钢结构抗火计算与设计第三章剖析
钢结构抗火计算时结构内力分析
钢结构抗火计算时结构内力分析
1、在进行钢结构抗火计算时，应考虑温度内力和变形的影响。
2、计算钢结构中某一构件受火升温的温度内力和变形时，可将受火构件的温度效应等效为杆端作用力（图6.4.2），并将该作用力作用在与该杆端对应的结构节点上，然后按常温下的分析方法进行结构分析，得到该构件升温对结构产生的温度内力和变形。
其中，受火构件的温度内力可按下式确定：
N T——受火构件的轴向温度内力(压力)；
M Ti——受火构件的杆端温度弯矩（方向与图6.4.2b所示M T e方向相反）；
N f——按等效作用力分析得到的受火构件的轴力（受拉为正）；
M fi——按等效作用力分析得到的受火构件的杆端弯矩(方向与图6.4.2b所示M T e方向一致为正)；
T1、T2——受火构件两侧或上下翼缘的温度，对于有防火保护层的钢构件取T1＝T2；
T0——受火前构件的温度；
E T——温度为(T1＋T2)/2时钢材的弹性模量；
A——受火构件的截面面积；
I——受火构件的截面惯性矩；
h——受火构件的截面高度。
图6.4.2 结构温度效应等效为杆端作用力
3、计算框架柱的温度内力时，如仅考虑该柱升温（相邻柱不升温），则该柱的温度内力可根据计算结果折减30％。
4、钢结构构件抗火验算时，受火构件在外荷载作用下的内力，可采用常温下相同荷载所产生的内力乘以折减系数0.9。
钢结构防火设计总结及算例
钢结构防火设计总结及算例1. 引言钢结构在现代建筑中得到了广泛的应用，其具有高强度、轻质、耐久等优点。
然而，钢材在高温下容易失去强度，因此在钢结构防火设计中必须考虑防火措施，以确保结构的安全性和可靠性。
本文将总结钢结构防火设计的重要观点、关键发现，并通过一个算例进一步展开思考。
2. 钢结构防火设计的重要观点钢结构防火设计的核心目标是保护钢材在火灾中的强度，防止结构失效。
以下是钢结构防火设计的重要观点：2.1 火灾场景分析在进行钢结构防火设计时，需要对火灾场景进行分析，包括火势大小、火源位置、燃烧时间等因素。
根据火灾场景的不同，可以选择不同的防火措施，例如防火涂料、防火板等。
2.2 防火涂料的选择防火涂料是常用的钢结构防火措施之一。
在选择防火涂料时，需要考虑涂料的防火等级、附着力、耐久性等因素。
应根据具体情况选择合适的防火涂料，在保证结构安全的前提下尽量减少防火涂料的使用量。
2.3 防火板的应用防火板是另一种常用的钢结构防火措施。
防火板具有良好的耐火性能和隔热性能，能够有效地防止钢结构在火灾中失去强度。
在选择防火板时，需要考虑其厚度、密度、耐久性等因素。
2.4 结构构造的优化设计钢结构防火设计还需要考虑结构构造的优化设计。
通过合理的结构构造设计，可以降低火灾对结构的影响，提高结构的抗火性能。
例如采用复杂形状的构件、增加构件的保护层厚度等。
2.5 现场施工管理钢结构防火设计不仅涉及到设计阶段，还需要在施工阶段进行现场管理。
施工过程中需要确保防火涂料、防火板的施工质量，以及结构构造的正确实施。
3. 钢结构防火设计的关键发现在钢结构防火设计的实践中，我们还发现了一些关键问题和解决方案：3.1 防火涂料的施工质量防火涂料的施工质量直接影响到钢结构的防火效果。
在施工过程中，需要注意涂料的均匀性、附着力等指标。
可以通过加强施工管理、提高施工工艺等方式提高防火涂料的施工质量。
3.2 防火板的连接方式防火板在钢结构上的连接方式也是一个关键问题。
关于钢结构抗火设计
