【摘要】：網架結構由于優(yōu)越的物理性能而被廣泛用于機場航站樓、體育館等人員密集場所。鋼結構抗火性能差,一旦發(fā)生火災,鋼結構很容易發(fā)生構件破壞甚至整體倒塌。因此,對網架結構開展抗火性能研究具有十分重要的意義。目前,對網架結構的抗火性能研究主要集中在火災中鋼結構力學性能變化、內力變化規(guī)律及災后加固措施等。一方面,這些研究成果大多是以網架結構自身為研究目標,未考慮下部支承體系的影響;另一方面,網架結構抗火性能研究大多采用國際標準升溫曲線來計算建筑內部溫度場的分布,這種方法并不適用于大空間網架結構,分析結果往往與實際情況相差較大。因此,本文采用國際通用火災模擬軟件FDS分析網架結構火災下建筑內部溫度場,并開展考慮支承體系及防火涂料等因素影響的網架結構抗火性能研究。本文的主要研究內容如下:(1)網架結構抗火性能分析方法研究本文以工程中常見的網架結構作為研究對象,首先系統(tǒng)總結了各國規(guī)范中鋼材在高溫下材料性能參數計算方法,并通過對比分析,選取適用于網架結構抗火性能分析的材料模型;其次,根據鋼構件火災下的升溫原理,確定無保護層的鋼構件和有保護層的鋼構件的升溫計算迭代公式;最后,采用國際通用火災模擬軟件FDS模擬模擬網架結構火災室內空氣溫度場分布,并與一組火災實驗進行對比,驗證了火災模擬軟件FDS用于大空間建筑火災溫度場模擬的有效性和準確性。(2)網架結構火災溫度場模擬及構件升溫計算首先,采用非預混燃燒模型的火災模型對可燃物的燃燒過程進行描述,采用火災模擬軟件FDS開展網架結構建模及火災空氣溫度場的模擬,獲得了網架結構在火災下室內空氣溫度場分布規(guī)律;其次,通過大規(guī)模參數分析,得到了不同參數(包括火源位置、火源功率、建筑高度等)對網架結構火災空氣溫度場分布的影響規(guī)律;最后,采用MATLAB軟件完成無保護層的鋼構件和有保護層的鋼構件升溫計算迭代公式的編程,通過該程序把網架結構的火災空氣溫度場轉化為無保護層的和有保護層鋼構件溫度,獲得網架結構溫度場的分布規(guī)律。(3)網架結構抗火性能研究首先,通過大型有限元分析軟件ABAQUS對網架結構火災下的受力性能開展了系統(tǒng)研究,考察火災下網架結構位移及內力等結構響應的變化規(guī)律;其次,基于已有的研究成果,提出網架結構火災下耐火極限的判別準則,獲得網架結構在不同參數下的耐火極限;最后,通過大規(guī)模參數分析,獲得不同參數(包括火源功率、火源位置、建筑高度、建筑跨度、鋼管直徑與厚度、屋面質量、有無防火涂料等)對網架結構抗火性能的影響規(guī)律。
【學位授予單位】：廣州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TU356;TU352.5
【圖文】：

圖 3-1 實驗布置圖 圖 3-2 設定火災曲線 圖 3-3 FDS 火災模型（2）FDS 模擬（�。┦紫龋瑢⒔� 22.4m×12.0m×27.0m 計算區(qū)域，分別從 x，y，z 三個方向劃分224 個、120 個和 270 個網格。每個方向網格尺寸均為 0.1m；（ⅱ）在頂部設置 8 個邊長為 1.6m×1.6m 的通風口，并設置排煙機。室內中點設置一個火源功率為 1MW 的油池，本文選取柴油為燃料，燃燒速率類型為超快速火，火源類型為“時間平方”火源。其火源功率隨時間變化規(guī)律如圖 3-2。單位面積火源功率在 100s左右達到 1000kw/m2，總的火源功率為 1MW；（ⅲ）在實驗廳的東南角、東北角、西北角,距兩側墻壁各約為 2m 各建立一串溫度測點，與實驗相對應；（ⅳ）設定初始溫度為 15℃ ，模擬時間為 500s，其模型如圖 3-3 所示。（3）FDS 模擬計算結果與實驗結果進行比對在東南角、東北角、西北角各取一個測點，與相應的溫度測點做比對，如圖 3-4、圖 3-5、圖 3-6 所示。

圖 3-1 實驗布置圖 圖 3-2 設定火災曲線 圖 3-3 FDS 火災模型（2）FDS 模擬（�。┦紫�，將建立 22.4m×12.0m×27.0m 計算區(qū)域，分別從 x，y，z 三個方向劃分224 個、120 個和 270 個網格。每個方向網格尺寸均為 0.1m；（ⅱ）在頂部設置 8 個邊長為 1.6m×1.6m 的通風口，并設置排煙機。室內中點設置一個火源功率為 1MW 的油池，本文選取柴油為燃料，燃燒速率類型為超快速火，火源類型為“時間平方”火源。其火源功率隨時間變化規(guī)律如圖 3-2。單位面積火源功率在 100s左右達到 1000kw/m2，總的火源功率為 1MW；（ⅲ）在實驗廳的東南角、東北角、西北角,距兩側墻壁各約為 2m 各建立一串溫度測點，與實驗相對應；（ⅳ）設定初始溫度為 15℃ ，模擬時間為 500s，其模型如圖 3-3 所示。（3）FDS 模擬計算結果與實驗結果進行比對在東南角、東北角、西北角各取一個測點，與相應的溫度測點做比對，如圖 3-4、圖 3-5、圖 3-6 所示。

圖 3-1 實驗布置圖 圖 3-2 設定火災曲線 圖 3-3 FDS 火災模型（2）FDS 模擬（�。┦紫�，將建立 22.4m×12.0m×27.0m 計算區(qū)域，分別從 x，y，z 三個方向劃分224 個、120 個和 270 個網格。每個方向網格尺寸均為 0.1m；（ⅱ）在頂部設置 8 個邊長為 1.6m×1.6m 的通風口，并設置排煙機。室內中點設置一個火源功率為 1MW 的油池，本文選取柴油為燃料，燃燒速率類型為超快速火，火源類型為“時間平方”火源。其火源功率隨時間變化規(guī)律如圖 3-2。單位面積火源功率在 100s左右達到 1000kw/m2，總的火源功率為 1MW；（ⅲ）在實驗廳的東南角、東北角、西北角,距兩側墻壁各約為 2m 各建立一串溫度測點，與實驗相對應；（ⅳ）設定初始溫度為 15℃ ，模擬時間為 500s，其模型如圖 3-3 所示。（3）FDS 模擬計算結果與實驗結果進行比對在東南角、東北角、西北角各取一個測點，與相應的溫度測點做比對，如圖 3-4、圖 3-5、圖 3-6 所示。

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

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相關博士學位論文 前3條

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本文編號：2743172