钢结构暨空间结构的抗火设计综述

钢结构暨空间结构是目前建筑结构的重要发展方向之一。因钢材对高温的敏感性 ,其防火、抗火性能的研究应是设计时考虑的重要因素。笔者简述了抗火与防火的概念及其区别 ;评估了国内外关于抗火设计的基本方法及优缺点 ;重点对整体结构有限元非线性抗火反应全过程分析方法进行了讨论。通过选择科学的抗火设计方法 ,将为经济、适用的防火设计提供重要的依据     

建筑结构抗火设计综述

阐述了建筑火灾的危害性,揭示目前我国结构抗火设计的缺点,提出基于计算的结构抗火设计方法,并指明了结构抗火设计方法有待进一步研究的问题。     

钢网壳抗火非线性有限元分析

通过两种方式研究钢网壳的抗火性能,其一是对火的分析及单个构件的抗火力学性能分析;其二是对钢网壳结构进行抗火分析,以结构具有一定的抗火时间为标准,通过模拟预测实际火灾特性和结构的非线性有限元分析,求得直到倒塌时的结构抗火全过程响应,从而确定结构的抗火性能及临界温度。并通过一个实际的算例进行了结构的倒塌分析,得到了一些结论,从而对其实际抗火能力有一个理性的了解和认识,为经济、科学的结构综合防火设计提供理论依据。     

钢结构建筑耐火性能与防火技术探究

随着我国社会经济的迅速发展,一些大跨度工业建筑和超高层建筑物应运而生.钢结构建筑可以满足建筑物跨度大和高度高的要求,近年来得到了广泛的应用.然而,钢结构建筑抗火性能差的特点也非常明显.笔者结合日常监督工作实际,就如何提高钢结构建筑防火性能方面作一些探讨.     

钢管混凝土柱耐火性能和抗火设计的特点

简要论述了按ISO－834和GS9978－88规定的标准升温曲线升温作用下钢管混凝土柱耐火性能的特点,分析了影响钢管混凝土柱耐火极限的因素,说明了由于钢管和混凝土的共同工作且核心混凝土具有较好的吸热性能,从而使钢管混凝土柱具有较好的耐火性能。在进行钢管钢混凝土柱的抗火设计时,柱子外围只需进行适当的防火涂料保护,即可达到《高层用民建筑设计防火规范（GB50045－95）》对柱结构所要求的耐火极限。《高层用民建筑设计防火规范（GB50045－95）》中对钢结构柱防火保护层厚度的确定方法不适合于钢管混凝土。     

防火树种阻火特性的实验研究

以木荷作为防火树种 ,首先利用热重装置分别研究了其树干和枝叶的热解失重过程 ,从得到的热重曲线TG、DTG中发现 ,伴随着温度的升高 ,试样发生了三次失重高峰 ,并且 5 0 0℃时的残留物不及其初始重量的 10 %。然后在燃料床上以松针为燃料 ,分别模拟了 2 0°和 30°等小坡度情况下地表火的蔓延过程 ,通过分析热电偶记录下来的温度场分布 ,研究了火蔓延过程中防火树种在火焰和坡度作用下的阻火特性和阻火机理 ,结合其热解特性的研究 ,论证了水分析出是防火树种发挥阻火性能的关键因素 ,得到一些对生物防火技术研究有用的结论 ,为更好的利用和发展生物防火技术来预防和控制大规模森林火灾提供了理论基础。     

窗口火作用下建筑幕墙外保温系统防火性能的试验

建筑幕墙外保温系统火灾事故发生频率高,火灾危险性大,其防火安全性能已成为社会关注的焦点。采用大尺度实体火试验方法,选取具有代表性的金属幕墙保温系统和保温装饰板外保温系统作为试验对象,对防火隔离带和防火封堵位于墙体不同位置的4种工况,开展了一系列窗口火试验。通过采集试验表观现象、火焰蔓延特性、温度分布特性、系统损坏特征等耐火性能试验数据,综合比较分析了不同工况下不同燃烧性能等级的建筑幕墙外保温系统的耐火性能。结果表明,建筑幕墙上下贯通的空腔结构加剧了火蔓延的烟囱效应,存在较大的安全隐患。防火封堵可以阻断空腔中的热对流,防火隔离带可以阻隔材料之间的热传导,二者均可以有效抑制火焰在垂直和水平方向上的蔓延,大幅提高建筑幕墙外保温系统的防火性能。在建筑外墙窗口上方、水平线1及水平线2下方20 mm处分别设置宽度为100 mm的防火封堵和宽度为300 mm的防火隔离带时,系统具有较好的防火性能,综合考虑实际工程的应用性和经济性,可将其设为防火构造设计的基准参数。     