关于钢结构抗火设计2018年4月1日,《建筑钢结构防火技术规范》GB51249-2017开始实施,其中包含多项强条,引发了业界关注.大家普遍反映相关计算有些复杂,为此,有工程师使用SAP2000的API编制了一款钢结构防火计算插件,能够一键完成冗长的计算流程,让防火计算与设计变得简单.为便于理解、应用,首先对钢结构防火设计理论作简要介绍,然后对如何应用插件予以说明.（1）钢材在火灾下力学性能大幅退化.温度600℃时,结构钢屈服强度只有常温时的50%；温度700℃时,结构钢屈服强度只有常温时的20%.高强度钢材的力学性能则退化更为严重.（2）钢材热传导系数大,火灾下升温快.无防火保护的钢构件,在受火15~20min时,即可能达到600℃以上,难以达到《建筑设计防火规范》GB 50016规定的构件耐火极限要求.要大幅提高钢材在高温下的力学性能难度很大,且不经济.因此,目前提高钢构件耐火极限的主要措施是对其进行防火保护.工程中应用最多的钢构件防火保护方法是涂覆防火涂料,包括非膨胀型防火涂料和膨胀型防火涂料,目前前者也常称为厚型防火涂料,后者常称为薄型防火涂料/超薄型防火涂料.《建筑钢结构防火技术规范》GB51249还规定了工程应用的其他钢构件防火保护方法,包括：包覆防火板,浇筑混凝土,砌筑砌块,涂抹砂浆,包覆防火毡等.在GB51249-2017实施之前,钢结构防火设计主要根据防火涂料检测报告（按照《钢结构防火涂料》GB14907测试）.例如：某检测报告中,涂抹了dfirecal2_v19）,Menu Text输入任意名称,例如“防火计算插件”,点击右边Add按钮,Status变为OK即安装成功,Tools下拉菜单中将出现这个插件.模块1：钢构件抗火设计打开插件,主界面如下：首先在窗口中选中需要计算的一根构件,使其处于高亮状态.在主界面中选择、填入各项参数,有无防火保护均可计算,保护类型包括规范中的非轻质防火保护层、膨胀型防火涂料、非膨胀型防火涂料以及笔者自己加的C20混凝土,截面类型包括工字钢、箱型截面和圆管.选择不同的涂料类型时,下拉框和填框会自动根据计算方法不同变为可填或不可填状态,需根据6.2节相关参数的解释把可填的地方全部填上参数（注意单位）,然后点击“生成”,即可马上根据所选构件的截面参数、材料本构计算出钢构件的升温值以及本构折减情况,弹框显示,并将该构件的材料本构修改为受火后的本构,便于有限元计算.在钢构件的升温计算中（6.2.1、6.2.2节）,规范中采用了一种时间增量迭代的方法,经校核,增量步取1~5s,结果都没有太大差异,在本插件中增量步统一取为1s.规范6.2.3节同时提供了一种轻质防火保护层的升温近似算法（本插件未采用）,跟增量迭代法进行比较后发现,误差一般不超过10%.2：钢与混凝土组合梁抗火设计选择“钢—混凝土组合梁抗火设计”标签,窗口变为以下：依然首先在模型中选择一根构件,然后按照规范8.3节中的内容选择或输入各项参数,点击“验算”即可弹出各项计算结果.在规范中,塑性中和轴的位置有三种情况：混凝土翼板内、钢梁上翼缘内、钢梁腹板内,程序中将其命名为一类、二类、三类截面,能够自动判断并应用相应的计算公式.。
钢结构抗火有限元分析方法浅析
钢结构抗火有限元分析方法浅析摘要：钢结构性能化抗火具有重要的理论意义和工程应用价值。
本文介绍了钢结构抗火研究的总体思路以及火灾下建筑钢结构的温度场分析方法和基于有限元分析的钢结构抗火性能计算方法。
关键词：钢结构抗火研究火灾模型有限元分析0 引言钢结构具有强度高、自重轻、制作安装方便，商品化程度高，抗震性能好、环境污染少等特点，在建筑工程中发挥着重要的作用。
随着钢结构的广泛应用，特别是高层建筑的大量建造，钢结构的抗火设计越来越引起重视。
目前，钢结构往往用于大型的体育馆、展览馆、飞机库、剧场、博物馆和高层建筑结构。
但是钢材的致命弱点是其物理和机械性能对温度很敏感，耐火性能较差。
随着温度的升高，钢材的强度和刚度下降，在火灾中无保护层的钢结构升温很快，即使室温下相对安全的结构在高温时也可能迅速破坏。
不加保护的钢结构构件的耐火极限仅为10 min～20 min，一旦发生火灾，结构极易遭到破坏，后果不堪设想[1]。
