普通混凝土构件矩形截面温度场简化计算方法、碳纤维布加固混凝土梁和板的防火涂料厚度.docx

附录A普通混凝土构件矩形截面温度场简化计算方法A.0.1在标准火灾（式（3.1.4-D）作用下，矩形截面普通混凝土板、墙、梁、柱构件的截面温度，可根据不同受火边界形成的一维、二维传热计算分区（图A.0.1）,分别按本附录A.0.2条和A.0.3条确定。火，火面面背火面（b）梁（三面受火）受火面（c）柱（四面受火）（a）板、墙（单面受火）图A0.1截面传热计算分区图A.0.2一维传热计算分区的内部任意位置温度可由式（Ao2-1）确定:T=%(A.0.2-1)1.020八=F7+0.971(A.0.2-2)1+exp-0.444)/0.195=0.151ln(i7)-0.730j-0.212(A.0.2-3)Tf=11851-0.443ex(-0.007r)-0.564ex(-0.050r)+T()(A.0,2-4)式中：T计算位置处温度(C),当TVTo时，取T=To;TF受火的混凝土表面温度(°C)；哈修正后的沿Z轴方向的一维热量传递系数，当以WO时，取/z=0;中沿Z轴方向的一维热量传递系数；t受火时间(min)；山沿Z轴方向计算位置至最近受火表面的距离（m）；To环境初始温度（C）；(A.0.3-1)(A.0.3-2)A.0.3二维传热计算分区的内部任意位置温度可由式（A.0.3l）确定:T=%Tf%z=-0.945(词+1.020(%+J-0.0256=F-乂"+0.971(A.0.3-3)yl+exp(7y-0.444)/0.195y=0.1511n(j)-0.730<-0.212(A.0.3-4)式中：T计算位置处温度（C）,当T<7h时，取T=W仍Z二维综合热量传递系数；V'y修正后的沿），轴方向的一维热量传递系数，当y0时，取"y=0;彷沿），轴方向的一维热量传递系数；小沿Z轴方向的一维热量传递系数，按式（A.0.2-3）计算；4沿），轴方向计算位置至最近受火表面的距离（m）；附录B高级计算方法（推荐性）本标准第3.1.9条规定的建筑结构，在进行整体火灾分析时应考虑室内火灾的实际升温曲线、高温下材料性能的逐渐劣化，以及构件热变形和相邻构件之间相互约束的影响。当需要全面了解混凝土构件和结构的高温行为时，应对其进行火灾条件下的非线性全过程分析。构件和结构的高温承载力随升温时间的变化情况分析，可在采用大型通用程序计算混凝土构件和结构的时变内部温度场的基础上考虑材料高温性能的时变特性，开展构件和结构的高温力学分析，再根据本标准第3.1.2条判断构件或结构的耐火设计是否满足要求。附录C等效缩减截面计算方法（推荐性）C.1500C等温线法C.1.1本方法适用于标准升温条件，或与标准升温条件产生的构件温度场相似的其它升温条件。当不符合此条件时，应根据构件截面温度场以及混凝土和钢筋的高温强度进行综合分析。本方法适用于构件截面宽度大于表C.l.I中最小截面宽度的情况。表C11最小截面宽度最小截面宽度取决于构件耐火极限耐火极限（min）6090120180最小截面宽度（mm）90120160200本方法采用缩减的构件截面尺寸。损伤层厚度今,500取截面受压区500C等温线上各点距离截面边缘的平均深度。其中，温度不大于50OC的混凝土的抗压强度和弹性模量采用常温取值，常温抗压强度采用标准值。C.1.2压弯截面的设计步骤在上述缩减截面方法的基础上，高温下混凝土截面的承载力计算可采用下述步骤：1确定截面500等温线的位置；2去掉截面上温度大于500C的部分，得到截面的有效宽度beff和有效高度人eff（图C.1.1）。等温线的圆角部分可近似处理成直角。3确定受拉区和受压区钢筋的温度。单根钢筋的温度可根据钢筋中心处位置由本标准附录A给出的构件矩形截面温度场简化计算方法获得。对于落在缩减后的有效截面之外的部分钢筋（图C.1.1）,在计算该截面的高温承载力时仍需予以考虑。4根据钢筋的温度以及式（4.1.3）确定钢筋强度，确定过程中钢筋的常温强度采用标准值。5针对缩减后的有效截面以及由步骤4获得的钢筋强度，采用常温计算方法确定截面的高温承载力。6比较并判断截面的高温承载力是否大于相应的作用效应组合。500(b)三面受火，其中一个受火面为受压区(a)三面受火，其中一个受火面为受拉区500h(c)四面受火图C.1.1混凝土梁和柱缩减后的有效截面C.1.3若截面钢筋分层布置且各钢筋直径相等，可采用下述方法确定受拉区和受压区钢筋中心至缩减后的有效截面受拉区边缘和受压区边缘的距离外和4：,2W)式中：%，%E(T)，加)G=(T)%(T)(C.1.3-2)分别为受拉区和受压区第j层钢筋中心至缩减后的有效截面受拉边缘和受压边缘的距离；分别为第j层钢筋的平均高温抗拉强度和抗压强度，采用式(C.1.3-3)、式(C.1.3-4)计算：石二64)(C.1.3-3)-(r)='jW)(C.1.3-4)%为区)，fyi(Ti)分别为温度Ti时第/层第i根钢筋的抗拉强度和抗压强度；ni第/层钢筋的根数。