1.钢结构防火设计步骤
1. 主要设计方法
（1）钢结构构件的耐火计算与防火设计可以采用耐火极限法、承载力法或临界温度法。
【相关解说】本文依据《建筑钢结构防火技术规范》GB 51249-2017第3.2.6条规定，耐火极限法是通过比较构件的实际耐火极限与设计耐火极限，判断构件的耐火性能是否满足要求，并确定其防火性能。
承载力法或临界温度法，采用直接计算来验证构件在设计耐火极限时间内是否满足耐火极限状态要求。构件在火灾下随着温度的升高，材料强度降低，构件承载力也会下降；当构件承载力下降到最不利的组合效应时，构件即达到耐火极限状态。构件从受火到达到耐火极限状态的时间即为构件的耐火极限；构件达到耐火极限状态时的温度即为构件的临界温度。
（2）钢结构的防火设计，应根据结构的重要性、类型和荷载特性，宜采用基于整体结构耐火计算或者基于构件耐火计算的防火设计方法，并应遵守下列规定：
1 对于跨度不小于60m的大跨度钢结构，宜采用按整体结构耐火计算的防火设计方法；
2 预应力钢结构及跨度不小于120m 的大跨度建筑中的钢结构，应采用基于整体结构耐火性能验证的防火设计方法。
2. 主要计算过程
（1）确定耐火等级、构件耐火期限、构件防火涂层类型。
【相关说明】本文依据《钢结构防火》第3.1.1条规定，钢结构构件的设计耐火极限应根据建筑的耐火等级和现行国家标准《建筑设计防火规范》GB 50016的规定确定。柱支撑的设计耐火极限应与柱相同，楼面支撑的设计耐火极限应与梁相同，屋面支撑及拉杆的设计耐火极限应与屋面承重构件相同。
（1）I类檩条：檩条仅对屋面板起支撑作用，此类檩条的破坏仅影响局部屋面板，对屋面结构整体承载性能影响不大，即使在火灾中发生破坏，也不会导致结构整体破坏，因此不作为屋面主体结构体系的组成部分，对此类檩条不作耐火极限要求。
（2）Ⅱ型檩条：檩条除支撑屋面板外，还作为纵向拉杆，对主体结构（如屋架）提供侧向支撑；或作为水平支撑开间的腹杆。该类檩条的失效，可能使主体结构失去整体稳定性，导致整个结构倾覆。因此，该类檩条应作为屋面主体结构体系的一个组成部分，其设计耐火极限应按表1中“屋面支撑及拉杆”的要求确定。
（2）截面防火体形参数Fi/v计算
【相关说明】本文根据《钢材防火规范》第6.2.2条的解释及条款说明
Fi为防火钢构件单位长度内暴露在火中的表面面积（m2）；对于外缘防火，为钢构件单位长度内防火材料的内表面面积；对于非外缘防火，为沿钢构件单位长度测量的可能的矩形包装的最小内表面面积；
V——单位长度钢构件的体积（m3）。
防火钢构件的截面形状系数Fi/V不仅与钢构件的截面特性有关，还与防火层设置方法有关。工程中常用的防火层设置方法可分为两种：（1）外缘保护，即防火层全部沿钢构件外表面设置；（2）非外缘保护，即防火层全部或部分不沿钢构件外表面设置。表11给出了常见防火钢构件截面形状系数计算示例。
（3）确定构件所处环境室内火灾温升曲线，计算有防护的构件温升（或无防护的构件温升，用临界温度法计算）
【相关说明】 ①火灾曲线：本项按《钢结构防火》第6.1.1条规定确定。注意区分一般室内火灾和高层空间火灾两种典型建筑火灾着火空间的环境温升曲线。另外，对于可燃物以烃类物质为主的场所，如石油化工建筑、生产、储存烃类物质及产品的工厂等，应采用烃类（HC）温升曲线。对于可燃物以一般可燃物为主，可能混有少量塑料或合成材料的场所，如木材、纸张、棉花、布、衣物等，应采用以纤维火灾为基础的温升曲线。