进行钢结构抗火设计具有如下意义[2]：1）减轻结构在火灾中的破坏，避免结构在火灾中局部倒塌造成灭火及人员疏散困难；2）避免结构在火灾中整体倒塌造成人员伤亡和财产损失；3）减少火灾后结构的修复费用，缩短灾后结构功能恢复周期，减少间接经济损失。
1 钢结构整体抗火分析思路主要采用性能化设计方法，该方法主要从火灾对结构整体的传热影响和钢材本身的非线性特性两个方面对钢结构进行整体分析。
工作流程如下：传热模型温度场分析温度文件图1 钢结构整体抗火分析流程图2 火灾下钢结构温度场分析可用于分析火灾蔓延及烟气运动的计算软件很多，由于FDS是专门的火灾分析软件，这里介绍FDS软件[3]。
火灾动力学模拟软件FDS由美国国家安全技术学会(NIST)开发，湍流模型为大涡模型，同时包含十多个火灾模拟子模型，如燃烧模型、热辐射模型和热解模型等。
FDS假设燃烧受混合因素多方控制，燃料和氧气的反应速度无限快。
反应物和燃烧产物的质量比可由状态方程以及经验公式推导出来。
CFST-第三讲(抗火设计原理与方法)-归纳
ISO -834 Standard 900 o C 600 o C 300 o C 100 o C
T(℃ )
50
100 150 t(min)
200
250
300
Lie 和 Chabot (1992)
200
current
current
250 计算结果 (min) 200 150 100 50 0 0
30 t( min)
60
90
kt
1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 30 t (min) 60 90
kt
1.2
fcu=40MPa fcu=50MPa fcu=60MPa fcu=70MPa
1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 30 kt
e/ro=0.0 e/ro=0.6 e/ro=1.2
e/ro=0.3 e/ro=0.9
60 t (min)
90
1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 30 t (min) 60 90
β=1.0 β=1.25 β=1.5 β=1.75 β=2.0
kt
⎧ 1 ⎪ 2 ⎪ 1 + at 0 ⎪ 1 k t = f (C , λ , t ) = ⎨ 2 + bt c 0 ⎪ ⎪ ⎪ kt + d ⎩ 0
60 30 0 0 30 60 90 R (min) 120 150
FSI
=
N
u
(t)
u
N
Parametric Analysis
• Fire duration time • Sectional dimension • Slenderness ratio • Steel ratio • Steel yielding strength • Strength of concrete • Load eccentricity
某综合楼钢结构抗火安全设计与评估(Ⅰ)——人员疏散及建筑火灾温度场分析共3篇
某综合楼钢结构抗火安全设计与评估(Ⅰ)——人员疏散及建筑火灾温度场分析共3篇某综合楼钢结构抗火安全设计与评估(Ⅰ)——人员疏散及建筑火灾温度场分析1某综合楼钢结构抗火安全设计与评估(Ⅰ)——人员疏散及建筑火灾温度场分析随着城市化进程的不断加深，高层建筑越来越多地被用来作为商业和住宅的选择，而钢结构正在成为被广泛采用的一种建筑结构形式。
然而，在高层建筑和钢结构中都存在着抗火能力较差的问题，一旦发生火灾就会引起严重后果。
因此，对于高层建筑和钢结构的抗火技术进行深入探究和开发就显得尤为重要。
本文重点探讨某综合楼钢结构抗火安全设计与评估，同时分析了人员疏散和建筑火灾温度场等问题。
一、人员疏散问题疏散是火灾事故中至关重要的问题，特别是在高层建筑中，尤其需要特别关注。
