结合高温热性能的混合纤维超高性能混凝土（UHPC）梁的先进性能型防火设计

《Results in Engineering》：Advanced Performance-Based Fire Design of Hybrid Fiber UHPC Beams Incorporating High-Temperature Thermal Properties

UHPC的火灾性能受其热性能显著影响，本研究通过实验与有限元分析，提出考虑温度依赖热性能的预测模型。采用煤灰（CBA）作为细骨料，显著降低UHPC热导率（达常规UHPC34.6%-60.0%），并通过参数化研究建立基于热扩散系数、保护层厚度、截面宽度、配筋率及荷载水平的性能化火灾设计方程，验证精度达±20%，相关系数0.947。

　　超高性能混凝土（UHPC）在火灾中的表现受到其热性能的显著影响，而这些热性能在传统的火灾设计中并未被充分重视。本研究提出了一种基于性能的预测模型，明确纳入了温度依赖的热行为。研究分为两个阶段：第一阶段通过实验程序评估了采用煤底灰（CBA）作为细骨料的UHPC在高温下的热性能。由于CBA具有较低的导热性和较高的孔隙率，它被采用以改善UHPC的隔热性能。通过ASTM E1461闪测法测量了UHPC的导热性和比热容，直至900°C。结果显示，CBA改性的UHPC的导热性仅为文献中报道的常规UHPC的34.6%至60.0%，这种导热性的显著降低显著增强了UHPC梁的耐火性能。第二阶段利用ABAQUS有限元模型模拟了UHPC梁在ISO 834火灾暴露下的热-机械响应，并通过现有实验进行验证。总共进行了763次模拟，研究了热性能、混凝土保护层厚度、截面宽度、配筋率和荷载水平的影响。为了捕捉温度依赖性性能的作用，提出了一个综合的热扩散系数，并开发了一个非线性回归模型。预测方程达到了0.947的相关系数，其估算值与模拟结果的误差在±20%范围内。本研究突出了定制UHPC热性能的重要性，并为混合纤维增强UHPC梁的基于性能的火灾设计提供了经过验证的框架。

火灾是钢筋混凝土（RC）结构在使用寿命中可能遇到的关键危害之一。为确保生命和财产的安全，所有结构都必须保持足够的耐火性。大多数国家的设计规范基于结构的重要性，通常规定最低的耐火时间（通常为3至4小时），并提供标准化的方法来确定耐火等级。RC构件的耐火性能受多种参数的影响，其精确评估通常需要全尺寸火灾测试或有限元（FE）模拟等高级技术。然而，由于其高昂的成本和技术要求，这些方法在常规工程设计中往往不切实际。因此，实践中仍普遍采用规定性设计方法，通过构件尺寸和混凝土保护层厚度等参数间接确保耐火性。然而，规定性方法得出的耐火等级可能与实际结构在火灾中的表现存在显著差异，往往导致过于保守的设计。

为了解决传统方法的局限性，基于性能的火灾设计（PBFD）框架已被开发，以实现更准确的耐火性和结构性能预测。例如，Wang等人（2023）分析了正常强度和高强度RC梁的火灾测试数据库，并提出了基于关键参数（如保护层厚度、荷载水平、截面宽度、配筋率、抗压强度和跨度-高度比）的实证方程，用于预测耐火性。Kodur等人（2008）利用测试数据校准的分析模型量化了这些参数对火灾期间时间-挠度行为的影响，展示了数值方法在PBFD中的实用性。超高性能混凝土（UHPC）是一种具有优于传统混凝土的机械强度和耐久性的水泥基复合材料。由于其高强度和延展性，UHPC可以减少截面尺寸，节省材料，提高施工可行性，从而在结构应用中提供经济优势。然而，UHPC的致密基体阻碍了高温下的内部蒸汽压力释放，使其在火灾暴露下极易发生爆炸性爆裂，这显著影响了结构完整性。此外，Bolina等人（2024）通过分析研究指出，由于UHPC截面较薄和较高的导热性，其耐火性低于普通强度混凝土（NSC）成员，因此在设计过程中需要特别谨慎。许多研究旨在缓解这一风险，其中混合纤维增强（通常结合钢纤维（STF）和聚丙烯纤维（PPF））已被证明在抑制爆裂方面有效。例如，Hou等人（2019）显示，采用2体积% STF和0.2体积% PPF增强的UHPC梁在火灾中表现出抗爆裂性。在此基础上，Ren等人（2021）基于多研究的实验结果开发了一个经过验证的数值模型，以预测混合纤维增强UHPC梁的耐火性。他们的发现表明，保护层厚度、配筋率、截面宽度和荷载水平是影响耐火性能的主要参数，而抗压强度和跨度-高度比的影响可以忽略不计。然而，值得注意的是，他们的预测模型并未考虑UHPC的热性能，而热性能对火灾期间温度分布和机械退化有显著影响。尽管该模型具有实际应用价值，但其适用性仅限于具有不同热特性的UHPC混合物。然而，该研究证明了数值方法可以准确模拟无爆裂UHPC梁的热和机械响应，并提出了一个基于性能的实证方程。

