摘要：专著《钢-混凝土组合结构抗火设计原理》第一版于2012年出版、第二版于2017年出版，根据作者近年来所取得的最新理论成果与工程实践，该书第三版于2022年出版。图4所示为结构耐火性能和抗火设计原理研究的总体思路。...
专着简介
火
是指可燃物燃烧失控，在蔓延和发展过程中给人类生命财产造成危害和损失，并对环境造成污染的灾难性现象。 当代建筑的超高层、大型化、功能复杂化，增加了建筑火灾发生的原因，其规模和危害性也日益增大。 钢-混凝土组合结构的特点使其能够更好地适应当代工程结构的可靠性和经济性需求。 它们广泛应用于多层、高层及超高层建筑，其结构消防安全面临严峻挑战。
专着《钢-混凝土组合结构耐火设计原理》第一版于2012年出版，第二版于2017年出版。根据作者近年来取得的最新理论成果和工程实践，该书第三版将于2022年出版。 本书的主要成果已应用于一些标志性土木工程主体结构的消防安全设计和相关国家技术标准的制定。
01
本书主要内容及技术路线
科学地进行钢-混凝土组合结构耐火安全设计的重要前提是掌握其耐火设计原理，包括结构耐火性能研究、耐火设计方法、防火措施、火灾后评估和设计等。修复和加固方法。 本书论述了（后）型钢混凝土结构（图1）、钢管混凝土结构、梁柱连接及框架结构在高温下的工作机理和耐火设计方法。
图1 钢混凝土结构剖面图
近年来，有人提出了以钢管混凝土为主要构件，与其他构件（构件）优化混合并能协同工作的钢管混凝土混合结构的概念，并提出了钢管混凝土混合结构的概念。已开发出混合结构形式，如空心夹层（空心钢管混凝土构件与其内置钢管混合）、桁架（与钢管弦杆和钢腹板混合）、加筋（与钢管混凝土构件混合）本书根据作者的研究成果和工程实践，探讨了这种新型钢管混凝土结构的耐火设计原则。
本书的研究思路概括如下：
(a) 钢-混凝土界面
(b)成分
(c)节点
(d) 平框架
图2 耐火性能实验研究
(a) 钢-混凝土界面τ-S关系
(b) 桁架混合结构的破坏模式
(c) 梁柱节点有限元计算模型
(d) 平面框架有限元计算模型
(e) 三层三跨平面框架的破坏模式
图3 耐火性能理论分析
图4给出了结构耐火性能及耐火设计原则研究的总体思路。
图4 研究思路
01
负载、温度和时间路径
本书的研究特点是从生命周期的角度对结构耐火进行了一系列研究，并利用图5所示的温度和时间路径来研究火灾对结构性能的影响。 以框架柱火灾后抗震性能研究为例，图7给出了火灾后柱构件在重复荷载作用下的受力与火灾过程示意图，考虑了施工阶段的荷载和长期使用负荷。 图5中的常温段（AA1）对应于图7中的①、②阶段。在此过程中，外荷载经历了施工阶段的变化，并在长期使用过程中保持恒定，但温度始终保持正常温度To； 加热段（A1B） 冷却段（BCD）对应图6中的③阶段。在此过程中，柱构件的外部载荷保持不变，但温度随着上升和冷却而变化。 火灾后截面（DE）中的E点对应于图6中的④阶段，柱构件温度降至常温后，在一定时间td1，柱构件受到重复荷载。
①施工阶段：该阶段柱构件受到各种施工荷载的影响。 至施工结束钢结构及钢混凝土组合结构抗火设计，外荷载NF基本稳定； ②长期使用阶段：此阶段外荷载NF保持不变，混凝土在长期承载过程中的收缩和徐变。 钢材蠕变等会导致柱构件的刚度和承载力偏离初始设计状态； ③正常使用几年后的偶发火灾阶段； ④火灾后的重复荷载阶段：为了考虑火灾过程中各类损坏所产生的柱构件残余应力和残余应变，以及材料性能退化的影响，在此阶段外荷载NF保持不变阶段，柱构件承受重复的水平荷载 P，直至失效。
图5 长期荷载与火灾作用的Tt过程
图6 柱杆受力及着火过程
图5、图6考虑了结构受力全过程和火灾全过程，使得火灾后结构抗震性能的研究更加贴近工程实际情况，从而实现基于演化的结构抗火设计原理研究整个生命周期的性能。 。
02
结构类型
