Advanced Analysis and Design for Fire Safety of Steel Structures

　　Introduction
　　1.1 Damage to Steel Structures Caused by Fire
　　l.l.1 Global Collapse of Steel Structures in Fire
　　1.1.2 Damage to Structural Components by Fire
　　1.2 Requirements for Fire Resistance of Steel Structures
　　1.2.1 Ultimate Limit State of Structures in a Fire
　　1.2.2 Load Bearing Capacity Criteria
　　1.2.3 Fire-Resistance Duration Demands
　　1.3 Approach for Determining Fire-Resistance of Steel Structures
　　1.3.1 Experimental Approach
　　1.3.2 Analytical Approach
　　References
　　Fire in Buildings
　　2.1 Basic Concepts
　　2.1.1 Fire Load
　　2.1.2 Heat Released Rate
　　2.2 Compartment Fire
　　2.2.1 Development of Compartment Fire
　　2.2.2 Heat Release Model of Fire before Flashover
　　2.2.3 Conditio Necessary for Flashover
　　2.2.4 Heat Release Rate of the Fire after Flashover
　　2.2.5 Modeling of Compartment Fire
　　2.2.6 Empirical Modeling of Compartment Fire
　　2.3 Large Space Building Fire
　　2.3.1 Characteristics of Large Space Building
　　2.3.2 Characteristics of Large Space Building Fire
　　2.3.3 Simulation of Large Space Building Fire using Zone Model
　　2.3.4 Characteristics of Large Space Building Fire
　　2.4 Standard Fire and Equivalent Exposure Time
　　2.4.1 Standard Fire
　　2.4.2 Equivalent Exposure Time
　　References
　　Properties of Steel at Elevated Temperatures
　　3.1 Thermal Properties of Structural Steel at Elevated Temperatures
　　...