②温升计算：按钢结构防火规范6.2.1-2条规定确定。笔者根据这两个公式编制了相应的迭代求解表，经验证与YJK等软件完全一致。
（4）温度升高引起截面刚度降低（实际上是弹性模量降低）和强度降低
【相关说明】本文依据《钢材防火规范》5.1.2-5.1.3条规定，强度、弹性模量折减曲线如下。
（5）计算内力并进行组合
【相关说明】本文按照钢结构防火规范第3.2.2条的规定，考虑火灾时结构上可能同时发生的荷载（作用），应按下列组合值中最不利的值确定。
γ0T——结构重要性系数；对于耐火等级为一级的建筑，γ0T=1.1；对于其他建筑，γ0T=1.0；
φf——楼面或屋面活荷载常值系数；φq——楼面或屋面活荷载准永久值系数
（6）验算耐火构件的承载力、稳定性和变形，或根据构件应力比计算临界温度（临界温度法）
【相关说明】本文依据《钢结构防火规范》7.1-7.2条进行强度及稳定性验算。需要注意的是，临界温度法对于应力比范围只给出了0.3~0.9范围内的情况，超出此范围的则没有明确规定，实际设计时可能会出现无法正常进行设计的情况。
2.大空间钢结构计算
1.大空间火灾曲线
大空间火灾曲线的来源为现行《建筑钢结构防火技术规范》（CECS200-2006）第6.2.1节给出的相关曲线。若条件允许，也可采用火灾模拟分析的方法，得到空间钢结构具体的时空火灾分布情况。
根据《CECS钢结构防火规范》第6.2.1条规定，高大空间是指高度不小于6m，且独立空间地面（楼面）面积不小于500m2的建筑空间。
其中T(x,z,t)表示t时刻距火点水平距离x(m)处、距地面垂直距离z(m)处的空气温度(℃)。
Tg（0）——火灾发生前高层空间平均空气温度，取20℃；
Tz——火源中心至地面垂直距离z（m）处空气最大温升（℃），按附录D确定；
β——根据火源动力类型、火灾发展类型按附录D确定；
b——火源中心至火源最外边缘的距离（m）；
η——距火源中心水平距离x（m）处的温度衰减系数（无量纲），按附录D确定。当x＜b时，η＝1；
μ——系数，按附录 D 确定。
按照CECS钢结构防火规范大空间钢结构，笔者以6000㎡、地上10m格栅、中等功率中速火灾为例，查看附录D大空间钢结构，相关参数值为：
当x=0（火源正上方）时，得到大空间火灾分布曲线T在1.5h位置处T=120℃，而标准火灾曲线在1.5h位置处为T'=1351℃。与标准火灾曲线相比，差别较大。在没有自定义火灾曲线功能的情况下，使用标准曲线进行大空间钢结构温度分析得到的结果肯定是错误的。实际操作中，可以划定区域（不同的x位置），得到相关曲线进行分割。
也可以假设某一时刻火灾随距火源位置x距离的分布曲线，在20m以内基本变化剧烈，划分区域时应考虑到20m以外位置温度变化影响较小。
2.大空间火灾情况
CECS钢结构防火规范中大空间防火曲线与火源位置具有较强的相关性，因此对于实际大空间结构，应考虑不同的火源位置、火源热释放功率、火源燃烧速率、火源面积等设置常规火灾条件，再通过改变火源参数分析结构在不同火灾条件下的抗火性能。
[相关说明] 火源功率及增长率按CECS钢结构防火规范6.2.3-6.2.4规定确定。
3.大空间钢结构防火计算
一旦确定了火灾分布曲线和火灾条件，就可以在相关软件中进行相关的防火计算。目前midas软件内置了自定义火灾曲线功能，可以方便进行相关的钢结构防火设计。其他计算软件如3d3s、PKPM、YJK等都内置了标准的室内火灾曲线。在使用这些软件进行钢结构防火分析时，要注意不要在不了解实际原理的情况下盲目操作。
