某钢结构物流中心火灾案例及结构抗火分析

2011年3月,某钢结构物流中心发生火灾,过火面积约7000m2,损失惨重。通过对该例火灾的起因、火势蔓延、结构倒塌进行分析,探讨钢结构建筑防火设计和结构抗火措施。研究结果表明:①钢结构因本身抗火性能差,易垮塌,不利于火灾扑救;②在火灾中钢结构易整体破坏,造成重大损失;③由于未采取防火分隔,扩大了火灾蔓延途径和过火面积,加剧了火灾损失,也加大了火灾扑救难度。为了减轻火灾损失,应当:①合理设置防火分隔;②提高或保证钢柱、钢梁的耐火极限,以提升结构抗火能力;③加强对钢构件和结点的防火保护;④保证自动喷水灭火系统的正常运行,有效实施初期灭火。     

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。     

结构抗火混合试验方法的研究进展∗

基于构件标准试验的抗火试验方法很难考虑非受火构件对受火构件的约束效应,也难以反映受火构件对整体结构抗火性能的影响,而正在兴起的抗火混合试验方法是解决上述问题的一条重要途径。本文首先简述传统结构抗火试验方法及其面临的问题,进一步阐述了抗震混合试验与抗火混合试验的关系,然后从试验流程原理、典型试验装置及对应力学边界条件、试验子结构选取与数据交换、不同试验方法的结果对比等方面较为系统地介绍了第一代抗火混合试验,并简要介绍了正在进行中的第二代抗火混合试验系统及其特点,最后总结了抗火混合试验中有待进一步深入研究的几个关键科学问题。     

高温蠕变对钢柱抗火性能的影响

钢材在高温和荷载作用下产生明显的蠕变变形,从而对钢结构在火灾下的变形和受力性能产生较大的影响。目前的结构抗火研究很少考虑蠕变的影响,为了研究高温蠕变对钢柱抗火承载力的影响,引入钢材高温蠕变参数,采用ANSYS有限元程序建立钢柱的抗火分析模型,分析了考虑高温蠕变影响的钢柱抗火性能。采用钢柱的抗火试验数据对有限元模型进行验证,两者吻合较好。利用验证过的有限元模型分析了考虑蠕变效应后钢柱的多个参数对其抗火承载力的影响,并与现行多国规范的钢柱抗火承载力进行了对比。研究表明:考虑蠕变后能更准确地预测钢柱的火灾行为,蠕变对钢柱的抗火性能产生较大的影响。现行规范中钢柱高温承载力的计算结果偏于不安全。     

钢筋混凝土结构抗火研究进展

在大量阅读中外文献的基础上，总结了目前国内外钢筋混凝土结构抗火研究的现状和成果，包括：钢筋混凝土结构在火灾中所处的环境；材料、构件及结构的高温性能；结构的抗火设计方法和灾后结构的损伤评估和修复加固方案等4个方面。最后，对其未来的研究方向进行了展望。     

框架柱抗震抗火设计因素分析

在介绍地震火灾危害基础上,分析了钢筋混凝土框架柱地震与火灾引起的破坏形式,论述了同时考虑抗震与抗火的钢筋混凝土框架柱相悖与相符的设计因素及其依据,给出了相悖设计因素的弥补方法。相关结论对需要同时考虑抗震与抗火的钢筋混凝土框架柱的设计具有一定的指导意义。     

钢筋混凝土结构抗火研究进展与趋势

火灾高温对钢筋混凝土结构材性有显著影响,极易造成结构损伤、破坏甚至倒塌。在大量阅读国内外文献的基础上,从建筑火灾发展过程研究、钢筋混凝土结构在火灾中的行为研究、钢筋混凝土结构抗火设计方法的研究、火灾后钢筋混凝土结构的损伤评估和加固方法的研究等4个方面对钢筋混凝土结构抗火研究进行了论述;总结了目前国内外钢筋混凝土结构抗火研究的主要进展及成果;指出了结构抗火研究尚存在的一些问题;最后,对结构抗火研究趋势进行了展望。     

