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【烟台建筑变形缝】钢组件耐火等级的来源

发布日期:2018-07-24|变形缝生产厂家小编
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  烟台变形缝厂家规范防火设计的最新发展导致了UL设计D 982的引入和进步。烟台建筑变形缝这种UL设计的一个主要优点是它为2小时的装配额定值提供了相同的防火厚度要求,而不管分级是被限制的还是不受限制的。

  关于其他UL设计,2015年第703.2.3节国际建筑规范(IBC)规定,按照ASTM E 119或ANSI/UL 263规定,受限制分类的施工资格属于注册设计专业人员(RDP)接受建筑官员的权限。施工文件中必须标明有限制的施工。

  因此,值得重申的是,驻地发展方案和建筑官员能够遵守这一要求的依据。Gewain和Troup的精辟期刊论文的节选,如下所示。它完全基于该论文中的信息,并经鞍钢允许在这里使用;省略信息以省略号(…)表示。以及本条[方括号内的案文]。有关所有参考数字和图片,请参阅原文。

  “钢结构建筑的约束耐火等级”

  Richard G.Gewain和Emile W.J.Troup

  [本文]为合理应用钢梁楼盖和屋面组件的约束和无约束耐火额定值提供了依据。…。[它使]建筑师和工程师能够满足规范规定,即钢梁、楼板和屋顶系统的耐火性是基于受约束的装配等级。

  背景

  ASTM E 119标准火灾试验

  建筑规范对结构防火的要求是根据下列规定进行的实验室测试:烟台变形缝厂家建筑结构和材料的防火试验的标准试验方法、ASTM E 119(也指定NFPA 251和UL 263)(ASTM,1970年)。…。对于典型的钢和混凝土结构体系,在ASTME 119火灾试验中,试件的行为并不能反映实际建筑中暴露在不受控制的火灾中的楼板和屋顶结构的行为。…

  …[楼板]楼板在室内梁和梁上是连续的,烟台建筑变形缝尽管这种连续性在结构设计中没有得到明确的考虑。梁/柱连接范围从简单的剪力连接到全弯矩连接,框架构件的尺寸和几何形状因结构体系、建筑尺寸和布局的不同而有很大差异。即使对于相对简单的结构系统,实际模拟实际建筑中存在的约束、连续性和冗余性在实验室火灾测试组件中也是非常困难的。此外,真正不受控制的火灾的大小和强度以及暴露在地板系统上的负荷是在ASTM E 119火灾测试期间没有研究的变量。许多因素影响着不受控制的火灾的强度和持续时间,并且设计荷载与最高火灾温度同时发生的可能性是最小的。

  很明显,ASTM E 119标准火灾测试是作为比较测试而不是预测测试开发的。实际上,标准火灾试验用于评估不同建筑组件在受控实验室条件下的相对性能(耐火性能)。

  UL耐火等级

  …[结构]连接很少作为测试程序集的一部分包括在内。火灾试验中的梁一般以架子的角度支撑,梁的两端和试验框架之间有垫片驱动,造成高度的约束条件。混凝土板在试验框架上浇得很紧,尽管在养护过程中通常会出现一些收缩。除了梁板受热时的约束程度外,这些支撑条件不能准确地模拟典型楼板结构的连续性和边界条件。

  …自从UL将抑制试验炉框架的刚度特性纳入其防火目录的导言部分以来,这一标准有时被误用(Ioannides和Mehta,1997年)。这些刚度值已被用来表明,它们应该是钢框架的最小刚度,钢梁和梁连接到实际建筑中的柱。[]情况并非如此(Bletzacker,1966年;Chiptta,Longinow,和Stepanek,1972年;Bresler和IDing,1982年;Gewain,1982年;Gewain,1982年b;UL,1984年;Bresler,IDing,和Dawsin,1988年)。

  

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  NBS(NIST)测试大楼原理图。

  现行建筑规范要求

  [对历史建筑规范的进一步审查载于全文]。

  国际建筑规范

  [The]国际建筑规范…包括措辞…建筑官员满意的约束条件的证据必须由注册设计专业人员提供。…。IBC本质上要求专业设计人员指定防火地板、屋顶和横梁是否受到约束或不受约束。…

  火灾研究与分析概要

  地板系统早期火灾测试与分析:1965-1966

  [火]抑制作用的…研究(Bletzacker,1966年)…根据ASTME 119火灾试验和约束等级标准,确定在实际火灾中产生多年优良现场经验的因素,即钢梁的防火厚度。…该研究项目研究了:

  在ASTM E 119试验炉中支撑保护钢梁的连接方法-包括自由膨胀支撑(“无约束”)、简单的双角度和完全焊接的端板(“约束”)(见图3[文件]);

  炉架约束端部混凝土板的作用;