截面温度非均匀的防火装饰一体化钢梁的抗火性能分析

基于ANSYS软件建立了细石混凝土半填充、细石混凝土全填充和加气混凝土砌块填充三种防火构造的分析模型,探究了截面温度非均匀分布对防火装饰一体化钢梁的温度场和剩余承载力的影响,分析了钢梁上下翼缘及腹板参数对构件抗火性能的影响。结果表明,翼缘宽度的增大会明显降低钢梁的剩余承载力,翼缘厚度的增加会导致钢梁承载力略有下降,钢梁高度的变化对剩余承载力影响不大。给出了防火装饰一体化钢梁剩余承载力的简化计算公式,公式计算结果与有限元结果吻合情况较好。     

基于随机有限元可靠度的RC结构抗火设计参数优化方法

本文较详细地分析了各设计参数对RC结构抗火能力的影响。在已知结构抗火功能函数的基础上利用随机有限元可靠度的计算方法分析各参数对结构抗火能力的敏感性,根据各参数敏感性的不同,在设计时有意识地对该参数作一些较小的变动,结构的可靠度会明显的增加从而提高了结构的抗火能力。为RC结构抗火设计提供了一种参数优化的方法。     

局部火灾条件下某钢结构屋架的抗火保护研究

本文针对局部火灾条件下钢结构屋架的防火保护问题,结合典型案例提出了一种基于性能计算分析的抗火保护设计评估分析方法.首先通过火灾场景分析及烟气运动模拟计算,得到钢结构屋架所处的热环境,再计算各构件在不同保护条件下的温升及应力分布,并判断构件及结构在不同的保护方式下是否失效,最后得到经济合理的保护区域和防火涂层厚度.该方法可以为类似的局部火灾条件下钢结构抗火保护提供参考.     

基于ABAQUS的钢-混凝土组合桥抗火性能分析

采用ABAQUS有限元软件,选取ISO834和烃类HC火灾曲线,对钢-混凝土组合桥的抗火性能进行了分析,包括截面温度场和耐火极限分析。无防火保护的组合桥火灾下破坏准则为挠度和变形速率共同控制,HC和ISO 834两种火灾曲线下的耐火极限分别仅为5 .15 min 和13.95 min,钢梁下翼缘和腹板的临界温度为595 ℃。采取防火保护措施后,组合桥的截面温度明显降低,火灾下变形速率明显减小,破坏准则变为仅由挠度控制,因而达到耐火极限时的允许挠度更大,耐火极限明显增大。在喷涂厚度为20 mm 的防火涂料进行防火保护后,HC和ISO 834两种火灾下组合梁的耐火极限分别增大为92.8 min和121.5 min,即发生火灾后将有充足的时间留给消防人员灭火。     

受火方式和防火层对梁柱全焊节点抗火性能影响分析

梁柱节点作为钢结构的重要组成部分,在火灾下极易遭到破坏。全焊节点具有较好的塑性变形能力,且抗震性能较好,在高烈度地震地区广泛应用。采用有限元法对梁柱全焊节点抗火性能进行数值模拟,研究不同受火方式下全焊节点的力学行为,揭示不同受火方式时梁柱各节点处温度变化规律,并对比分析有无防火层对全焊节点温度的影响规律。研究结果表明:不同受火方式对全焊节点温度影响较大。节点全部受火时节点各处温度变化曲线基本接近,结构各部位温差较小,整体处于高温状态;梁柱两面受火时受火面温度马上升高,远离受火位置的节点温度升高缓慢,节点各处温差较大。将节点全部受火与不受火进行对比发现,节点全部受火时节点各处应力明显大于不受火情况,温度升高使节点承载能力下降。在柱内壁和梁下侧施加防火层,升温最快的是防火层区域,且有防火层区域节点温度整体低于无防火层节点,对节点施加防火层可以有效降低整体结构升温。     

火灾下匀质防火保护钢构件温度计算(I)：理论与公式

介绍了火灾下有匀质防火层保护的钢构件温度计算的一维传热模型。给出了求解该模型的相关边界条件和假定,并给出求解该一维传热模型在不同边界条件下的解。通过分析三种典型防火材料保护下、截面系数不同的三种截面的升温,比较了由我国规范CECS200、欧洲规范、欧钢协标准、美国规范及其他学者推荐的方法得到的结果,并对照有限元结果,考察了不同计算方法的有效性。结果表明,CECS200与国外规范给出的结果符合良好且略微偏高。通过计算典型截面在不同耐火极限要求下的最小保护层厚度,比较了各国规范的设计结果。结果显示,由不同规范推荐的公式计算得到的最小保护层厚度相差不大。CECS200计算的最小保护层厚度与国外规范一致,与欧洲规范得到的结果基本相同。研究表明,在标准火灾环境中我国规范给出的方法合理有效且形式简单便于工程运用。     

钢筋混凝土矩形梁在实际火灾下正截面承载力数值计算

为了正确评估钢筋混凝土矩形梁在实际火灾条件下的承载力,以一般室内火灾轰燃后的房间平均温度-时间曲线为火作用,以建筑结构耐火理论为基础,采用数值计算方法研究钢筋混凝土矩形梁的正截面承载力.研究结果表明:梁的承载力随火灾房间温度升高而变小,在温度达到最大值后承载力达到最小值.火灾房间火灾荷载越大,开口因子越小,火作用越大,梁的最小承载力越小;反之相反.相同条件下梁支座截面的承载力要大于跨中截面.     

