摘要：简述了传统的基于试验的抗火设计方法和现代的基于构件计算的抗火设计方法，重点探讨了基于结构性能的抗火设计方法，分析了火灾中结构整体作用的影响因素，塑性理论、计算机模拟以及有限元法在抗火设计中的应用，对进一步研究具有启发作用。
关键词：钢结构,抗火设计,塑性铰,热膨胀,温升比率
一前言
随着经济的迅速发展，我国钢产量已名列世界前茅，国家相应提出了“积极用钢”政策，因此钢结构在工业和民用建筑中的应用将越来越普遍。但是钢结构抗火性能差，火灾教训非常深刻，“9.11”事件中世贸中心的迅速倒塌再次说明了钢结构防火的紧迫性和重要性。由于问题的复杂，对钢结构的抗火设计至今没有形成统一的设计规范和标准，尤其我国起步较晚，钢结构抗火设计还存在许多问题和隐患。本文力图对各种抗火设计方法进行分析，在比较中探讨合理的解决方法。
二基于试验的抗火设计方法
现行《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ99-98)规定，梁和柱的防火保护厚度宜直接采用实际构件的耐火实验数据；当构件的截面形状和尺寸与试验标准构件不同时，应按有关规定推算出保护层厚度。因此结构的抗火设计，即是对比构件的保护层厚度是否满足由试验确定或推算得来的厚度。这种基于试验的抗火设计方法存在以下缺陷：
(1)实验中的标准温升曲线与火灾情况不同；构件在结构中的受力，也很难通过实验模拟，实际构件受力各不相同，实验难以概全。
(2)未能考虑温度应力及变形的影响，未能考虑高温下结构内力重分布的影响。
(3)未能考虑各构件相互作用的影响，即结构某一构件达到极限状态并不意味着整体结构达到极限状态。
因此，这种方法过于简单，缺乏一定的科学性。此外由试验确定的耐火时间，不能完全代表实际构件在真实结构中的耐火时间，从而造成不安全或偏于保守浪费材料的后果。
三基于构件计算的抗火设计方法
这种方法以高温下构件的承载力状态为耐火极限进行判断，考虑温度内力的影响。理论研究以有限元法为主，基本上能考虑任意荷载形式和端部约束状态的影响。目前该法已广泛用于欧洲的钢结构设计规范中，我国还只是上海市地方规程中采用。这种设计方法计算过程如下：
(1)采用确定的防火措施，设定一定的防火被覆厚度。
(2)计算构件在确定的防火措施和耐火极限条件下的内部温度。
(3)采用高温下钢的材料参数，计算结构中的该构件在外荷载和温度作用下的内力。
(4)进行荷载效应组合。
(5)根据构件和受载类型，进行构件耐火承载力极限状态验算。
(6)当设定的防火被覆厚度不合适时，可调整防火被覆厚度，重复上述(1)～(5)步骤。
这种方法克服了基于试验设计方法的一些缺陷，但是还存在明显的不足之处：
(1)结构是作为整体承受荷载，钢结构抗火设计也是以“整体不倒塌”为最终目的，因此火灾下单个构件的破坏，并不一定意味着整体结构的破坏。
(2)没有考虑火灾下结构的整体反应特性，有些构件如次梁，即使不作防火保护，整体结构也可以满足耐火极限的要求；著名的Cardington试验也已表明，构件在整体中的抗火性能大大优于单个构件的抗火能力。
四基于结构性能的抗火设计方法
既然结构抗火设计以防止整体结构倒塌为目标，因此基于整体结构的承载能力极限状态进行抗火设计将更为合理。由于问题的复杂性，从基于构件到基于结构不可能一步而就[4]，目前还没有形成基于结构性能抗火设计规范，结构火灾 |