预应力CFRP筋混凝土梁的抗火试验研究

进行了3根预应力CFRP筋混凝土梁的抗火性能试验,考虑了荷载比对试验梁抗火性能的影响,分析了梁截面温度场、跨中挠度变形和CFRP应力随时间的变化规律。试验结果表明:(1)当保护层厚度为90 mm时,CFRP筋的温度不超过200 ℃,可有效降低CFRP筋的受火温度;(2)受火初期试验梁的挠度变形增长较快,随后增长速度趋于平缓;(3)随着荷载比的增加,试验梁的抗火性能不断降低;(4)与传统预应力钢筋相比,预应力 CFRP筋更易受到温度的影响,最终试验梁由于CFRP筋的断裂而破坏。因此,对于预应力CFRP筋混凝土构件,应采取有效的防火措施。     

多国钢结构抗火规范关于受弯构件计算方法的比较与分析

为了研究受弯构件的抗火性能,及对国内外目前的受弯构件抗火设计方法有一个系统的了解,介绍了中国、美国、欧洲、英国和澳大利亚的钢结构抗火设计规范关于受弯构件的计算方法,并对它们的区别和联系进行了分析。设计了一个算例,分别采用不同的规范计算了其临界温度和耐火极限。经对比分析表明:各国规范的计算结果差别较大,相同条件下,澳大利亚规范计算得出的临界温度较低;无防火保护层时,英国规范计算得出的耐火极限较高,而有保护层时,美国规范计算得出的耐火极限较低。     

考虑蠕变的约束钢梁简化抗火设计方法

高温荷载作用下钢材产生明显的蠕变变形,对钢结构在火灾下的变形和受力性能产生较大的影响。为定量确定高温蠕变对约束钢梁抗火承载力的影响,利用ANSYS建立了考虑蠕变的约束钢梁有限元分析模型。与试验数据对比发现:仅仅通过应力应变关系考虑蠕变不能较好地模拟约束钢梁中蠕变的发展,而采用Poh模型的应力应变关系并考虑蠕变与试验数据吻合最好。利用验证后的分析模型进行参数分析,发现转动约束刚度、屈服强度、升温速率和跨高比等都对约束钢梁的临界温度有明显的影响。《建筑钢结构防火技术规范》给出的约束钢梁抗火设计方法未充分考虑这些参数的影响。对参数分析的结果进行回归分析,给出了适用的考虑蠕变的约束钢梁抗火简化计算方法。     

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。     

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。     

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

随着建筑设计理念及建筑技术的发展,很多新型建筑超出了当前防火规范所涉及的范围,这类建筑就要根据性能化思想来进行防火设计。某综合楼为一高层钢结构建筑,采用先进的建筑理念,在建筑内部设置了很多的大空间。基于这一新颖的结构,采用性能化方法对其进行了人员疏散时间、空气升温及结构构件升温等方面的研究。其中人员疏散通过计算机疏散模型进行了研究,大空间火灾升温采用FDS软件进行了模拟,构件升温采用AN SY S软件进行了分析。结合《规范》要求,确定了火灾时合理的人员疏散时间、空气升温及构件升温。     

局部火灾引起整体钢结构倒塌初始破坏机理的试验研究北大核心CSCD

为研究局部火灾下整体钢结构倒塌的初始破坏机理,分别考虑中柱及边柱受火破坏类型,设计了4个平面钢框架结构进行火灾试验研究。试验在立体火灾试验炉内进行,采用恒载升温模式。试验过程中,首层中柱或边柱以及与之相连的钢梁受火,中间层钢柱和梁柱节点采取防火保护措施,受火柱底部与自制测力支座通过螺栓连接。通过试验得到了受火梁、柱的温度场分布和位移反应的变化规律,以及受火中柱的轴力变化过程,对引起整体钢结构倒塌的初始破坏过程和破坏机制进行了分析。     

火灾模型对钢交错桁架结构性能化抗火设计的适用性分析

对目前性能化防火设计中常用的4种火灾作用模型进行了分析和总结,并运用这4种模型对钢结构交错桁架在火灾时的热环境进行了模拟,分析不同火灾作用模型下该体系的结构响应,研究不同火灾作用模型对交错桁架结构性能化抗火设计的适用性。研究表明:火源功率、火灾载及火灾持续时间等因素对钢结构交错桁架的抗火分析具有重要影响。国际标准升温曲线和参数化室内升温曲线不考虑火源功率、建筑通风口等因素,缺乏针对性,分析结果偏于保守;区域模型所得温度偏低,不宜用于交错桁架结构的性能化抗火设计;场模型考虑了火源功率及环境温度分布的不均匀性,和实际火灾较接近,计算结果相对较为准确,可用于结构的性能化防火设计。     