与其他水泥基材料一样，UHPC的热性能（如导热性和比热容）在火灾中显著影响其热和机械响应。这些性能根据材料组成和混合设计而变化。值得注意的是，UHPC的导热性通常高于普通强度混凝土。这种较高的导热性在火灾期间加速了内部热量传递，导致核心混凝土和钢筋的温度迅速上升，从而更快地恶化承载能力。先前的研究表明，添加轻质或隔热材料（如球形空心玻璃微珠或膨胀聚苯乙烯）可以改善UHPC的热绝缘性能。其中，煤底灰（CBA）显示出作为细骨料以减少导热性而不显著影响抗压强度的潜力。虽然使用CBA预计可以缓解火灾期间UHPC核心区域的温度上升，并通过使用工业废料提高建筑施工的可持续性，但关于CBA改性UHPC在高温下的热性能和机械响应的全面数据仍然有限。

受这些研究空白的启发，本研究首先进行了混合纤维增强UHPC（掺入CBA骨料）的高温热性能实验测量，并将其与现有文献进行了比较。随后，利用ABAQUS进行了数值研究，以探讨热性能对火灾中UHPC梁截面温度分布和机械响应的影响。FE模型与之前研究的非爆裂UHPC火灾测试数据进行了对比验证。最后，基于包括保护层厚度、荷载水平、截面宽度和配筋率等关键参数的全面参数研究，提出了一种基于性能的耐火性预测方程，纳入了热性能的影响。基于这些成果，本研究做出了两个关键贡献。首先，通过掺入煤底灰，开发了一种具有增强耐火性的UHPC混合物。其次，通过明确纳入不同热性能的影响，推进了PBFD，从而将其应用扩展到更广泛的UHPC混合物。这确保了PBFD能够为具有不同热特性的UHPC结构提供更可靠、准确和实用的耐火性预测。

为了研究混合纤维增强UHPC在火灾中的热性能，本研究首先进行了高温热性能测试，采用煤底灰作为细骨料。测试材料包括普通波特兰水泥（OPC），其符合ASTM C150标准，密度为3.15 g/cm3，比表面积为3,492 cm2/g。此外，还掺入了粒化高炉矿渣（GGBFS），其比表面积为4,140 cm2/g。为了提高基体反应性和填充密度，使用了硅微粉（密度：2.20 g/cm3，比表面积：200,000 cm2/g）和硅粉（密度：0.75 g/cm3，比表面积：2.65 cm2/g）作为填充材料。为了提高UHPC的热绝缘性能，采用了煤底灰（CBA）作为细骨料，其粒径小于1 mm，来源于永兴热电厂。

在测试过程中，使用了激光闪光法，依据ASTM E1461标准评估了UHPC的高温热行为，包括热扩散性（α）、导热性（λ）和比热容（Cp）。测试使用NETZSCH LFA 467 HT热分析仪（德国），其支持的温度范围从室温到1250°C，热扩散性测量范围为0.01–1,000 mm2/s，导热性范围为0.01–2,000 W/m·K。测试样品由50×50×50 mm3的UHPC立方体切割成较小的样品，尺寸为10×10 mm2和2.5 mm厚。根据以往研究，样品尺寸对UHPC等混凝土材料的热性能影响不大，因此实验获得的热性能数据可以应用于较大尺度的UHPC梁的热传递分析。测试装置的示意图如图4所示。在测试过程中，对样品的前表面施加短暂而高强度的辐射能脉冲，同时连续监测样品背面的温度变化。热扩散性基于样品厚度和背面达到特定温度分数所需的时间计算。比热容则通过温度响应得出，而密度则通过集成称重和尺寸测量仪器自动测量。导热性则通过热扩散性与密度和比热容的关系计算得出。

