建筑结构抗火性能研究回顾及展望

火灾产生的高温可使建筑结构严重破坏甚至倒塌 ,为了保证建筑结构具有足够的抗火能力 ,必须进行建筑结构抗火分析和设计。各国学者对建筑结构抗火性能进行了大量研究 ,取得了丰硕的成果。本文简要介绍火灾科学的产生及发展的进程 ,重点回顾建筑结构抗火性能研究的进展 ,进而对今后发展进行了展望。     

某综合楼钢结构抗火安全设计与评估(Ⅱ) --火灾作用下结构的分析及抗火验算

某综合楼为一高层钢结构建筑。试验及对火灾调查表明,由于构件相互作用及荷载传递路径的改变,整体结构中的构件的抗火性能与抗火试验中的简支梁或柱有很大不同。本文采用基于性能化思想的抗火设计方法,对该综合楼进行了整体分析,考虑了构件之间的相互作用,并结合梁产生悬链线效应后的特点,确定出构件的实际受力。据此进行了构件强度及稳定的验算,提高了构件在火灾作用下的安全性。在楼板的抗火设计中,采用较新的科研成果,考虑了薄膜效应的影响,使一部分次梁免于防火保护,降低了防火成本。     

铝合金空间结构抗火性能研究进展

铝合金材料在高温下的力学性能较差,考虑到铝合金结构常用于重要大型空间结构,其抗火性能与人员生命财产安全密切相关,对国内外近年来关于铝合金空间结构抗火性能的研究进行了系统综述与分析。首先,总结了有关铝合金结构高温性能的研究,包括材料的高温性能、构件和节点的高温性能和空间结构的整体抗火性能等。随后,指出了大空间火灾与一般室内火灾的不同,并对比了各种大空间火灾温度场确定方法的优缺点;总结了有关钢结构构件在火灾下温升的确定方法,并强调了火焰辐射在大空间火灾下的重要影响;阐述了有关大空间结构整体抗火性能的研究;介绍了性能化抗火设计思想及其优越性。最后,总结了有待解决的关键问题和需进一步开展的工作。     

考虑结构整体性的组合梁抗火性能研究

处于结构整体中的构件具有比单个构件更高的抗火能力，这已在Cardinton试验以及一些火灾现象中得到了证实。由于结构的高次超静定，组合梁在火灾下达到其极限抗弯承载能力后，尚能够利用悬链线效应继续承载。通过理论和试验研究，给出了考虑结构整体性的组合梁火灾全过程计算方法。利用这种方法，可以计算组合梁挠度、轴力、跨中及梁端弯矩的变化全过程，进而对组合梁的抗火性能进行火灾全过程分析。通过试验，验证了这种理论计算方法的可靠性，为组合梁抗火性能的理论研究和抗火设计提供了参考。     

CFRP体外预应力筋加固大空间门式刚架的抗火性能北大核心CSCD

CFRP体外预应力筋加固钢结构是一种新型钢结构加固技术,其抗火性能值得研究。基于CFRP筋高温力学性能分析,结合瞬态动力学数值计算方法,建立了体外预应力CFRP筋加固大空间门式刚架抗火分析的数值计算模型,分析了CFRP筋线膨胀系数、预应力设计值及预应力筋截面积对结构抗火的影响。研究结果表明:1CFRP体外预应力筋加固后的大空间门式刚架抗火性能明显提高;2可以不考虑CFRP筋线膨胀系数对结构抗火的影响;3CFRP筋预应力设计值与预应力筋截面积对结构抗火有不同程度的影响。研究结果可供大空间门式刚架加固后的抗火设计、火灾风险评估参考。     

CFRP体外预应力筋加固大空间门式刚架的抗火性能

CFRP体外预应力筋加固钢结构是一种新型钢结构加固技术,其抗火性能值得研究。基于CFRP筋高温力学性能分析,结合瞬态动力学数值计算方法,建立了体外预应力CFRP筋加固大空间门式刚架抗火分析的数值计算模型,分析了CFRP筋线膨胀系数、预应力设计值及预应力筋截面积对结构抗火的影响。研究结果表明:1CFRP体外预应力筋加固后的大空间门式刚架抗火性能明显提高;2可以不考虑CFRP筋线膨胀系数对结构抗火的影响;3CFRP筋预应力设计值与预应力筋截面积对结构抗火有不同程度的影响。研究结果可供大空间门式刚架加固后的抗火设计、火灾风险评估参考。     