为了确保人员疏散的安全，必须制定相关的应急预案和演练。
在楼房内设置安全疏散通道，随时保持通畅和明亮。
此外，在楼层和使用场所必须明确标识火灾疏散口和逃生通道，并及时更新人员疏散平面图以确保所有人员在火灾发生时能够及时地脱离危险区域。
二、建筑火灾温度场分析建筑火灾温度场模拟模型是研究钢结构抗火问题的重要方法。
计算温度场是抗火评价的基础之一，通过计算实际火情下钢结构温度分布，能够获得该结构在火灾下的稳定性和破坏的程度。
建筑火灾温度场分析中，需要注意以下几点：1、考虑炉火大小，火源位置的不同会导致温度场分布的不同，应仔细设置和插入火源。
2、使用有限元方法分析炉火和被分析构造物的传热过程。
3、根据分析结果进行建筑结构的安全评估。
通过这种方法，我们可以确定建筑结构在火灾中的温度分布范围，找到潜在的安全隐患，并提出有效措施减少损失。
三、结语总之，高层建筑和钢结构的抗火安全设计和评估越来越受到人们的关注，对于如何预防高层建筑和钢结构的火灾破坏非常重要。
疏散通道的规划和设施工程必须符合各项标准要求，同时要每年进行抽检。
建筑火灾温度场分析也至关重要，可以为人们提供预防火灾的线索，并指导购买合适的防火材料和预防火灾。
钢结构抗火分析与计算的开题报告
钢结构抗火分析与计算的开题报告题目：钢结构抗火分析与计算一、选题背景随着社会的进步，建筑物在设计和实施过程中，对于人们的生产、工作和生活提供了更好的保障。
而钢结构建筑作为一种现代化的建筑形式，具有结构先进、施工工期短、生产工艺轻便等显著优势。
在现代建筑中，越来越多的建筑采用了钢结构稳定体系，如大型屋盖、体育馆等建筑。
然而，钢结构抗火性能一直是一个被人们关注的问题。
在火灾中，燃烧的燃料会产生大量的热能，进而加剧钢结构的温度升高，并可能导致其失去稳定性，破坏指定的承载能力和安全性。
因此，需要对钢结构的抗火性能进行分析和计算，以确保建筑物在火灾发生的情况下能保持稳定，为人员的安全提供保障。
二、研究内容和目的本文主要研究钢结构抗火性能的分析和计算方法，旨在深入探究钢结构在火灾发生情况下的安全性评估及其相关机理。
具体研究内容包括以下几个方面：1. 钢结构的抗火性能评估方法，包括市场上普遍应用的几种标准和方法。
2. 钢结构火灾热力学模型构建，以及结构受火后的温度场分析。
3. 钢结构在火灾中的结构性能分析，包括屈曲、稳定性和承载能力等方面的研究。
通过以上研究，旨在：1. 了解钢结构抗火性能评估的一般原则和应用标准。
2. 构建钢结构火灾热力学模型，仿真分析其受火后温度场变化。
3. 评估钢结构在火灾中的结构行为，并对其安全性进行评估，为钢结构设计与施工提供参考依据。
三、研究方法和技术路线本研究主要采用文献资料法、数值仿真分析法和实验分析法。
具体技术路线如下：1. 对国内外钢结构抗火性能研究的相关文献进行系统梳理和综述，了解钢结构抗火性能评估的方法和标准。
2. 构建钢结构火灾热力学模型，运用数值模拟方法（如ANSYS等软件）模拟受火后的温度场变化，并进行分析和验证。
3. 结合实验研究，并在相应的实验室或测试中心开展动静载荷下的火灾试验，以评估钢结构在火灾中的能力。
4. 结合数值仿真和实验分析的结果，进行钢结构抗火性能的评估和分析。
钢结构抗火设计
浅谈钢结构的抗火设计摘要：本文从钢结构的耐火极限及其在火灾条件下的破坏机理入手，介绍了钢结构的抗火计算和防火构造措施设计，并结合工程实例，分析了轻钢结构厂房梁构件的抗火设计方法，为钢结构设计的完整性提供了参考，以推广钢结构的应用。
关键词：钢结构；抗火；设计钢结构建筑被誉为2l世纪的“绿色建筑”，是一种节能环保型、能循环使用的建筑结构。
钢材具有强度高、重量轻、施工速度快、抗震性能好、环境污染少等优点，因而在超高、超大工业与民用建筑中使用比较广泛，特别是为了节约土地资源，我国规定从2003年7月起，禁止在全国各大中型城市使用实心粘土砖，使得钢结构建筑日益增加，如北京国家大剧院、水立方、国贸三期、东方明珠等，即是典型的钢结构建筑。