为了确保测试的可靠性，每个测试条件都制备了三个重复样品。在Eurocode II中，用于混凝土结构火灾设计的混凝土温度依赖热性能（如导热性和比热容）通常表示为20°C至1200°C范围内的连续方程。然而，对于UHPC等混凝土材料，当温度超过约700–900°C时，热性能的变化变得可以忽略不计。因此，先前的研究者在使用有限元软件进行热传递分析时通常仅将UHPC的热性能定义到700–900°C，并假设其在该温度范围外保持不变。根据这些已建立的做法，测试在10个目标温度点进行：20、100、200、300、400、500、600、700、800和900°C。在每个温度级别，进行了五次重复测量，并取平均值以确保数据可靠性。

测试结果表明，本研究开发的UHPC在常温下的导热性约为1.2 W/m·K，显著低于文献中报道的常规UHPC的导热性（通常在2.0至3.47 W/m·K之间）。这种降低主要归因于煤底灰（CBA）的低密度和高孔隙率，与之前关于CBA改性低强度混凝土的热导率研究结果一致。特别地，虽然硅砂在其他UHPC的生产中常用，其热导率约为0.712 W/m·K，但本研究中使用的CBA粉的热导率仅为0.509 W/m·K，这被认为在降低UHPC热导率方面发挥了重要作用。此外，由于CBA颗粒的不规则和角状形状，水泥浆体在CBA颗粒附近形成了空气孔隙，导致与硅砂制成的UHPC相比，孔隙率增加了约49.6%。由于空气的热导率远低于固体，这种额外的孔隙率，加上骨料的固有导热性差异，进一步解释了本研究中采用CBA制成的UHPC热导率低于硅砂或其他常规骨料的文献报道。

为了研究热性能对UHPC梁在火灾中的热和机械响应的影响，使用商业有限元分析（FEA）软件ABAQUS进行了数值研究。在第三章中，通过将模拟结果与之前研究的实验数据进行比较，验证了本研究中使用的FEA建模的可靠性。在此基础上，本研究采用Hou等人（2019）的实验设置，探讨了不同参数对UHPC梁火灾行为的影响，并随后建立了全面数据库以开发基于性能的耐火性预测方程。

在参数研究中，选择了关键影响因素，包括热性能（图5）、混凝土保护层厚度、荷载水平（定义为施加弯矩与梁截面名义抗弯强度的比值）、截面宽度和配筋率。每个参数的具体值在表6中给出。根据先前研究指出，抗压强度对UHPC成员的耐火性影响有限，因此在整个分析中将抗压强度固定为150 MPa。为了消除配筋布置的变量性，所有模型都假设相同的钢筋布置：三根均匀分布的钢筋位于截面底部附近。

确定荷载水平首先需要准确估算UHPC截面的名义抗弯强度。虽然通常用于计算常规混凝土抗弯强度的ACI 318规范假设常规混凝土的抗拉强度为零，但这种假设可能导致对UHPC抗弯能力的严重低估，因为UHPC表现出高抗拉强度和延展性。图14比较了ACI 318、ACI 544和FHWA等规范中的应力块模型，表明后两者考虑了纤维增强混凝土的抗拉强度。图15展示了使用每个模型计算的抗弯能力，以及使用FEA模拟的具有不同混凝土保护层厚度（截面宽度、高度、跨度长度和配筋率分别固定为200 mm、400 mm、4500 mm和0.934%）的梁的抗弯能力。对于所有保护层厚度，使用ACI 318模型计算的抗弯强度仅为包含抗拉强度的模型结果的36.6%–42.6%，表明存在严重的低估。因此，为了确保荷载水平的准确评估，采用了与FEA结果最接近的FHWA模型。