预应力混凝土结构抗火设计构造措施分析

预应力混凝土结构在火灾下的抗火性能可以通过理论计算得到保证，但是如果预应力混凝土结构的构造措施不合理，也将大大降低结构的抗火性能，甚至引起预应力失效。通过非线性有限元计算讨论了保护层厚度和防火涂料对结构抗火性能的作用，并对规范要求的保护层厚度进行了分析，最后对锚固区的耐火设计提出了建议。     

火灾下建筑结构抗火性能和人员疏散研究

火灾下建筑结构抗火性能和人员疏散问题是建筑火灾科学的两个重要研究内容,尽管二者最为关注的目标都与时间有关,即结构耐火时间和疏散时间,但实际对这两个问题的研究基本上是独立进行的。首先对结构抗火性能和人员疏散的研究现状和存在的问题进行了梳理总结,从疏散范围和疏散时间两方面讨论了结构抗火性能和人员疏散之间需要满足的关系。基于此,提出了一种适合于性能化结构抗火设计新的极限状态——安全疏散极限状态,将结构抗火性能研究和人员安全疏散结合起来,进而利用时间变量建立极限状态方程,为性能化结构抗火设计提供了一种新的思路。最后,对未来需要解决的若干关键问题进行展望。     

火灾作用下钢筋混凝土结构的性能研究

建筑物遭受火灾高温作用后，构件的承载力、变形、耐久性抗震性能等都会受到不同程度的损伤，使整个建筑结构的耐久性、安全性降低。采用ISO834标准温度一时间曲线下的火灾环境，通过对钢筋混凝土构件的两个主要组成部分：钢筋和混凝土，在高温下和高温后材料性能的分析、归纳，给出了钢筋及混凝土等结构材料抗高温的性能规律，希望能为人们研究混凝土结构的抗火性能提供些参考。     

约束高强度Q460钢柱抗火性能分析

为了研究高强度约束钢柱在火灾下的反应,根据高强度结构钢Q460在高温下的力学性能参数,建立了约束高强度钢柱受火分析模型,得到了高强度约束钢柱在火灾下的轴向位移、跨中挠度、最大应力以及临界温度。采用有限元分析对理论结果进行了验证,两者吻合很好。利用验证过的该文计算方法计算了2种荷栽比、长细比和约束刚度比条件下的高强钢柱的抗火性能;采用CECS200:2006的力学性能参数计算了约束普通钢柱的抗火性能。通过对高强钢和普通钢的抗火性能分析发现,轴向约束明显降低钢柱的临界温度,长细比、荷载比越大,临界温度越低;高强钢的抗火性能要优于普通钢。     

非膨胀型防火涂料的等效热传导系数及其试验方法

热传导系数是表征非膨胀型防火涂料隔热性能最重要的参数,也是进行钢构件升温计算所必需的参数。非膨胀型防火涂料的热传导系数随温度升高有较大变化,采用常温下的热传导系数来计算钢构件在火灾下的温度将导致较大的误差。从工程应用角度,热传导系数采用一个常数可极大地简化计算,因此本文提出了等效热传导系数的概念及其试验方法。该方法基于非膨胀型防火涂料保护钢构件标准耐火试验,可综合反映涂料在火灾下的实际性能。试验与理论计算的对比表明,采用等效热传导系数可相当精确地模拟非膨胀型防火涂料保护钢构件在火灾下的升温。     

水性膨胀型防火涂料的现状和应用

钢结构是现代建筑工程中较普遍的结构形式之一,具备重量轻、机械性能好、可承受较大的荷载及制作和安装机械化程度高的特点。随着城市规模的发展,钢结构在我国建筑业具有非常广阔的应用前景。但由于其自身抗火能力差,在火灾高温作用下,其力学性能如屈服强度、弹性模量等会随温度升高而降低,一般在15min左右即丧失承重能力而垮塌,需采取保护措施使其温度不超过临界点才能在火灾中保持稳定性。涂敷钢结构防火涂料,施工简单、重量轻、耐火时间长且不受钢结构几何形状的制约,具有良好的经济性和实用性。随着环保意识的增强,国内外越来越多的建筑提倡绿色环保理念,参与三星或LEED认证体系的评级认证。水性膨胀型防火涂料凭借其优异的环保、施工安全和防火性能,开始逐渐受到众多业主和设计师的青睐。本文从防火原理、技术特点、防火领域的国内外认证、施工和质量管理的角度,浅谈水性膨胀型防火涂料的性能和发展现状,同时也讨论了目前防火涂料存在的一些问题。     