局部火灾引起整体钢结构倒塌初始破坏机理的试验研究

为研究局部火灾下整体钢结构倒塌的初始破坏机理,分别考虑中柱及边柱受火破坏类型,设计了4个平面钢框架结构进行火灾试验研究。试验在立体火灾试验炉内进行,采用恒载升温模式。试验过程中,首层中柱或边柱以及与之相连的钢梁受火,中间层钢柱和梁柱节点采取防火保护措施,受火柱底部与自制测力支座通过螺栓连接。通过试验得到了受火梁、柱的温度场分布和位移反应的变化规律,以及受火中柱的轴力变化过程,对引起整体钢结构倒塌的初始破坏过程和破坏机制进行了分析。     

钢筋混凝土框架的多尺度抗火混合模拟∗

针对整体结构火灾试验费用高昂、传统构件试验无法反映整体结构性能、全实体单元模型抗火计算效率不高等问题,基于 ABAQUS 软件,建立钢筋混凝土传统单柱、全实体单元平面框架、多尺度平面框架、多尺度空间框架、 混合模拟平面框架 5 种模型,进行了基于底层中柱受火工况下整体结构的抗火性能对比分析,研究了不同建模方式的计算效率、约束对耐火极限的影响、混合模拟与常规数值模拟的差异,结论证实：缺少约束条件下的传统单柱的耐火极限相对整体结构偏低;多尺度模型相对全实体建模其计算效率提高 80% 左右;多尺度空间模型相对多尺度平面模型约束效应更强,在保持相同承载力的情况下变形相对更小;混合模拟模型与多尺度平面模型相比其力学性能具有较强相似性,证实采用多尺度混合模拟能够较好地反映整体结构的抗火性能,同时兼顾了计算效率和计算精度的统一。     

大空间钢网架结构的性能化抗火分析

大空间钢网架结构常作为人员密集场所建筑的屋盖,火灾下一旦发生坍塌,将可能造成重大人员伤亡和财产损失,因此对其抗火性能有必要深入研究。本文运用FDS(Fire Dynamics Simulator)火灾模拟软件对某工业厂房进行火灾模拟,得到火灾发生发展的时间—温度曲线。在此基础上,运用ANSYS有限元软件对火灾下网架结构的不同位置进行了热—力耦合的位移和内力分析。结果表明,采用计算机模拟得到的升温曲线,要比一概采用ISO834标准求得的升温曲线更符合实际情况;火灾发生在中间位置更为不利,必须采取防火保护措施;火灾下结构会发生内力重分配,但距离火源越远处的杆件内力和位移变化越小。本文结论可供该类型结构的抗火设计和灭火救援参考。     

整体结构混合火灾试验原理及数值仿真分析

火灾下建筑结构的力学分析分为2个层次:1受火作用的结构基本构件的力学分析,如受火梁、柱、楼板分析;2受火构件力学状态的变化对整体结构影响的力学分析,如火灾下建筑结构的连续性倒塌分析。为考察整体结构在火灾下的力学反应,Mostafaei提出了混合火灾试验方法,即对原结构部分构件进行耐火试验,剩余子结构则采用数值分析。通过构件火灾试验与子结构数值模型间的数据交互反馈,模拟整体结构火灾下的力学反应,进而避免直接进行大型结构整体火灾试验。理论上,如果受火构件与无该构件的子结构模型,在任意火灾时刻时的内力、位移均相等,则该结果与整体结构实际火灾下的反应相同。但实际上,由于无法保持任意时刻受火构件与子结构模型的荷载、位移一致,混合火灾试验简化为每间隔时间Δt或温度ΔT对这些参量进行一次同步。给出了构件试验和子结构数值模型间的数据交换路径,并以基本构件的数值试验代替真实火灾试验,通过混合火灾数值试验与子结构模型的交互分析结果,验证了混合火灾试验方法的准确性。     

大空间单跨门式刚架结构抗火性能影响因素的客观权重研究

火灾时的大空间单跨门式刚架结构抗火性能,受钢构件温升和结构整体抗火临界温度的影响.本文通过对无保护大空间建筑钢构件温升数据的统计分析,获得包含火源功率、建筑体积、钢构件截面形状系数的钢构件温升拟合公式;结合单跨门式刚架结构整体抗火临界温度数据的统计分析,获得包含荷载比、柱高和系数K的结构整体抗火临界温度拟合公式;通过分...