  设计与施工的影响,包括梁板之间的非复合作用、部分复合作用和完全复合作用;

  通过应用不同水平的轴向推力和端弯矩,比较梁的性能-无约束扩展和端部旋转与约束扩张和端部转动;

  施加垂直荷载对产生的工作应力的影响。

  [这些测试的进一步说明载于全文]。

  [这个项目]显示了…典型钢框架结构中的简单梁柱剪力连接[将]提供相当于或大于在大型…炉试验框架中测试高度约束试验试件时所测得的耐火能力。研究表明,由于与混凝土楼板的相互作用和柱的固有刚度,这些典型的剪力连接对梁的转动和轴向约束起着重要的作用。

  [关于火灾模型的信息可在全文中找到。]

  大规模建筑火灾试验:1981

  [此测试]结构的足迹为32[英尺]×40[英尺],高20[英尺](见图4[在文件中])。该框架的大小是代表20层办公楼中高的地板,并由热轧结构钢截面制成,用高强度螺栓固定在柱上。二层楼板受80磅/英尺2的设计活载,由钢桥面正常重量混凝土组成。在每次试验中,试验框架的一个[-英尺]×20[-英尺]×10[-英尺高]海湾暴露在火灾中,结构钢和金属甲板被喷加防火材料保护,厚度为0。5英寸。该总成采用W12×22梁、W12×22主梁和W12×30梁,以UL设计为基础。N 805(UL,2001),因为它与正在测试的建筑细节相似(见图5[在论文中])。

  使用ASTM E 119火灾敞口和通风控制火灾(自由燃烧,使用木托盘作为燃料),代表预计暴露在办公室内。在试验期间和试验后记录了温度测量,通过测试板厚度,沿梁剖面,在测试舱的柱上,以及在防火室内。测量了楼板外露部分的垂直挠度,并测量了测试舱和防火室的柱和跨梁的水平挠度。

  …三次试验数据表明,ASTM E 119防火试验中结构框架的耐火性能与ASTM E 119单根梁的耐火性能相当或更好,符合约束等级标准。这些结果证实了ASTM E 119附录X3中关于约束梁的准则。

  承销商实验室公司火灾测试:1983-1984年

  [这些试验]研究了UL 263(ASTM,E 119)火灾试验期间不同端部条件下约束钢梁性能的异同(UL,1984)。调查结束的条件如下:

  以传统的方式在UL测试框架中约束梁,在梁的两端和试验框架之间放置钢垫片;以及

  梁放置在测试框架使用典型的现场螺栓夹角连接(见图7[在论文])。这些火灾试验的结果,基于UL测试报告中的表1,总结在表1中。在评估这些火灾测试和其他测试的测试数据时,UL报告得出以下结论:

  与以本报告所述方式固定成夹角的约束梁相比,受试验框架照射的约束梁的耐火性能似乎没有显著差异。因此,本试验证实,螺栓连接梁应视为约束梁。

  1965年OSU/AISI火灾测试的计算机建模:1988年

  [进一步的建模和分析考虑了实际钢框架建筑中端部约束的两个组成部分:

  旋转约束,由简单的螺栓连接提供;以及

  轴向约束,由于柱约束,楼板和相邻施工。

  旋转约束

  使用…的最小约束条件是一个连接,一般认为是钉扎或简单的剪切连接,由设计师:三螺栓单板框架连接。图9显示了…的结果对相应的无约束和全约束梁进行了分析和计算。图10(在论文中)说明了螺栓连接导致的端部弯矩在火灾测试的所有阶段都会减少中跨弯矩和应力。更高的限制连接器没有研究,因为最小尺寸的螺栓端连接提供了本质上限制的耐火能力。

  根据这些结果,[结论]简单剪力连接提供的最小转动约束(不考虑轴向约束)产生的耐火能力接近于相同的地板系统总成,但具有完全固定的抗弯矩连接。

  轴向约束

  …轴向刚度及其对耐火性能的影响研究涉及一个W12×27梁板总成的OSU试验,框架为一个单一的W14×43柱。这个专栏被认为是固定的,上面一层,下面一层。研究了柱的弱轴方向和强轴向约束(后者约为刚性的10倍)。得出结论…在没有旋转约束的情况下,轴向约束并不能提高耐火能力而不是仅提高最小转动约束的耐火能力(见图11[文件])。

  值得注意的是,虽然约束构件对柱刚度所提供的梁轴向增长的约束可以提高楼板或屋顶系统的耐火能力,但过度的约束会导致梁法兰的屈曲或对连接的破坏。相反,理论上非常灵活的柱在加热或冷却过程中,在地板或屋顶水平上会发生明显的水平偏折。然而,没有已知的实际无控制火灾的情况下,任何这些影响都损害了保护结构钢框架的性能或耐火能力。