若截面钢筋非分层布置且各钢筋直径不等，可采用下述方法确定受拉区和受压区钢筋中心至缩减后的有效截面受拉区边缘和受压区边缘的距离念和4：(C. 1.3-5)(C. 1.3-6)0O)Ai6(T)AiZM<(Z)4式中：4，Ai分别为受拉区和受压区第，根钢筋的横截面积;分别为受拉区和受压区第i根钢筋至缩减后的有效截面受拉边缘和受压边缘的距离。C.2300C和800C等温线法高温下普通混凝土构件缩减后的有效截面也可采用下述步骤获得：确定构件截面上的300C和800C等温线； 将300C和800C等温线近似化整为矩形； 保留300等温线以内的全部面积,忽略800等温线以外的全部面积，300C和800等温线之间的部分宽度减半。图C.2.1分别示意了构件三面受火和四面受火时，根据上述步骤获得的有效截面。图中以00和力300分别为与300等温线对应的近似矩形的宽度和高度，b800和800分别为与800C等温线对应的近似矩形的宽度和高度，历=b300+0.5彷800-加00),历2=0.56800。有效截面内混凝土的抗压强度和弹性模量采用常温取值，有效截面之外的钢筋在构件高温承载力计算时仍需予以考虑，钢筋强度按所在位置处的温度由式(4.1.3)逐一确定。在此基础上，采用常温计算方法确定截面的高温承载力。(a)三面受火(b)四面受火图C2.1有效截面的确定C.3条带法C.3.1本方法适用于标准升温条件下混凝土构件的承载力计算。C.3.2高温下混凝土构件截面采用缩减后的有效截面代替，忽略构件受火面损伤层厚度的或a2以外的部分(即图C.3.1中的阴影区域)。以厚度为2卬的相对两面受火墙为基本构件，图C.3.1(a)和C.3.1(b)为基本参考图形。对于图C.3.1(c)所示厚度为卬的单面受火板，其受火面的损伤层厚度可近似取厚度为2卬的相对两面受火厚墙(见图C.3.1(b)的损伤层厚度比2。对于图C.3.1(d)所示三面受火梁的腹板和翼缘部分，其受火面的损伤层厚度可分别采用图C.3.1(a)和C.3.1(b)对应的损伤层厚度的和匿2。对于截面宽度小于截面高度的矩形构件，底部或端部受火面的损伤层厚度可假设与侧向受火面的损伤层厚度方1一致，见图C.3.1(d)、C.3.1(e)、C.3.1(f)0(a)两面受火墙(b)两面受火厚墙九式七)(e)三面受火的墙端四面受火柱图C3.1受火面的损伤层厚度和缩减后的有效截面C.3.3相对两面受火墙的受火面损伤层厚度可用下列方法进行估算：1在厚度方向上将墙平分为两半，每一半划分成个(23)等宽条带(图C.3.2),M点为平分线上任意一点。2确定每个条带中线上的温度以及相应的混凝土抗压强度折减系数。对于普通混凝土和高强混凝土，可分别利用式(4.4.3)和式(4.5.2)计算条带中线上的混凝土抗压强度折减系数c(7)(/=1,2,，图C 3. 2两面受火墙的条带划分3采用式（C.3.3-l）计算混凝土的平均抗压强度折减系数“r:=（l-0.2/n）（7；）（C.3.3-1）i=l式中：z2在狡范围内划分的条带数；W两面受火墙的1/2厚度，对于其它构件分别代表板的厚度、单面受火墙或柱的厚度、梁的1/2截面宽度、相对两面受火柱的1/2厚度、三面受火或四面受火柱的1/2截面宽度。4图C.3.1（a）所示两面受火墙的损伤层厚度si（适用于墙、柱及梁腹板）采用式（C.3.3-2）确定：¾1=h（1-（-）13（C.3.3-2）j1ctUm）式中：7c（）图C.3.2中M点的混凝土抗压强度折减系数。图C.3.1（b）所示两面受火厚墙的损伤层厚度比2（适用于板及梁翼缘）采用式（C.3.3-3）确定：生2 = 41-rIcT 77CT(ZW 2)(C.3.3-3)C.3.4忽略损伤层厚度匿以外的部分，剩下的截面即为高温下构件缩减后的有效截面。假定有效截面内各点的混凝土抗压强度相等，且均等于平分线上M点（图C.3.2）的混凝土抗压强度，采用常温下的承载力计算方法即可确定该有效截面的高温承载力。计算过程中，有效截面之外的部分钢筋仍需予以考虑。钢筋的常温强度以及加点混凝土的常温抗压强度均采用标准值。附录D普通混凝土矩形柱和异形柱耐火极限预测公式系数取值表D.0.1矩形柱的系数Gd的取值系数组合轴向压力作用点至截面重心的连线与Z轴的夹角。0°22.5°45°67.5°90°Cl1.5181.3851.3271.6411.696C2-2.690-2.445-2.328-2.9333225。31.3551.2311.1671.4901.693Q-0.877-0.901-1.233-1.141-1.026C57.0117.28610.1199.4849.634C6-0.666-0.754-1.046-0.977-0.326Ci3.1383.3224.2423.8523.251C82.0581.8241.1460.060-0.076Cg2.0932.0381.6141.4793.523ClO-0.277-0.267-0.209-0.