简介
防火分析对结构工程师而言并非常规任务。本文介绍了 IDEA StatiCa 背后的解决方案，该方案可在火灾工况下自动计算节点模型中各板件的温度。
焊缝和螺栓组件取与其相连板件中温度最高者的温度。更多假设说明请参见：https://www.ideastatica.com/support-center/general-theoretical-background#Fire-design
模型与假设
本文将对该节点处加劲板的温度进行验证。节点将暴露于火灾工况下，且必须至少满足 15 分钟耐火极限 R15。模拟所采用的火灾曲线为"外部火灾曲线（EN 1993-1-2）"。需特别说明的是，本模型未施加防火保护。
规范公式
相关假设依据 EN 1993-1-2 中针对无防护钢材的规定。由于未设置防火隔热层，材料直接暴露于火焰的对流和辐射热作用下，导致温度上升速度大幅加快。
欧洲规范定义了若干用于结构防火设计的名义温度-时间火灾曲线：
- 标准火灾曲线（ISO 834 / EN 1991-1-2，公式 3.1）
- 代表常规的严重室内火灾。
- 适用范围：用于标准耐火等级分类（R30、R60、R90 等），通常应用于规定性设计和实验室测试。
- 碳氢化合物火灾曲线
- 温度上升迅速，5 分钟内可达约 1100 °C。
- 适用范围：涉及碳氢化合物的火灾（石油、天然气、燃料储存、石化行业、重型交通隧道）。
- 外部火灾曲线
- 与标准曲线相比温度上升较缓，最高约 680 °C。
- 适用范围：用于外立面及外墙受火工况。
- 参数化火灾曲线（IDEA StatiCa 暂不支持）
- 基于房间尺寸、通风条件和火灾荷载密度。
- 包含升温和降温阶段。
- 适用范围：用于已知火灾荷载和通风条件的实际建筑房间的性能化设计。
工程师如何选择火灾曲线
需满足规范合规性/耐火等级要求：→ 采用标准火灾曲线。
石化行业、隧道、易燃液体储存：→ 采用碳氢化合物火灾曲线。
外立面、暴露于室外火灾的外部构件：→ 采用外部火灾曲线。
真实火灾场景（性能化设计）：→ 采用参数化火灾曲线（前提是具备充分的输入数据）。
截面系数 Am/V
一般敏感性分析
截面系数（Am/V）是每块板件的重要常数。在控制方程中，它作为分子出现，表明增大温度增量会影响模拟结束时的温度值。下面观察该系数在 [50, 300] 范围内以 25 为步长递增时的敏感性。
加劲板截面系数的计算方法
加劲板截面系数的计算方法应明确相应的计算原则。若某一面不与板件边缘对齐且被另一板件覆盖，则该覆盖面积必须从截面系数计算中扣除。忽略这一点可能导致计算结果与手算验证结果出现较大偏差。
逐步计算流程
以下流程描述了外部火灾曲线作用下温度随时间升高的计算步骤。
IDEA StatiCa 与手算结果对比
IDEA StatiCa 计算所得温度为 608 摄氏度。
采用手动逐步计算方法，所得温度为 609 摄氏度。
结论
本文的目标是提高防火设计流程的透明度，并鼓励结构工程师在钢结构节点和构件的防火设计与规范校核中自信地使用 IDEA StatiCa，以替代手算方法。
在防火设计中，温度成为关键状态变量，它通过 EN 1993-1-2 中定义的温度相关属性直接影响材料的刚度和强度。