但与混凝土结构相比，钢结构也有其自身的缺陷，如耐火性差、耐腐蚀性差等，其中耐火问题显得尤为突出。
因此，如何采取科学的方法进行钢结构抗火保护设计，使钢结构的抗火设计做到更加经济、安全、有效，成为设计人员必须考虑的一个重要问题。
1钢结构耐火极限及破坏机理钢结构的耐火极限是指构件在标准耐火试验中，从受到火的作用时起，到失去稳定性或完整性或绝热性止，这段抵抗火作用的时间。
耐火极限是划分建筑耐火等级的基础数据，也是进行建筑物防火构造设计和火灾后制定建筑物修复方案的科学依据。
构件的耐火极限与其采用的材料性质、构造尺寸、保护层厚度以及构件的构法、支撑情况和受火方式等有密切的关系。
一般进行建筑防火设计时，先根据建筑物的使用功能、总楼层数等确定建筑物的耐火等级，再根据耐火等级确定各部位构件的耐火极限。
火灾产生的热量是以辐射和对流的形式传给结构构件的。
当钢材表面受到火烧时，表面温度高，内部温度低。
根据傅里叶定律，热流强度q与温度梯度成正比，即q=-(/dx，也就是说，当构件表面受热时，由于导热系数较大，热量可很快传到内部，因而温度梯度dt/dx很小，加之钢构件截面多为薄壁状，表面温度和内部温度相差无几。
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建筑构件的耐火试验—升温条件
T-T0(℃)
1200 1000
800 600 400 200
0 0
T T 034 lg 8 5 t (1 )
60
120
180
240
300
360
t(min)
钢结构抗火计算与设计第三章剖析
建筑构件的耐火试验—升温条件
➢炉温允许偏差及炉温均匀性要求，偏离温度－时间 标准曲线的偏差值d由下式确定
9F
居民楼
北
8F
居民楼
3F
商住楼
6F
临
墙
2F 民房
9F
居民楼
门面 1F
火灾发生地
配电房
衡 州 大 厦
衡州大市 场
锈蚀 4F
江
路
居民楼
2003.11.3
一楼储有大量 的电器、橡塑制 品以及烟酒、糖 果、红枣、八角、 木耳等副食品
商住楼
临
江
钢结构抗火计算与设计第三章剖析
大门
环球家俱广场
路
备注:
水泥墩 返回
A B
d
100
B
A 实际平均炉温曲线下的面积，B 标准升温曲线下的面积。
当t≤10min时，要求d≤15%；当10＜t≤30min时，要求d≤10% ；当 ＞30min时，要求d≤5% 。
钢结构抗火计算与设计第三章剖析
建筑构件的耐火试验—升温条件
面积A、B 的计算方法： 试验开始10min内，时间间隔小于1min； 在10～30min内，时间间隔小于2min； 在30min以后，时间间隔小于5 min。 在此时间间隔下，把各间隔内温度曲线下的面积相 加即得A、B 在头10min之后的任何时间内，对于不燃结构， 炉温单点最大允许偏离标准曲线不大于±100℃；对于可燃结 构，最大允许偏差不大于±200℃；
钢结构抗火计算与设计第三章剖析
承重构件耐火极限的判定条件
• 承重构件，如梁、柱、屋架等，此类构件本身没 有隔断火焰的作用，所以用失去稳定性单一条件 来判断承重构件是否达到耐火极限。
钢结构抗火计算与设计第三章剖析
承重分隔构件耐火极限的判定条件
• 承重分隔构件，如承重墙、楼板、屋面板等，此 类构件具有承重、分隔双重功能，所以构件在试 验中失去稳定性或完整性或隔热性任何一条时， 构件即达到耐火极限。它们的耐火极限由三个条 件共同控制。
钢结构抗火计算与设计第三章剖析
构件失去绝热性
• 失去绝热性是指分隔构件失去隔绝过量热传导性 能。
• 在试验中，试件背火面测点的平均温度超过初始 温度140℃，或背火面任一测点温度超过初始温 度180℃时，均认为构件失去绝热性。
