SAP2000钢结构消防设计插件功能介绍
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SAP2000的钢结构设计是按照《钢结构设计标准（GB50017-2017）》进行设计和校核的，不具有钢结构防火设计功能。 如果要使用SAP2000进行钢结构防火设计，需要手动调整材料参数、构件设计参数、添加荷载组合等。钢结构中的杆件种类繁多，构件的温升需要积分计算，这是一个繁琐且耗时的过程。 基于此，我们开发了钢结构防火设计插件，自动调整设计参数并生成防火模型。 生成的消防模型可以直接进行钢结构消防设计，方便用户在SAP2000中实施钢结构消防设计。
CiSApps中集成了最新的钢结构防火设计插件，适用于SAP2000 v23.1.0及后续版本，如图1所示。该插件是根据《建筑钢结构防火技术规范》编写的结构（GB51249-2017）”（以下简称消防规范）。 本文介绍了钢结构消防设计插件的功能以及对SAP2000模型的调整。
图1 防火设计插件
1 概述
钢结构防火设计插件包括构件温度和材料本构计算、钢与混凝土组合梁验证两大功能，如图2所示。
“构件温度与材料本构计算”根据输入参数进行计算和模型调整，生成消防模型。 该模型可以在SAP2000中调用进行消防设计，直接保留原来的模型。 防火模型自动保存在原模型所在文件夹中，防火模型命名为原模型文件名+Fire1。
“钢混凝土组合梁验证” 该功能对工字钢组合梁进行承载力验证，读取SAP2000模型的构件信息，根据输入参数进行组合梁验证，并输出验证结果。 它是一个复合梁验证工具。
a) 元件温度和本构计算
b) 钢混凝土组合梁的计算
图2 Fire插件功能
2 元件温度及本构计算
部件温度和材料本构计算用于生成防火模型。 在生成消防模型的过程中，完成以下操作：钢构件温度计算和规范、添加荷载组合、调整钢材弹性模量和钢材强度、自动调整设计相关参数（轴向稳定系数φ和整体稳定性系数 φb) 用于生成消防模型。 对各个参数的调整可以在生成的火灾模型中查看，并且保留原始模型而不做修改。
2.1 元件温度
按照消防规范第6章的要求计算钢构件的温度，并在对话框中输入计算钢构件温升的各种参数。 消防模型中新定义了温度荷载模式。 加载模式名称为FireTemp-X，X是一个数字，由插件自动确定。 如图3所示，新定义的负载模式为FireTemp-1，负载类型为Temperature。 将计算出的钢构件温升通过指定温度载荷分配给构件的温度载荷模式，如图4所示。可以在构件属性窗口的载荷选项卡中查看钢构件的温升，或通过显示负载。 所有组件的温度。 计算起火前室内温度环境温度为20℃。
图3 加载模式定义
图4 查看负载规格
2.2 材质调整
钢在高温下的性能与常温下的性能不同。 进行防火设计时钢结构防火新技术，需要调整材料的热膨胀系数、弹性模量、钢材强度设计值等。 钢结构可采用普通结构钢和耐火钢。 插件中使用的默认钢材是结构钢。 按消防规定5.1.1、5.1.2、5.1.3调整材料参数。
根据杆体所用材料，复制新材料，并按照防火规定5.1.1和5.1.3调整材料的热膨胀系数和弹性模量，如图5所示，新定义的材料名称Q355（W14X159-T757）Q355是原材料名称，原棒断面+T+括号内温度值，热膨胀系数为1.4X10-5。 ，根据构件温度757o调整弹性模量为28695.404N/mm2。 将新定义的材料作为材料覆盖率项分配给构件，如图6所示。在构件的属性窗口中，显示构件Story6_C10使用的截面为W14X159，材料覆盖率项为Q355（W14X159） -T757）。
图5 材料属性调整
图6 会员覆盖项目规范
材料设计强度按防火规范第5.1.2条调整。 钢在高温下的屈服强度调整系数是根据钢构件的温度计算的。 由于不同厚度材料的设计强度不同，因此在构件的设计覆盖项中规定了强度调整，如图7所示。
图7 组件设计强度调整
2.3 设计参数
钢结构防火设计有耐火极限法、承载力法、临界温度法三种方法。 防火插件采用承载力法，需要调整构件设计参数。 根据消防规范第7.1.2条和第7.1.4条，消防插件根据钢构件温度和原设计中的稳定系数φ和φb计算出φT和φbT。 检查消防模型中构件设计覆盖项中的轴向稳定性。 系数调整结果及梁的整体稳定系数如图8所示。
图8 元件设计参数调整
2.4 荷载组合自动生成
防火设计的荷载组合与常温设计的荷载组合不同。 生成防火模型时，根据荷载定义，按照防火规范第3.2.2条自动生成钢结构耐火承载力极限状态设计的荷载组合。 清除消防模型中原有的荷载组合，按照规范添加消防设计荷载组合。 可以设置荷载组合参数，如图9所示。生成的荷载组合如图10所示。荷载组合名称为FireComX钢结构防火新技术，其中X为荷载组合编号。
图9 荷载组合系数
图10 荷载组合
2.5 火灾模型信息说明
消防模型生成后，对话框的信息框中会显示模型的修改信息，包括：构件名称、构件截面、原始材料、构件材料覆盖项、热烟气平均温度、钢构件温度、钢材弹性模量、屈服强度信息。
图11 火灾模型信息说明
2.6 注意事项
1）防火插件可以选择需要修改的组件，可以通过分组、组件选择等方式选择组件。
2）使用防火插件前必须进行钢结构构件设计。 如果模型没有进行钢结构设计，插件在生成消防模型时无法调整钢结构设计强度和稳定系数φ和φb，这将导致设计结果不安全。 。
3）现行消防规范中的设计方法为一阶法。 有必要在钢框架设计首选项中将设计方法设置为“有限一阶”。 如果使用其他方法，程序将给出警告消息并自动终止。
4) 所有计算均假设钢材为结构钢（非耐火钢）且耐火材料已完全安装。
3 钢混凝土组合梁计算
钢、混凝土组合梁的承载力应按消防规范8.3中的承载力方法计算。 每个参数由用户输入，组合梁根据输入的参数进行验证。 验证完成后，验证结果将显示在信息框中，包括：钢构件上翼缘温度、下翼缘温度、上翼缘屈服强度、下翼缘屈服强度、抗弯矩设计值、设计是否通过、 ETC。
图12 复合梁验证结果信息
4。结论
钢结构防火插件根据承载力设计方法调整结构模型中材料的弹性模量，对构件施加热荷载，添加荷载组合，调整构件的设计参数，生成消防模型，使SAP2000能够按照消防规范设计钢结构。 。 当前版本没有提供另一种防火设计方法——临界温度法，该方法计划在后续版本中提供。
参考
[1]建筑钢结构防火技术规范：GB51249-2017[S]。 北京：中国规划出版社，2017
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