在热行为研究中，图16（a）–（f）展示了不同热性能集合下200×400 mm2截面的UHPC梁在30、60、90、120、150和180分钟火灾暴露下的温度分布。图中的左图例表示温度，单位为°C。在所有情况下，随着火灾暴露时间的增加，高温区从火灾暴露的侧面和底部向未暴露的顶部表面传播。然而，热性能对每根UHPC梁的热渗透速率有影响。在五种情况下，使用本研究测量的热性能的梁与使用Xue等人（2022）热性能数据的梁在热传播方面存在最显著的差异。在30分钟火灾暴露时，使用本研究热性能的梁在核心区域的温度低于约100°C（除了最外层表面），而使用Xue等人（2022）热性能的梁则表现出迅速的热渗透。这种差异随着时间的推移变得更加明显：在180分钟火灾暴露时，使用本研究热性能的梁的核心温度仍低于300°C，而使用Xue等人（2022）热性能的梁则在截面的整个区域温度超过500°C。

为了定量评估热性能对火灾中截面温度分布的影响，提取了截面中性轴沿五个位置（TC1–TC5）的平均混凝土温度以及靠近拉伸钢筋的三个位置（TS1–TS3）的平均钢筋温度，如图17所示。图18（a）展示了所有梁在TC1–TC5位置的平均混凝土温度与ISO 834标准火灾曲线的比较。结果表明，混凝土温度上升最快的是：Xue等人（2022）> Bolina等人（2023）> Kodur等人（2020）> Chen等人（2023）> 本研究。在5小时火灾暴露后，使用Xue等人（2022）热性能的梁温度比其他梁高15.2–29.4%。钢筋温度在使用Xue等人（2022）热性能的梁中上升更快，这可能归因于他们研究中报告的相对较高的导热性和较低的比热容。然而，该梁在热模拟结束时的钢筋温度仅比其他梁高8.6–14.6%，这与混凝土温度的变化（图18（b））相比差异较小。这表明，拉伸钢筋对UHPC热性能的变化不如混凝土核心敏感，这可能归因于其靠近火灾暴露表面的位置。

在机械行为研究中，图19展示了不同热性能的UHPC梁的挠度-火灾暴露时间曲线。在所有情况下，混凝土保护层厚度、荷载水平、截面宽度和配筋率分别保持在20 mm、0.3、200 mm和0.934%。FEA模拟结果清楚地表明，热性能显著影响UHPC梁的耐火性。根据所应用的热性能，耐火时间范围从60.8到96.1分钟，显示了高达58.1%的变化。为了开发UHPC梁的基于性能的耐火性预测模型，需要定量考虑常温和高温下的导热性和比热容。为此，本研究引入了综合热扩散性的概念，定义为：αint = ∑αT，其中αT = λT / (ρT × Cp,T)。在这些情况下，αint、αT、λT、ρT和Cp,T分别表示综合热扩散系数（mm2/s）、温度T下的热扩散性（mm2/s）、温度T下的导热性（W/m·K）、温度T下的密度（g/cm3）和比热容（MJ/m3·K）。为了计算αint，αT在十个离散温度点（20、100、200、…、900°C）进行了计算。当文献中引用的热性能数据在某些温度下缺失时，采用了以下插值/外推规则：1. 如果存在较高温度下的数据，缺失值则通过线性插值。2. 如果测量未达到900°C，则假设最高可用值在900°C以下保持不变。

表7提供了每个温度下αT的计算值以及所有热性能集的αint结果。如表7所示，采用CBA制成的UHPC的αint低于文献中采用硅砂或天然砂制成的UHPC。这可能是由于CBA骨料的高孔隙率和不规则形状，以及由此导致的UHPC内部孔隙率增加，如第2.4.1节所述。图20展示了αint与UHPC梁耐火时间之间的关系。结果表明，随着αint的增加，耐火性呈指数级下降。因此，本研究采用了以下指数函数作为基于性能的预测模型：?αint = a1 × e^(a2 × αint)，其中a1和a2是校准常数，反映了热扩散性对结构性能的影响。表7还列出了每个温度下αT的计算值和所有热性能集的αint结果。

图21展示了不同混凝土保护层厚度下UHPC梁的归一化耐火性。归一化耐火性定义为具有特定保护层厚度的梁的耐火时间与具有10 mm保护层厚度的梁的耐火时间的比值。在这些模拟中，所有其他参数——截面宽度、荷载水平和配筋率——分别保持在200 mm、0.3和0.933%。FEA结果表明，UHPC梁的耐火性与混凝土保护层厚度呈二次多项式关系，与之前研究的发现一致。图21中显示的二次函数是通过对所有热性能集的结果取平均得到的。观察到了综合热扩散性与随着保护层厚度增加的耐火性提升之间的轻微耦合效应。综合热扩散性较低的梁在保护层厚度增加时显示出略微更高的耐火性提升。

