5.1.1 高溫下鋼材的物理參數(shù)應(yīng)按表5.1.1確定。

5.1.2 高溫下結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值應(yīng)按下列公式計(jì)算。

式中：T_s——鋼材的溫度（℃）；
      f_T——高溫下鋼材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（N/mm²）；
      f——常溫下鋼材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（ N/mm²），應(yīng)按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50017的規(guī)定取值；
      η_sT——高溫下鋼材的屈服強(qiáng)度折減系數(shù)。
5.1.3 高溫下結(jié)構(gòu)鋼的彈性模量應(yīng)按下列公式計(jì)算。

E_sT= χ_sTEs  （5.1.3-1）

式中：E_sT——高溫下鋼材的彈性模量（N/mm²）；

      E_s——常溫下鋼材的彈性模量（N/mm²），應(yīng)按照現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50017的規(guī)定取值；
      X_sT——高溫下鋼材的彈性模量折減系數(shù)。

5.1.4 高溫下耐火鋼的強(qiáng)度可按本規(guī)范第5.1.2條式（5.1.2-1）確定。其中，屈服強(qiáng)度折減系數(shù)η_sT應(yīng)按下式計(jì)算。

5.1.5 高溫下耐火鋼的彈性模量可按本規(guī)范第5.1.3條式（5.1.3-1）確定。其中，彈性模量折減系數(shù)X_sT應(yīng)按下式計(jì)算。

條文說(shuō)明

5.1 鋼材
5.1.1 本條規(guī)定了高溫下鋼材的物理特性參數(shù)取值。高溫下鋼材的熱膨脹系數(shù)、熱傳導(dǎo)系數(shù)和比熱等隨溫度的不同會(huì)有一定的變化[式（1）～式（4）]，本規(guī)范取這些參數(shù)在高溫下的平均值。
    鋼材的物理特性主要取決于鋼材的化學(xué)組分，加工工藝、加工過(guò)程對(duì)其影響較小。鋼結(jié)構(gòu)工程中常用的碳素結(jié)構(gòu)鋼（低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼）和低合金結(jié)構(gòu)鋼等所含的碳元素、合金元素的比例都很小，基本上小于或等于5％；耐火鋼的合金元素稍高于低合金結(jié)構(gòu)鋼。因此，這些鋼材的高溫物理特性基本相同。
    （1） 結(jié)構(gòu)鋼的熱膨脹變形率△l／l：

式中：T_s——鋼材的溫度（℃）。

    （2） 結(jié)構(gòu)鋼的熱膨脹系數(shù)a_s [m/（m·℃）]：

    （3） 結(jié)構(gòu)鋼的熱傳導(dǎo)系數(shù)λ_s[W/（m·℃）]：

    （4） 結(jié)構(gòu)鋼的比熱c_s[J/（kg·℃）]：

    （5）結(jié)構(gòu)鋼的泊松比v_s：

v_s=0.3 （5）

5.1.2、5.1.3 這兩條規(guī)定了高溫下結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值和彈性模量。
    在本規(guī)范中，如無(wú)特別說(shuō)明，結(jié)構(gòu)鋼是指鋼結(jié)構(gòu)工程中大量應(yīng)用的具有屈服平臺(tái)的低碳結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼，包括Q235鋼、Q345鋼、Q390鋼和Q420鋼等。與高溫下鋼材的物理特性不同，鋼材的生產(chǎn)工藝、加工過(guò)程等對(duì)高溫下鋼材的力學(xué)性能有較大的影響，并且高溫對(duì)高強(qiáng)度鋼、高強(qiáng)度螺栓、高強(qiáng)度鋼絞線、鋼索的強(qiáng)度影響要顯著地大于結(jié)構(gòu)鋼，式（3）不適用這些鋼材。
    結(jié)構(gòu)鋼在高溫下的力學(xué)性能有如下特點(diǎn)（圖3）：

    （1） 鋼材的屈服強(qiáng)度和彈性模量隨溫度升高而降低，且屈服臺(tái)階變得越來(lái)越小；溫度高于300℃后，已無(wú)明顯的屈服平臺(tái)。
    （2） 鋼材的極限強(qiáng)度基本上隨溫度的升高而降低，但在180℃～370℃溫度區(qū)間內(nèi)，極限強(qiáng)度有所提高，塑性和韌性下降（即出現(xiàn)“藍(lán)脆現(xiàn)象”）。
    （3） 溫度高于400 ℃后，鋼材的強(qiáng)度與彈性模量開(kāi)始急劇下降；溫度達(dá)到650℃時(shí)，鋼材已基本喪失大部分強(qiáng)度。
    溫度高于300℃后，鋼材已無(wú)屈服段，因此需要指定一個(gè)強(qiáng)度作為鋼材的名義屈服強(qiáng)度。通常以一定量的塑性殘余應(yīng)變（稱為名義應(yīng)變）所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力作為鋼材的名義屈服強(qiáng)度（圖4）。常溫下一般取0.2％應(yīng)變作為名義應(yīng)變，而在高溫下名義應(yīng)變?nèi)≈瞪袩o(wú)一致的標(biāo)準(zhǔn)。