  轴向和转动联合约束

  图12显示了轴向和转动联合约束(弱轴柱方向)的分析结果,并与无约束和全约束连接进行了比较。再次,得出…的结论如果在梁端的标准剪切连接提供最小的旋转约束,即使轴向约束的贡献很小或没有贡献,也能获得基于约束的耐火能力。只要连接件连接到柱或其他构件上,内部和外部海湾的钢框架将表现为约束组件,以形成一定程度的旋转约束,这通常是通过标准剪切连接来实现的。

  其他调查结果

  [本研究]还验证了ASTM E 119表X3.1中约束结构钢的实际分类。[它]烟台建筑变形缝还注意到进一步支持这一结论的其他实际因素,例如:连续性和冗余度;实际火灾期间的较低负荷水平;以及钢与混凝土之间的复合作用。…。

  最近的研究和火灾测试

  作者包括以下关于最近几项研究的评论,这些研究加强了[论文中提出的观点]。

  卡丁顿火灾测试:1995-1996年

  

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  火灾暴露期间卡丁顿试验大楼的景观。

  [这些]试验是在联合王国建筑研究机构卡丁顿实验室(Newman,1999年)的一栋8层钢框架办公楼上进行的(见图13[文件])。该结构长5个海湾(148英尺),宽3个海湾(69英尺),宽108英尺,在大多数试验中,梁设计为简单的支撑作用,在金属甲板上浇铸混凝土板。柱子被保护到楼板的底部,而在这座没有洒水的建筑中,横梁、甲板和楼板都没有受到保护。

  

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  卡丁顿试验中的束流在超过1600°F时达到温度。

  虽然试验计划包括在七楼的一个约束梁组件上进行一次试验,但有人指出,在火灾试验中,约束作为一种变量,在欧洲基本上是闻所未闻的。在这一约束装配试验中,达到的最大束流温度约为1 650°F,最大挠度约为10[英寸](见图14[文中])。虽然注意到梁的底部法兰和连接处(冷却期间)出现了故障,但在试验结束时,地板总成继续支持其施加的载荷(见图15[文件])。

  Ioannides和Mehta:1997

  一项关于约束/无约束火灾额定值的分析研究使用沿梁和板深度的不同位置的实测温度来确定ASTM火灾试验期间梁的名义弯曲强度和能力(Ioannides和Mehta,1997年)。作者提出了一种分析方法,利用特定装配和梁额定值的假定时间-温度历史,再结合钢在各种高温下的已知性能,计算梁的名义弯曲强度。它们还提供了提高名义抗弯强度的方法(如果需要的话),方法是考虑到旋转约束(由于连接和板加固)和推力约束的影响。他们的研究表明,考虑到实际火灾过程中发生在实际建筑中的各种因素的综合作用,在约束梁中采用喷射式防火材料厚度的钢梁可以在不考虑任何约束的情况下具有足够的承载能力。

  极端火灾事件

  从强烈的,不受控制的火灾的经验无喷淋结构钢高层建筑,在过去几十年中,喷淋式防火措施是有限的。然而,这几个事件证明了钢和混凝土地板系统能够调动周围的结构元素,防止在最强烈的火灾暴露下倒塌。也许最引人注目的钢铁耐火例子发生在1991年东海岸一座城市的一场高层火灾中,这可能是美国有史以来最激烈的一次高层火灾(Klem,1991)。据报道,这场大火在18小时内造成了8层高层的完全烧毁,在30楼被从顶楼往下改造的喷头停住。虽然钢地板组件有相当大的损坏(最初根据限制等级分类防火),但没有关于地板倒塌的报告。Dexter和Lu(Dexter和Lu,2000)后来研究了高温、水平膨胀/收缩和楼板转动对约束柱的影响。

  结论

  仅基于ASTM E 119温度准则的结构钢梁、楼板和屋面系统的无约束组装耐火等级与这些系统在实际建筑不受控制火灾下的行为无关。

  结构钢梁、楼板和屋面结构在不受控制火灾条件下的耐火能力,是通过梁与其他结构构件的相互作用来提高的。

  所有与其他结构钢构件的钢梁连接都具有轴向约束和旋转约束。

  通常用于钢框架结构的最小刚性连接(如三螺栓单板连接)足以发挥约束性能。从包括承销商实验室在内的各机构进行的火灾研究和计算机建模中得出的结论支持以下结论:约束装配分类和防火设计最适合于钢梁地板和屋顶组件,并验证了ASTM E 119…中所载的指导意见。附录十.3

  在过去25年进行的研究和分析研究中观察到的结构钢梁和混凝土地板系统暴露在不受控制的火灾中的性能,烟台变形缝厂家很大程度上解释了这些系统在无喷水的现代高层建筑的严重火灾暴露时的优异性能。

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