-0.443CII-1.512-1.688-2.956-1.532-0.932Cll7.3758.48112.4247.8824.070C13-13.285-14.726-18.366-14.523-6.727C1423.33425.56531.13829.64311.166C55.5475.8594.6565.8803.920C61.1411.1440.8961.2411.210表D.0.2异形柱的系数3人的取值系数组合轴向压力作用点至截面重心的连线Uz轴的夹角aL形柱T形柱十字形柱T5O4590135-90-45O4590OCl8.0559.0387.6552.1532.7599.1118.80111.9222.6898.5126.513Ci-14.816-17.220-15.939-4.419-5.586-19.387-17.195-23.128-5.440-19.156-12.149C38.1439.6159.5922.5663.16311.3029.82212.8833.07611.7576.423C4-1.854-1.700-1.472-0.950-1.438-0.690-2.364-1.517-1.067-1.973-1.116C521.85022.09222.12710.06715.00013.16730.31218.91214.38025.64512.220C6-0.178-0.160-0.0207-0.234-0.165-0.271-0.294-0.217-0.141-0.0227-0.398Cl2.3071.8130.2152.5561.8632.4602.9782.3661.4600.2173.897C81.0050.5930.1820.5780.2480.9862.3392.9371.7940.06835.090C90.2060.2271.3563.0462.0800.1860.06620.05911.2351.9580.194ClO-0.00981-0.00946-0.0655-0.189-0.140-0.00797-0.00330-0.00305-0.0632-0.104-0.0117CIl-0.208-0.2330.7471.2781.226-0.6451.120-0.554-0.4652.816-2.315C21.4291.146-2.165-3.504-3.6382.438-1.5833.6111.780-7.5998.617C3-2.570-1.7411.8521.6101.943-2.793-2.530-6.995-2.4233.244-9.750C48.2547.8918.0403.8105.4229.95011.50517.7697.8225.91212.393C58.3568.7307.7899.1016.9504.39373077.1195.6537.1506.886C61.1191.1511.3561.3791.1801.3921.2391.2321.2201.3901.331表D0.3矩形柱的系数一九的取值系数组合轴向压力作用点至截面重心的连线与Z轴的夹角。Oo22.5°45°67.5°90°d0.0240.0310.0550.0300.020Ch-1.311-1.771-3.195-1.984-1.793d3-0.077-0.128-0.273-0.259-0.075d40.1940.3140.6600.7300.341ds1.4901.4962.5042.3831.68240.3890.3780.3630.3890.298由1.5061.4921.4381.6621.395为-0.739-0.7881.102-1.104-0.814为4.0754.676-7.6647.3784.568do-9.705-11.53920.455-19.691-11.215dl112.12314.005-24.67324.52114.517d2-0.282-0.1720.033-0.047-0.15643-0.023-0.0140.003-0.004-0.012表D.O.4异形柱的系数力43的取值系数组合轴向压力作用点至截面重心的连线与Z轴的夹角aL形柱T形柱十字形柱-45O4590135-90-45O4590O小-0.0207-0.00965-0.0186-0.0162-0.0286-0.0124-0.0241-0.0260-0.0211-0.00899-0.0357d21.7101.1413.0031.2652.1911.8632.9382.6792.4601.3053.446dy-0.00208-0.00917-0.04210.0002250