　　3.1.1 Conductivity
　　3.1.2 Specific Heat
　　3.1.3 Deity
　　3.2 Mechanical Properties of Structural Steel at High Temperature
　　3.2.1 Test Regimes
　　3.2.2 Definition of Yield Strength at High Temperature
　　3.2.3 Mechanical Properties of Structural Steel at High
　　Temperatures
　　3.2.4 Yield Strength and Elastic Modulus of Fire-Resistant Steel
　　at High Temperatures
　　3.2.5 Stress-Strain Relatiohip of Normal Strength Structural
　　Steel and Fire-Resistant Steel at Elevated Temperatures
　　3.3 Mechanical Properties of High Strength Steel at High
　　Temperatures
　　3.3.1 High Strength Bolt
　　3.3.2 High Strength Cable
　　3.4 Properties of Stainless Steel at High Temperatures
　　3.4.1 Thermal Properties of Stainless Steel
　　3.4.2 Mechanical Properties of Stainless Steel at High
　　Temperatures
　　References
　　Temperature Elevatio of Structural Steel Components Exposed to
　　Fire
　　4.1 Laws of Heat Trafer
　　4.1.1 Heat Trafer in Structural Membe
　　4.1.2 Heat Trafer between Hot Smoke and a Structural Member
　　4.2 Practical Calculation Method for Temperature Elevation of
　　Structural Membe
　　4.2.1 Calculating Model
　　4.2.2 Temperature Elevation of Structural Component with
　　Uniformly Distributed Temperature
　　4.2.3 Temperature of Structural Component with Non-Uniformly
　　Distributed Temperature
　　4.3 Practical Calculation Method for Temperature Evolution of
　　Structural Membe Exposed to a Large Space Building Fire
　　4.3.1 Effects of Flame Radiation on Temperature Elevation of
　　Un-Protected Steel Structural Components
　　4.3.2 Parametric Study
　　4.3.3 Limit Value of Flame Radiation
　　4.4 Example
　　References
　　Fire-Resistance of Isolated Flexurai Structural Components
　　5.1 Load-bearing Capacity of a Flexural Steel Component at High
　　Temperatures
　　5.1.1 Strength of a Flexural Steel Component at High
　　Temperatures
　　5.1.2 Lateral Toional Buckling Strength of a Flexural Steel
　　Component at High Temperatures
　　5.1.3 Critical Temperature of a Flexural Steel Component in Fire.
　　5.1.4 Example
　　5.2 Fire-resistance of Flexural Steel-Concrete Composite Components
　　5.2.1 Material Properties and Temperature Calculation of a
　　Composite Beam
　　5.2.2 Strength of a Composite Beam at High Temperature
　　5.2.3 Critical Temperature of a Composite Beam
　　5.2.4 Parametric Study
　　5.2.5 Simplified Approach for the Fire Resistance Design of
　　Composite Beams
　　5.2.6 Example and Comparison
　　5.2.7 Experimental Validation
　　References
　　Fire-Resistance of Isolated Compressed Steel Components
　　6.1 Fire Resistance of Axially Compressed Steel Components
　　6.1.1 Load Bearing Capacity of Axially Compressed Steel
　　Components
　　6.1.2 Critical Temperature of art Axially Compressed Component
　　6.1.3 Example
　　6.2 Design Method for a Structural Component under the Combined
　　Axial Force and Bending Moment
　　6.2.1 Stability of a Structural Component under the Combined
　　Axial Force and Bending Moment
　　6.2.2 Cross-Sectional Strength of the Structural Component
　　under the Combined Axial Force and Bending Moment at
　　Elevated Temperatures
　　6.2.3 Critical Temperature of the Structural Component
　　Subjected to the Combined Axial Force and Bending
　　Moment
　　6.2.4 Example
　　References
　　Fire-Resistance of Restrained Flexural Steel Components
　　7，1 Fire-Resistance of a Restrained Steel Beam
　　7.1.1 Fire Test of Restrained Steel Beams
　　7.1.2 Analysis and Design for Fire-Resistance of a Restrained
　　Steel Beam
　　7.2 Fire Resistance of Steel-Concrete Composite Beams
　　7.2.1 Fire Test on Restrained Steel-Concrete Composite Beams .
　　7.2.2 Analysis of Restrained Steel-Concrete Composite Beams..
　　7.2.3 Practical Design Method for a Restrained Steel-Concrete
　　Composite Beam
　　7.2.4 Axial Force in the Composite Beam
　　References
　　Fire-Resistance of Restrained Steel Colum
　　8.1 Fire Test on Restrained Steel Colum with Axial and Rotational
　　Restraint
　　8.1.1 Test Set-Up and Test Specimen
　　8.1.2 Displacement and Temperature Acquisition
　　8.1.3 Test Schedule
　　8.1.4 Test Results
　　8.1.5 Numerical Simulation of the Fire Test
　　8.2 Parametric Study of Restrained Steel Colunms in a Fire
　　8.2.1 Paramete
　　8.2.2 Parametric Study on a Restrained Steel Column under
　　Axial Load Only in a Fire
　　8.2.3 Parametric Study of a Restrained Column under Combined
　　Axial Load and Bending Moment in a Fire
　　8.3 Simplified Design Method for Restrained Steel Colum in a Fire.
　　8.3.1 Design Method for Restrained Colum under Axial Load
　　Only in a Fire
　　8.3.2 Design Methods for the Restrained Colum under
　　Combined Axial Load and Bending Moment
　　8.4 Fire-Resistance of Restrained Colum with Non-Uniform
　　Temperature Distribution