图22展示了不同截面宽度下UHPC梁的归一化耐火性。归一化耐火性定义为具有特定截面宽度的梁的耐火时间与具有100 mm宽截面的梁的耐火时间的比值。在该分析中，所有其他参数——混凝土保护层厚度、荷载水平和配筋率——分别保持在20 mm、0.3和0.933%。FEA模拟结果表明，UHPC梁的耐火性随着截面宽度线性增加。线性趋势是通过对不同热性能的梁的模拟数据取平均得到的。这种行为归因于随着截面宽度的增加，从暴露侧表面传递到中心位置钢筋的热量减少。未观察到UHPC的热性能与截面宽度和耐火性之间的显著耦合效应。因此，截面宽度对基于性能的耐火性的影响通过以下线性表达式纳入预测模型：?B = c1 + c2 × B，其中B是梁的截面宽度（mm），c1和c2是反映截面几何形状对耐火性贡献的系数。

图23展示了不同配筋率下UHPC梁的归一化耐火性。归一化耐火性定义为具有特定配筋率的梁的耐火时间与具有0.5%配筋率的梁的耐火时间的比值。在本参数研究中，截面宽度、荷载水平和混凝土保护层厚度分别保持在200 mm、0.3和20 mm。FEA模拟结果表明，UHPC梁的耐火性随着配筋率对数增加。这一趋势是通过对不同热性能的梁的模拟数据取平均得到的。此外，UHPC的热性能对配筋率与耐火性之间的关系没有显著的耦合效应。因此，配筋率对基于性能的耐火性的影响通过以下对数表达式纳入预测模型：?ρ = d1 + d2 × ln(ρ)，其中ρ是配筋率（%），d1和d2是反映配筋对耐火性贡献的常数。

图24展示了不同荷载水平下UHPC梁的归一化耐火性。归一化耐火性定义为具有特定荷载水平的梁的耐火时间与具有0.1荷载水平的梁的耐火时间的比值。在本研究中，所有其他参数——混凝土保护层厚度、截面宽度和配筋率——分别固定在20 mm、200 mm和0.933%。FEA模拟结果表明，UHPC梁的耐火性随着荷载水平的增加呈对数下降，与之前研究的趋势一致。拟合表达式是通过对不同热性能的梁的模拟数据取平均得到的。未观察到UHPC的热性能与荷载水平和耐火性之间的显著耦合效应。因此，荷载水平对基于性能的耐火性的影响通过以下对数表达式纳入预测模型：?μ = e1 + e2 × ln(μ)，其中μ是施加的荷载水平（即施加弯矩与梁截面名义抗弯强度的比值），e1和e2是反映耐火性对机械荷载敏感性的系数。

根据图21、图22、图23和图24，UHPC的热性能与混凝土保护层厚度、截面宽度、配筋率和荷载水平之间没有显著的耦合效应。为了进一步研究非热参数之间的潜在相互作用，使用本研究测量的热性能进行了额外的FEA模拟。图25展示了不同配筋率和截面宽度下UHPC梁的归一化耐火性。归一化耐火性定义为具有特定配筋率和截面宽度的梁的耐火时间与具有0.5%配筋率和相同截面宽度的梁的耐火时间的比值。在这些模拟中，所有其他参数——混凝土保护层厚度和荷载水平——分别固定在20 mm和0.3。图26展示了不同配筋率和保护层厚度下UHPC梁的归一化耐火性。归一化通过将具有特定配筋率和保护层厚度的梁的耐火性与具有0.5%配筋率和相同保护层厚度的梁的耐火性进行比较。截面宽度和保护层厚度对耐火性的影响是微小的，表明配筋率与这些参数之间没有显著的耦合效应。因此，配筋率对基于性能的耐火性的影响通过以下线性表达式纳入预测模型：?B = c1 + c2 × B，其中B是梁的截面宽度（mm），c1和c2是反映截面几何形状对耐火性贡献的系数。