.0274-0.0000540.0003480.000826-0.0033240.1990.05680.000050-0.180-0.00262-0.1690.00102-0.00263-0.007040.146Ck6.210-1.510-0.037317.554-0.04892.213-0.0315-0.0655-0.0885-0.070719.16440.3040.04080.134-0.01100.03690.2560.2660.2100.1730.1590.529di0.7160.1280.688-0.2310.8060.7400.7660.6950.7520.8661.797小0.0238-1.973-3.7850.562-1.5952.180-1.150-1.534-2.51S0.7530.00126的-2.6579.04715.708-3.5248.573-9.0207.5128.5179.629-0.692-0.411"1012.147-16.028-27.8658.825-19.16314.105-22.438-19.132-16.828-8.1621.653八-17.96314.40729.768-9.72222.196-12.58730.24920.85416.09416.023-2.122di2-0.0730-3.505-4.6670.225-4.941-0.281-5.040-4.144-3.875-7.799-0.041243-0.00590-0.302-0.4000.0196-0.451-0.0267-0.429-0.351-0.336-0.600-0.00361附录E火灾下普通混凝土板考虑薄膜效应时的承载力E.0.1火灾下考虑薄膜效应计算普通混凝土板的承载力时，楼板应符合下列要求：1楼板四周应有梁支承；2当长宽比不应大于2,楼板按照双向板计算；当长宽比大于2,楼板按照单向板计算;3板底应布置双向钢筋网；4楼板的塑性较线模式，如图EOl所示。Lr =aL + ac(Tc -Tii)aLE.0.2火灾下普通混凝土双向板考虑薄膜效应时的承载力应按式（E.0.2J）计算:6x10-3I2wl+4z2-+Ir(%-%)+24/(1-a)WmaX-%)32al/24V+(v11三zooo)2lz÷(v三zoo°)2(E.0.2-1)(E.0.2-2)(E.0.2-3)(E.0.2-4)(E.0.2-5)(E.0.2-6)(E.0.2-7)(E.0.2-8)(E.0.2-9)l=2+%(Z稣)2式中：处火灾下普通钢筋混凝土板考虑薄膜效应时能承受的均布荷载(kNm2)；L、I矩形板的长边和短边尺寸（m）；Vo楼板形成塑性较线模式时的挠度值（m）；高温下楼板允许达到的最大挠度（mm）。当无明确要求时，建议取短边跨度的1/20；他、叫常温下塑性较线处小），两个方向的单位宽度截面抵抗弯矩（Nmm）;mxr.my高温下塑性较线处x、y两个方向单位宽度的截面抵抗弯矩（Nmm）;Px、Py常温下塑性较线处x、y两个方向单位宽度的钢筋拉力（N）；>Py高温下塑性较线处x、y两个方向单位宽度的钢筋拉力（N）；AQASy楼板在、y两个方向单位宽度上的配筋面积（mm2）.力x、fyy板底小V两个方向钢筋在常温下的屈服强度标准值（Nmm2）：Jyx>fyy板底x、），两个方向钢筋在高温下的屈服强度标准值（Nmm2）,可按表F.0.4给出的温度和第4.1.3条的高温下屈服强度折减系数进行确定；E常温下钢筋的弹性模量（Nmm2）；Tc混凝土的平均温升（C）,按表E.0.5取值；初始温度，一般取室温；在无具体要求时可取20。C计算；ys钢筋合力点到混凝土受压合力点的距离系数，一般取0.850.90;仆hoy楼板在4、y两个方向上截面的有效高度（mm）；氏混凝土的平均热膨胀系数（1/C）,一般取值为（6-20）×10-6oCoE.0.3火灾下普通混凝土单向板考虑薄膜效应时的承载力应按照式（Eo3-1）计算，q=2xl0-''攻+七（%）+%（k-%）,（E.0.3-1）LM/J÷（vmax10）27÷（vmax1000）2x=xl+ac（7-7）xl（E.0.3-2）(E.0.3-3)¾r=¾+c(-¾)¾式中：Xrr、X2T高温下混凝土单向板考虑热膨胀效应之后的板块长度（m）;朴Xi常温下混凝土单向板被塑性较线分隔的板块长度（m）,具体如图E0.1（b）所示;E.0.4楼板下部受力钢筋在不同受火时间时的温度值，按表E.0.4取值。表E.0.4标准火灾下楼板下部受力钢筋的温度值()受火时间f(min)混凝土保护层厚度d(mm)101520253035404550556030417349293248209178150128109937960618546474420371331295265238215195907346575895334824394(X)367337312288120815741674618566522481447415388363E.0.5标准火灾下楼板混凝土的平均温升，按表E.0.5取值。