　　8.4.1 Test Arrangement and Itrumentation
　　8.4.2 Temperature Distribution
　　8.4.3 Continuum Model
　　8.4.4 Experiment Study
　　References
　　Fire-Resistance of Composite Concrete Slabs
　　9.1 Fire-resistance Design Method for Composite Concrete Slabs
　　Based on Small Deflection Theory
　　9.1.1 Studied Slabs
　　9.1.2 Parametric Studies
　　9.1.3 Simplified Design Method
　　9.1.4 Verification by the Fire Resistance Test
　　9.2 Fire Resistance Design Method for the Composite Stab
　　Coidering Membrane Action
　　9.2.1 Development of the Membrane Action of a Composite Slab
　　in a Fire
　　9.2.2 Fire Test on the Composite Slab
　　9.2.3 Analysis of the Composite Slab in Coideration of the
　　Membrane Action in a Fire
　　References
　　10 Analysis of Steel Moment-Resistant Frames Subjected to a Fire
　　10.1 Element for Analysis
　　10.1.1 Properties of the Elemental Cross-Section
　　10.1.2 Location of the Neutral Axis in an Elastic State
　　10.1.3 Eqnivalent Axial Stiffness
　　10.1.4 Equivalent Bending Stiffness in an Elastic State
　　10.1.5 Initial Yielding Moment
　　10.1.6 Location of the Neutral Axis in Total Plastic State
　　10.1.7 Plastic Moment
　　10.1.8 Stiffness of Element
　　10.2 Thermal Force of Element ~
　　10.3 Structural Analysis
　　10.4 Experimental and Theoretical Prediction
　　References
　　11 Analysis and Design of Large Space Steel Structure Buildings
　　Subjected to a Fire
　　11.1 Practical Analysis Approach for Steel Portal Frames in a Fire
　　11.1.1 Finite Element Modeling and Assumptio
　　11.1.2 Paramete Influencing the Fire Resistance of a Steel Portal
　　Frame
　　11.1.3 Estimation of the Critical Temperature of a Steel Portal
　　Frame
　　11.1.4 Example
　　11.1.5 Fire Protection
　　11.2 Critical Temperature of a Square Pyramid Grid Structure in a
　　Fire..
　　11.2.1 Paramete of Grid Structures
　　11.2.2 Definition of Paramete
　　11.2.3 Critical Temperature of the Structural Component
　　11.2.4 Critical Temperature of the Grid Structure in Uniform
　　Temperature Field
　　11.2.5 Critical Temperatures of the Grid Structure in a
　　Non-Uniform Temperature Field
　　11.2.6 Conditio for a Grid Structure with no Need of Fire
　　Protection
　　11.3 Continuous Approach for Cable-Net Structural Analysis in a
　　Fire ..
　　11.3.1 Behavior of a Single Cable in a Fire
　　l 1.3.2 Behavior of the Cable-Net Structure in a Fire
　　11.3.3 Simplified Method for the Critical Temperature of a
　　Cable-Net Structure
　　11.3.4 Critical Temperature of a Cable-Net Structure with
　　Elliptical or Diamond Plan View
　　11.3.5 Critical Temperature of the Cable-Net Structure with
　　Parabolic Plan View
　　References
　　Appendix A: Paramete for Calculating the Smoke Temperature in
　　Large Space Building Fire
　　Appendix B: Stiffness Matrixes of Beam-Column Elements
　　Appendix C: Height of the Flame
　　Appendix D: Critical Temperatures of Composite Beams
　　Appendix E: Critical Temperatures of a Steel Column Subjected to
　　Combined Axial Force and Bending Moment
　　Appendix F: Maximum Fire Power at Which a Grid Structure Does
　　not Need Fire Protection
　　Index

　　Dr. Guoqiang Li is a Professor at the Civil Engineering College of Tongji Univeity， China； Dr. Peijun Wang is an Associate Professor at the School of Civil Engineering of Shandong Univeity,China.

　　《Advanced Analysis and Design for Fire Safety of Steel Structures》"Steel structure fire resistant advanced analysis and design （English veion）（fine）"（Li Guoqiang， Wang Peijun）：Advanced Analysis and Design for Fire Safety of Steel Structures systematically presents the latest findings on behaviou of steel structural components in a fire, such as the catenary actio of restrained steel beams, the design methods for restrained steel colum, and the membrane actio of concrete floor slabs with steel decks. Using a systematic description of structural fire safety engineering principles, the autho illustrate the important difference between behaviou of an isolated structural element and the restrained component in a complete structure under fire conditio."Steel structure fire resistant advanced analysis and design （English veion）（fine）" will be an essential resource for structural enginee who wish to improve their undetanding of steel buildings exposed to fires. It is also an ideal textbook for introductory coues in fire safety for master's degree programs in structural engineering, and is excellent reading material for final-year undergraduate students in civil engineering and fire safety engineering. Furthermore, it successfully bridges the information gap between fire safety enginee, structural enginee and building ipecto, and will be of significant interest to architects, code officials, building designe and fire fighte.