了承载力法和（伪）临届温度法两种方法。这个例题仅为了展示计算过程而已，不代表实际工程。
1、钢结构防火规范编的和抗浮标准有的一拼，其间很多参数前后往复且数值不同，很容易让人误用。
这篇文章写了好久，其间又查找学习一些钢结构防火相关资料（图片大部分来自“梵迦德（上海）防火技术有限公司”薛万里博士的讲稿《建筑钢结构防火技术》，特此感谢），但还是有些地方不通顺。造成文章虎头蛇尾的样子。
结构防火（耐火）共三篇文章，这是终结篇，以一个支撑体系计算为实例讲解如何实现钢结构耐火验算，并对不同软件的耐火验算实现方法进行了点评，指出了规范中几个缺陷。本文划分为六节，一节~五节开放阅读，六节部分关键字节设为不显示，以备论文发表。
为了吸引读者、增大阅读量，先发布一张本人总结的“承载力法”进行偏心受力构件耐火验算的思维导图。
1、还是先强调一下耐火验算的本质问题，还是借用上次的图片，通过计算在火灾发生时，特定时限内构件是否失效。
轴心受力构件则需考虑热膨胀效应，因热膨胀效应计算过程中涉及到升温刚度，其实是个复杂的非线性过程，文中忽略中间过程，采用整体分析法得到近似内力。
4、模型设定：共8跨，柱高7m，柱距6米，采用Q235级钢材，系杆为a类截面钢管；支撑为Φ25圆钢；柱采用H型等截面，不做细化设计。设定建筑为二级耐火等级构件，耐火时限2.5h（9000s）。不计算构件自重引起的弯矩。采用纤维类火灾升温曲线。
1、用Excel表格计算构件截面特性，包括截面面积A、惯性矩I、自重等。
1、体系在升温过程中刚度和强度不断变化，内力重分布随时发生，但根据升温曲线判断，一般过程中，结构应力还是会随着温度上升呈上升趋势，故仅计算极限温度下的结构应力。
哪个软件能算对钢结构防火？”真的很难回答这类问题，首先是大部分软件本人不能完全掌握，轻易下结论容易误导大家；二是因为软件能否实现使用者的意图、有什么缺陷也非常难验证。
2、软件二，设计圈老二。其采用的是构件承载力耐火验算法。计算书非常粗鄙，未给出计算细节（3.0.2版本），升温计算采用了步进积分法，非常精确
软件计算端斜杆最大压力140kN，力学求解器为134kN，原因在于后者未计入杆件自重。抗力计算结果基本一致。效应计算时软件采用了弯压杆计算法，与手算轴压算法略有区别，结论趋势一致。
总结咱不用复杂的文字表述，来张一目了然的思维导图。轴心受力构件整体分析结合承载力法的计算思路，也是本文的核心内容。
1、根据规范6.2.2条，包覆轻质防火保护层钢构件，构件耐火物理性能（λi、Ri）和构件的包覆材料厚度、体形系数有关。理论上真实的热阻、热传导系数应通过实际构件包覆耐火材料后实验才可得，但因为不可能每种构件都去做这个实验，实际上仅能提供特定截面构件的等效热传导系数或等效热阻系数，在计算Ts时通过形状系数回代来修正。这里表达非常不清晰，不如术语换成“标准PG PG电子等效热阻”一词更准确，构件热阻是不需要去计算的。
4、规范中3.2.6条明确说三种构件计算方法是一致等效的，但是“临界温度法”有其固有缺陷，在计算有多余约束的轴力杆件时，因为轴力杆件刚度变化引起内力重分布，所有必须结合承载力法才能得到构件的升温刚度，没有刚度何来的内力？
5、规范7.1.2表中αc是可以大于1.0的，遗憾规范没有给出公式，也许是考虑了兰脆现象
这篇文章构思了三周，又写了两周才算初步完成，有俩原因，一是很多原理没搞清，需要思考；二是懒，总觉得就在心里的东西，结果下笔就踌躇了。不过，迟一点也未必是坏事，进程中明晰了一些原理、学习了一些软件、修正了几个错误，但问题可能还会有，欢迎读者给予指正。
3、GB51249-2017中4.1.3.4条要求非膨胀型防火涂料厚度不应小于10mm。而GB14907-2018中5.1.5条要求非膨胀型防火涂料厚度不应小于15mm，膨胀型防火涂料厚度不应小于1.5mm，设计时需留意应按GB14907-2018。
4、关于防火涂料设计和检验要求，前篇文章讲过，应提供等效热阻，不能只提供耐火时间。
7、目前常用的软件防火计算，YJK采用承载力法，3d3s同时采用承载力法和临界温度法。有读者提出，有时遇到软件对同一构件计算，按临界温度法计算不满足，按承载力法计算却满足的问题。这是因为按临界温度法计算时，GB51249-2017中表7.2.1未提供强度荷载比
0.30时的临界温度，则对于强度荷载比低于0.30的构件，可能会出现按临界温度法计算不满足，按承载力法计算却满足的情况。上表可见，在常规条件下，一般构件在耐火时间内升温到500~600°C时就有可能屈服。可结合GB51249-2017简化公式6.2.3进行升温估算，初步确定构件所要求的等效热阻。
9、按GB51249-2017中3.1.2条条文说明，仅支撑屋面板的檩条，耐火极限不做要求。
下面是一个简单的花纹钢板楼面防火设计案例，之所以选花纹钢板楼面，一是可仅计算单轴受弯强度，不用计算稳定（编辑注：此处因面外刚度极大，可不进行稳定计算），过程较为简单；二是目前常用的软件仅计算梁柱构件的防火，本例计算楼板防火，可作为软件的补充。计算条件如下(注：本例荷载取值偏大，计算楼板挠度4.4mm(1/159L)，其常规计算结果可能不满足实际工程要求，读者可忽视)。
2，活荷载频遇值系数f=0.7，楼板设计耐火极限60min，耐火等级二级，楼板按四面受火，双面刷膨胀型防火涂料，楼板截面形状系数Fi/V=2/0.007=285.7。单位宽度恒荷载下弯矩标准值：
2×215)=0.537耐火计算前先判定楼板是否需要做楼板防护，查GB51249-2017中6.2.1条文说明表10，无防护构件耐火时间60min时，构件形状系数285.7，构件温度将达到942℃以上，此时钢材强度基本丧失，说明应进行楼板防护。