在结构形式方面，我们首先对钢管混凝土柱、型钢混凝土构件、钢管混凝土增强混合结构柱等基础构件的耐火性能进行了研究。 随后逐步开展了典型梁柱连接节点的研究，如钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁连接节点、钢管混凝土柱-钢梁、组合梁连接节点、型钢混凝土柱-型钢混凝土梁连接节点等。近年来，钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁平面框架结构的研究已开始。
在遭受火灾和应力的整个过程中，钢材与混凝土接触界面的有效粘结是保证两种材料协同工作的基础。 因此，书中也有计划地开展了相关的实验研究。
本书讨论的具体内容包括
（后）成型钢混凝土和钢管混凝土在高温下的钢-混凝土界面粘结性能。
型钢混凝土、空心夹芯钢管混凝土、不锈钢管混凝土、FRP约束钢管（棒）混凝土、钢管混凝土桁架混合结构、钢管混凝土梁结构等的耐火性能。
火灾后钢管混凝土柱力学性能及评价与加固方法
型钢混凝土构件及钢管混凝土增强混合结构柱在整个火灾过程作用下的力学性能。
钢-混凝土接头和钢管混凝土接头的耐火性能。
型钢混凝土节点、钢管混凝土节点和钢管混凝土增强混合结构节点在整个过程中火灾作用下的力学性能，以及火灾后钢管混凝土节点的滞回性能。
钢管混凝土平面框架结构的耐火性能。
钢混凝土平面框架结构的耐火性能。
02
本书成果的应用
书中所述的研究成果已应用于山东青岛胶东国际机场T1航站楼、京张铁路清河站、成都天府国际机场T1、T2航站楼、北京丰台等钢管混凝土结构的耐火设计。火车站等项目。 得到应用。
建立的火灾后结构力学性能评价方法已应用于中央电视文化中心大楼中型钢混凝土结构的火灾后评价及修复加固。
书中所述的研究成果为相关技术标准的制定提供了参考依据，如《钢管混凝土混合结构技术标准》GB/T 51446-2021、《建筑混凝土耐火设计技术规程》 DBJ/T 15-81-2022，《空心夹芯混凝土钢管结构技术规范》 T/CCES 7-2020，《不锈钢管混凝土结构技术规范》 T/CECS 952-2021，《空心夹芯混凝土钢管结构技术规范》钢管混凝土束结构》T/CECS 546-2018等
关于作者
韩林海，男，工学博士。 现任广西大学教授、校长，西部陆海新通道开发研究院院长，清华大学教授。 长期致力于钢管混凝土结构研究，建立了其全寿命周期安全分析理论和设计技术体系钢结构及钢混凝土组合结构抗火设计，创新开发了高性能钢管混凝土混合结构形式，实现了安全应用的拓展大型、复杂土木工程主体结构体系的范围。 基于长期的基础理论研究和工程实践，主持制定了国家标准《钢管混凝土混合结构技术标准》GB/T 51446-2021，并受权主持制定国际标准 ISO/DIS 16521 钢管混凝土 (CFST) 混合结构设计标准。 作为第一完成者获得国家自然科学奖二等奖（2019年）、教育部高等学校科学研究优秀成果奖自然科学奖一等奖（2022年）、第三届国家科技成果奖创新大赛证书、“标准科技创新奖”标准大师称号。国家“百千万人才工程”第一、二层次人选，获得国家杰出青年科学基金资助，并被教育部聘为长江学者特聘教授。
宋天一，男，工学博士。 现任北京工业大学副教授、博士生导师。 主要从事组合结构火灾下及火灾后性能研究、结构火灾下损伤预警研究、新型混凝土材料的研发与应用。 入选北京市“海聚工程青年工程”第十二批海外高层次人才，中国土木工程学会工程消防技术分会主任、中国钢结构消防防腐分会主任中国建筑学会结构抗震防灾分会. 消防专业委员会委员。
周侃，男，工学博士，现任英国利兹贝克特大学高级讲师。 主要从事土木工程结构与材料循环经济，复合材料结构常温、火灾中及火灾后性能研究。 Advance HE (Fellowship) 成员、结构工程师学会 (IStructE) 约克郡委员会成员以及土木工程师学会 (ICE) 成员。