纯弯荷载下厚型钢结构防火涂层破损的试验研究和数值分析

厚型钢结构防火涂层因其耐火性好、性能稳定而成为最常用的防火保护形式之一,但厚型防火涂层易在地震和冲击等作用下发生破损和脱落,这将影响钢结构的抗火性能。为了认识厚型钢结构防火涂层的破损模式,本文对涂有厚型防火涂料的钢板件进行了纯弯荷载试验,运用有限元分析软件AN SY S对试验全过程进行了模拟分析,并与试验结果相对比。结果表明:受弯构件压区涂层的破损模式主要为涂层-钢板界面破损,拉区涂层的破损模式与涂层厚度有关,当涂层厚度较薄时,主要为涂层内部拉裂,涂层厚度较厚时,主要为涂层-钢板界面破损;涂层厚度越厚,界面破损出现得越早;若在涂层上贴置应变片,会使涂层的界面裂缝和横向裂缝提早出现。     

火灾烟气中有毒气体的体积分数分布与危害

研究火灾烟气的成分与其体积分数分布是火灾科学的一项重要内容。为了更好地研究建筑火灾烟气的释放过程并为建筑材料评价提供依据，采用文献综述的方法论述了建筑火灾烟气的主要有毒成分、体积分数范围(即浓度范围)与危险含量(即危险浓度)，还介绍了常用的烟气分析方法，说明了对火灾烟气的产生机理和火灾烟气成分的检测方法等还需要进行深入的研究。     

受火钢筋混凝土柱三维温度场的数值模拟

受火构件内部温度场随时间和空间的变化规律对结构和构件的高温响应和抗火性能是至关重要的。应用通用有限元分析程序ABAQUS,对火灾下钢筋混凝土柱的二维温度场和三维温度场进行了有限元分析计算。所得计算结果与相关试验数据吻合,证明了通过通用有限元软件对钢筋混凝土结构进行三维温度场分析的可行性,也为混凝土结构在高温下以及高温后的三维响应分析提供了理论依据。     

城市交通隧道内火灾环境发展规律的数值模拟研究

为缓解城市地面交通压力,城市交通隧道在许多大城市中已经得到越来越多的应用。由于城市交通隧道具有特殊的交通特性、地理位置及建筑结构,其火灾安全问题受到了极大的关注。研究其内部的火灾环境,对于设置相应的防火安全设施来保证内部人员和隧道结构本身的安全至关重要。本文采用数值模拟的手段,对自然通风工况下,有坡度和无坡度隧道在火灾环境下的温度分布特性进行了研究。研究结果表明,2种隧道内的温度分布特性有很大差异;对于由烟囱效应导致的有坡度情况下的温度分布特殊性,在制定相应的防排烟措施时应充分考虑。研究结果对于隧道的结构防火设计、防排烟系统设计及火灾时的人员疏散方案制定有一定的参考价值。     

建设城市中的防火安全系统

本文根据调查分析，指出建设城市防火安全系统的迫切性。阐述了建设城市防火安全系统的基本原理和规划方法。并探讨了城市防火安全系统的运用管理。     

排烟方式对大空间建筑火灾空气升温的影响

为了考察烟气排放对大空间建筑火灾温度场的影响,利用FDS程序仿真模拟了火灾场景,系统分析了不同排烟系统对温度场的影响。结果表明:烟气排放对温度的影响较大,最大降温幅度可达原最高温度的50%左右;降温幅度与建筑高度有密切联系;当建筑高度小于12m时,按规范设计的自然排烟系统下的火场温度低于机械排烟的火场温度;当建筑高度达到或超过12m时,自然排烟系统下的火场温度将接近或高于机械排烟的火场温度。