阴角邻面火灾作用下L型钢管混凝土柱耐火极限研究

运用有限元软件ABAQUS计算L形带肋钢管混凝土柱阴角相邻两面受火全过程下的耐火极限,分析了阴角邻面受火方式下构件内部温度场和应力场的变化规律,在此基础上分析荷载比、宽厚比、计算长度、加劲肋纵向间距、荷载偏心率、荷载角等参数对耐火极限的影响规律。数据表明:荷载比、计算长度对构件耐火极限影响较大,随着荷载比和计算长度的增大,耐火极限基本呈线性下降;加劲肋间距对构件耐火性能影响较小;由于L形柱的特殊形式,偏心荷载对耐火极限的影响规律较复杂,荷载作用点偏向低温区可以提高耐火极限。     

火灾下梁柱端板连接节点的力学性能研究

通过火灾作用下门式刚架半刚性端板连接节点ANSYS计算模型的分析,得出了节点的转角温度关系及转角达到极限状态时的临界温度,为分析节点在火灾下的转动性能和节点的抗火能力提供一种经济、可行的方法,并发现在进行ANSYS模型抗火计算时,采用EC3高温下钢材特性较为合理。对基于计算的钢结构节点抗火设计方法研究具有理论意义和工程...     

不均匀防火涂层对火灾条件下某简支钢梁温升和变形特性的影响

在钢结构抗火研究中通常假设构件表面防火涂料涂刷均匀、厚度一致.但实际上这些涂层由于多种原因厚度并不一致,不均匀防火涂层可能对钢构件的温升特性和结构抗火性能产生影响.基于已被证实的不均匀防火涂层厚度服从正态分布的假设,运用有限元软件ANSYS分析了某简支钢梁在标准温升火灾条件下的温升和变形特性,研究结果表明:钢梁轴向温度不再一致,并呈区域分布,横截面温度呈非对称分布;涂层的不均匀性对轴向变形影响较小,但对构件挠度影响较大.标准差越大,其温度和挠度的相对误差越大.     

机械式立体停车库中巷道防火分隔效果研究

使用火灾CFD模拟软件Fire Dynamic Simulator(FDS)建立某机械式立体停车库的火灾动力学模型,研究停车库内巷道的防火分隔作用和巷道顶部的排烟窗对烟气的控制情况。确定了此机械立体停车库的火灾发生概率为0.00786起/年,并调研了车库汽车火灾的热释放速率模型。根据模拟结果,当巷道一侧一辆车着火后,巷道另一侧车辆受到的辐射热流密度为0.6kW/m2~2.0kW/m2,不会引燃巷道另一侧车辆,利用巷道空间作为防火分隔措施是可行的。巷道顶部自然排烟百叶对于控制烟气有着显著作用,在顶层距地面10m高度处,500s时仅起火停车单元及其对面停车单元能见度低于10m,而未开设排烟窗时整个车库能见度均降至10m以下,局部区域在2m以下。     

泡沫混凝土和混凝土耐火极限的比较研究

泡沫混凝土用在建筑节能保温工程中,其耐火性能对提高建筑物的抗火灾能力非常重要。在模拟火灾条件下,通过测定不同密度、不同煅烧时间、不同含水量的泡沫混凝土和混凝土的抗压强度值,比较泡沫混凝土和混凝土的耐火极限的变化规律。结果表明,在火灾条件下,泡沫混凝土和混凝土的抗压强度损失率均随密度的增大而降低;密度为300kg/m3和800kg/m3的泡沫混凝土,在800℃下煅烧20min后,其抗压强度损失率分别为66.3%和25.5%;在同样的煅烧条件下,密度为2200kg/m3和2400kg/m3混凝土的抗压强度损失率分别为18.6%和15.8%;泡沫混凝土和混凝土的含水量越高,耐火极限就越长。泡沫混凝土为具有不燃特性A级保温材料,被用于建筑外墙保温隔热材料时,其抗压强度会因火场可燃材料的高温煅烧而有所降低,但其耐火极限能完全满足《建筑防火设计规范》。