    （1） 歐洲鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)防火—歐洲鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)手冊(cè)》規(guī)定，當(dāng)溫度大于400℃時(shí)，以0.5％應(yīng)變作為名義應(yīng)變，當(dāng)溫度低于400℃時(shí)，則在0.2％ （20℃時(shí)）和0.5％應(yīng)變之間按線性插值確定[European Convention for Constructional Steelwork （ECCS）,Technical Committee 3—Fire Safety of Steel Structures，Design Manual on the European Recommendations for the Fire Safety of Steel Structures，1st Edition，1985.]。鋼梁、鋼柱耐火試驗(yàn)表明，按上述方法確定的名義應(yīng)變值過(guò)于保守。
    （2） 英國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑鋼結(jié)構(gòu)  第8部分：耐火設(shè)計(jì)實(shí)施規(guī)范》規(guī)定了三個(gè)名義應(yīng)變水平的強(qiáng)度，以適應(yīng)各類構(gòu)件的不同要求，即：2％應(yīng)變，適用于有防火保護(hù)的受彎組合構(gòu)件；1.5％應(yīng)變，適用于受彎鋼構(gòu)件；0.5％應(yīng)變，適用于除上述兩類以外的構(gòu)件（British Standards Institution，BS 5950，The Structural Use of Steelwork in Buildings，Part 8：Code of Practice for Fire Resistant Design，1990.）。
    （3） 歐洲標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)  第1.2部分：結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)》則取2％應(yīng)變作為名義應(yīng)變來(lái)確定鋼材的名義屈服強(qiáng)度（European Committee for Standardization，EN 1993-1-2，Eurocode 3，Design of Steel Structures，Part 1.2：Structural Fire Design，2005.）。
    隨著研究的廣泛與深入，對(duì)結(jié)構(gòu)鋼的高溫性能以及鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)下的反應(yīng)有了更深入的了解，目前對(duì)于采用較大的名義應(yīng)變來(lái)確定結(jié)構(gòu)鋼高溫下的名義屈服強(qiáng)度已達(dá)成共識(shí)。
    國(guó)內(nèi)對(duì)Q235、Q345等結(jié)構(gòu)鋼進(jìn)行了系統(tǒng)的高溫材性試驗(yàn)，得到了0.2％、0.5％、1.0％等名義應(yīng)變水平的高溫屈服強(qiáng)度。綜合國(guó)內(nèi)試驗(yàn)資料，并參考EN 1993-1-2：2005、BS 5950-8：2003等給出了我國(guó)結(jié)構(gòu)鋼高溫下的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值和彈性模量。表6為按本規(guī)范有關(guān)公式計(jì)算的各溫度下鋼材的屈服強(qiáng)度折減系數(shù)η_sT和彈性模量折減系數(shù)X_sT。

5.1.4、5.1.5 耐火鋼通過(guò)在鋼材中加入鉬等合金元素，使鋼材在高溫時(shí)從原子中析出碳化鉬Mo₂C。由于此類化合物比鐵原子大，能起到阻止或減弱“滑移”的作用，從而提高鋼材高溫下的強(qiáng)度。耐火鋼無(wú)藍(lán)脆現(xiàn)象，故在低溫度區(qū)段內(nèi)耐火鋼的強(qiáng)度損失大于結(jié)構(gòu)鋼。在實(shí)際工程中，絕大多數(shù)鋼構(gòu)件的臨界溫度在450℃～700℃范圍內(nèi)，在該溫度段內(nèi)耐火鋼的強(qiáng)度損失小于結(jié)構(gòu)鋼。
    目前，各鋼鐵公司生產(chǎn)的耐火鋼的高溫材性有較大的差別，本規(guī)范給出的公式不一定適用于所有品種。應(yīng)用式（5.1.4）、式（5.1.5）時(shí)，要求600℃時(shí)耐火鋼的實(shí)測(cè)屈服強(qiáng)度折減系數(shù)不低于式（5.1.4）計(jì)算值的10％。