钢结构抗火计算与设计第三章剖析
分隔构件耐火极限的判定条件
• 分隔构件，如隔墙、吊顶、门、窗等，当构件失 去完整性或绝热性时，构件达到耐火极限。也就 是说，此类构件的耐火性由完整性、绝热性两个 条件共同控制。
• 只有按照这些标准试验条件进行试验，所得耐火极限才 是可靠的，并与其他构件具有可比性。
钢结构抗火计算与设计第三章剖析
建筑构件的耐火试验—升温条件
➢火灾试验采用明火加热，试件受到与实际火灾相 似的火焰作用。 ➢试验时，炉内温度的上升随时间而变化，其表达 式为
TT 034 lg 8 5 t (1 )
钢结构抗火计算与设计第三章剖析
建筑构件的耐火试验—压力条件
试验开始10min后，炉内应达到下述正压条件：
➢ 水 平 构 件 —— 在 试 件 底 面 以 下 100mm 处 的 水 平 面 上 应 保 持 10±5Pa的正压力。
➢ 垂直构件——在试件2/3高度以上范围内应保持正压，在炉内3m 高度、距试件表面100mm处应保持20±5Pa的压力。
钢结构抗火计算与设计第三章剖析
构件失去完整性
• 失去完整性是指分隔构件（如楼板、屋面板、门、 窗、墙体、吊顶等）当其一面受火作用时，在试 验过程中，构件出现穿透性裂缝，火穿过空隙， 火焰穿过构件，使其背面可燃物起火。这时，构 件将失去阻止火焰和高温烟气穿透或阻止背面出 现火焰的性能。此时可认为构件失去完整性。
• 墙——试验中发生塌垮，则表示试件失去承载能力。 • 梁或板——试验中发生塌垮，则表示试件失去承载能力。试件最
大挠度超过L/20，则表示试件失去抗变形能力。 • 柱——试验中发生塌垮，则表示试件失去承载能力。试件轴向压
缩变形速度超过3H（mm/min），则表示试件失去抗变形能力。 其中H为试件在载炉内的受火高度，单位以米计。如某钢筋混凝 土柱，炉内的受火高度为3m，如其变形速度超过9mm/min，则 该柱失去抗变形能力。
注意：规定正压的目的是为了在炉内与试件背火面 形成压差，便于测试试件的完整性是否破坏。
钢结构抗火计算与设计第三章剖析
建筑构件的耐火试验—加载条件
承重构件的试验荷载，应按以下条件之一来确定 ➢ 试件的工作荷载； ➢ 试件的设计荷载； ➢ 试件的试验荷载。
• 建筑构件的耐火极限是指构件在标准耐火试验中， 从受到火的作用时起到失去稳定性或完整性或绝 热性（隔火作用）止，这段抵抗火作用的时间称 为构件的耐火极限，一般以h计。
钢结构抗火计算与设计第三章剖析
构件失去承载能力或抗变形能力
• 失去稳定性是指构件在试验过程中失去承载能力或抗变形能力， 此条件主要针对承重构件。
钢结构抗火计算与设计第三章剖析
见课本P44
钢结构抗火计算与设计第三章剖析
钢结构抗火计算与设计第三章剖析
建筑构件耐火极限试验
• 国家标准《建筑构件耐火试验方法》（GB9978—88）规 定，耐火极限的判定，分为分隔构件、承重构件以及具 有承重、分隔双重作用的承重分隔构件。
• 《建筑构件耐火试验方法》规定了标准耐火试验必须遵 循的升温条件、压力条件、约束条件、受火条件和试件 要求等。
第三章 建筑结构构件耐火极限 与建筑构件的标准耐火试验
• 耐火极限的定义 • 建筑构件耐火极限的试验条件 • 试件要求 • 试验装置
钢结构抗火计算与设计第三章剖析
钢结构抗火计算与设计第三章剖析
钢结构抗火计算与设计第三章剖析Βιβλιοθήκη 钢结构抗火计算与设计第三章剖析
湖南省衡阳市衡州大厦[11.3] 特大火灾坍塌事故现场平面图
湖南省衡阳市“11.3”特大火灾坍塌事故
坍塌现场全景图
钢结构抗火计算与设计第三章剖析
钢结构抗火计算与设计第三章剖析
建筑构件火灾试验的目的
确定构件抵抗火灾的能力，即构件 的耐火性能。 耐火极限是建筑构件的耐火性能的 主要指标，目前通过标准火灾试验来 确定。
钢结构抗火计算与设计第三章剖析
构件的耐火极限