图27展示了不同保护层厚度和截面宽度下UHPC梁的归一化耐火性。归一化通过将每根梁的耐火性与具有相同截面宽度和10 mm保护层厚度的梁的耐火性进行比较。在这些模拟中，所有其他参数——混凝土保护层厚度和荷载水平——分别固定在20 mm和0.3。FEA结果表明，UHPC梁的耐火性与保护层厚度呈二次多项式关系，与图21中观察到的行为一致。截面宽度对这一趋势的影响很小，确认了截面宽度与保护层厚度之间没有显著的耦合效应。因此，截面宽度对基于性能的耐火性的影响通过以下二次表达式纳入预测模型：?Cc = b1 + b2 × Cc + b3 × Cc2，其中Cc是混凝土保护层厚度（mm），b1、b2和b3是每个项的加权贡献系数。

图28、图29和图30分别评估了荷载水平与截面宽度、配筋率和保护层厚度之间的耦合效应。在每种情况下，归一化耐火性通过将具有不同荷载水平的梁的耐火性与具有0.1荷载水平的梁的耐火性进行比较得出。在这些模拟中，所有其他变量——混凝土保护层厚度、截面宽度和配筋率——分别保持在20 mm、200 mm和0.933%。FEA结果表明，UHPC梁的耐火性随着荷载水平的增加呈对数下降，与图24中观察到的趋势一致。然而，一些梁在荷载水平超过0.4时表现出明显的耐火性下降。

图31（a）比较了FEA模拟得到的耐火性值与Ren等人（2021）提出的模型的预测值。由于Ren的模型是基于单一热性能数据集开发的，未考虑热性能的变化，因此在应用于不同热性能的梁时，其预测准确性显著下降，相关系数仅为0.383。相比之下，图31（b）比较了FEA结果与本研究提出的方程的预测值。与Ren的模型不同，本研究提出的方程无论热性能类型如何，都能准确预测UHPC梁的耐火性，相关系数高达0.947，表明其预测精度得到了显著提高。这一差异可能与本研究中计算荷载水平的方法不同有关，因为Ren的模型在估算梁的抗弯强度时忽略了UHPC的抗拉强度，这可能导致对UHPC梁实际抗弯强度的估计过高。相反，本研究提出的模型考虑了UHPC的抗拉强度，从而更准确地反映了荷载水平与实际抗弯强度之间的比率。因此，这种方法似乎使预测精度相对提高。

通过进一步评估不同热性能下的预测准确性，图32（a）–（e）展示了使用本研究、Chen等人（2023）、Kodur等人（2020）、Bolina等人（2023）和Xue等人（2022）报告的热性能的FEA模拟得到的耐火性与预测公式之间的比较。与图31（b）相似，提出的模型在所有情况下都能在±20%的误差范围内准确预测UHPC梁的耐火性。相关系数范围为0.927至0.959，表明预测精度并未受到特定热性能应用的显著影响。因此，本研究开发的基于性能的预测公式使UHPC梁的耐火性预测成为一种简单而精确的工具，从而提高设计精度和火灾安全性。

综上所述，本研究的主要发现如下：1）采用煤底灰作为细骨料的UHPC表现出与文献中报道的UHPC相似的比热容，但其导热性显著低于其他UHPC，显示出较低的温度变化。2）FEA模拟准确捕捉了混合纤维增强UHPC梁在火灾暴露下的热和机械行为，证明其作为基于性能的耐火性评估工具的有效性。3）尽管通常认为热性能影响混凝土在火灾中的温度分布，但本研究定量地证明了其影响在UHPC梁的不同位置有所变化。特别是，钢筋对热性能变化的敏感性不如混凝土核心，这可能与其靠近火灾暴露表面的位置有关。4）UHPC梁的耐火性随着综合热扩散系数的增加而显著下降，变化幅度高达58.1%。采用煤底灰的UHPC显示出最低的系数，表明这种工业副产品的环保使用可以增强耐火性，并有助于建筑施工的可持续性。5）未观察到热性能、保护层厚度、截面宽度和配筋率之间存在显著的耦合效应。相比之下，荷载水平与这些参数（不包括热性能）之间存在明显的耦合效应，当荷载水平超过名义抗弯强度的约40%时，某些模型的耐火性急剧下降。这种耦合效应可能归因于在较高荷载水平作用下，结构刚度退化和应力重新分布的加速。6）基于非线性回归的方程无论热性能类型如何都能准确预测UHPC梁的耐火性，可以作为一种简单、精确的工具，提高实际设计的准确性和火灾安全性。