表E.05标准火灾下楼板混凝土的平均温升7；(°C)受火时间/(min)板厚h(mm)801001201503011651442860249150112669035()23618()114120424304239160附录F碳纤维布加固混凝土梁和板的防火涂料厚度表F.0.1碳纤维布抗弯加固混凝土梁的非膨胀型防火涂料厚度耐火极限(h)x×vfu(mm)().50.550.60.6250.650.6750.70.7250.750.775().81.00.1150000078131824292000000077111622250000000771015300000000007935000000000070.21500007813192430372()0000077121722282500000077111621300000000771015350000000007940000000000070.31500078131925313744200000771217222935250000077111621273000000077101520350000000071014400000000007945000000000770.41500771318243137442000077111723293541250000071016212733300000007101520263500000007IO152040000000007914450000000077101.50.11507182431384620001117233036432500711162228354249300007101622283441483500007101622273440400000771116222733450000077111622270.21501224313846200717233037442500101622293542503000710162228354249耐火极限(h)f(mm)x×s0.50.550.60.6250.650.6750.70.7250.750.7750.83500071116222834414840000771116222834414500007712172328340.3157173138462001023293644250716222935435030001()16222835424935007101622283541484000071116222835414845000771217232935110.41510223745207152836432509212835425030071521283441493500915212834414840007IO162228344148450007111722293542482.00.1151731472010233745257162937443001023293644350717233037444007121724303744450071318243138450.215233820163045259223744307162937443501023303744400717243037454507121825313845().31529452()213625152844309223644357162936444001123303745450718243138450.41535202743耐火极限(h)f(mm)x×s0.50.550.60.6250.650.6750.70.7250.750.7750.825203430142743358213543407162936444501123303745注:表中夕为常温下加固梁跨中受弯承载力相比于非加固梁的提高百分比;C为纵筋的混凝土保护层厚度；M为高温下按简支梁计算的梁跨中组合弯矩；M为常温下加固梁的跨中受弯承载力；“一”表示在该条件下使用当前防火措施无法实现规定的耐火极限要求。表F.0.2碳纤维布加固混凝土单向板的膨胀型防火涂料厚度£=0.1耐火极限(h)C(mm)×u(mm)0.350.4O.450.5O.550.6O.6250.650.6750.70.5158000OOO334.55.96.9900OOOOO333.34.1I(X)0OOOOOO33311000OOOOOOO3208000OOO333.24.45.39000OOOOO33310000OOOOOO3325800OOOOO3334900OOOOOOO3330800OOOOOO333900OOOOOOO330.7515800OOO36.9900OOO34.16.1I(X)0OOOO33.85.46.9HO0OOOO333.54.85.71200OOOOO333.2