本文選題：實際火災(zāi)　切入點：性能化抗火設(shè)計　出處：《東南大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：大空間鋼結(jié)構(gòu)因具有造型豐富、內(nèi)部空間巨大等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用于體育場館、會議展覽中心、火車站、機場、商場、工業(yè)廠房及倉儲設(shè)施等,是近年來發(fā)展最快的建筑結(jié)構(gòu)形式之一。相應(yīng),該類結(jié)構(gòu)的抗火性能和抗火設(shè)計方法也成為國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的熱點問題之一。當(dāng)大空間建筑發(fā)生火災(zāi)時,其火災(zāi)特性與普通室內(nèi)火災(zāi)有顯著不同。因此,傳統(tǒng)的基于標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)的抗火設(shè)計方法已經(jīng)不適合大空間鋼結(jié)構(gòu),而基于性能化的抗火設(shè)計方法則是一個較好的解決方案。目前,國內(nèi)外對大空間鋼結(jié)構(gòu)性能化抗火設(shè)計的研究已經(jīng)取得了一定的進展,但總體而言還處于初級階段,尚未有較為系統(tǒng)詳細(xì)的大空間鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計方法。論文基于性能化抗火設(shè)計的思想,采用試驗研究、理論分析與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,對實際火災(zāi)全過程中大空間建筑內(nèi)部空間溫度場的分布與發(fā)展規(guī)律、鋼構(gòu)件的升降溫計算方法、大空間鋼結(jié)構(gòu)整體抗火性能和抗火設(shè)計方法進行研究,主要研究內(nèi)容及取得的主要成果如下：(1)通過對比研究國內(nèi)外相關(guān)文獻,系統(tǒng)總結(jié)了大空間建筑火災(zāi)荷載和火源熱釋放速率的確定方法,并給出火災(zāi)蔓延與轟燃的判定條件和火源充分燃燒所需的最小開洞尺寸。(2)參考常溫下鋼結(jié)構(gòu)直接分析方法和已有研究成果,提出對實際火災(zāi)作用下大空間鋼結(jié)構(gòu)的抗火性能進行直接分析的方法和研究步驟。直接分析方法能夠直接對火災(zāi)下整體結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的承載能力和破壞模式進行分析,無需計算構(gòu)件的計算長度,提高了結(jié)構(gòu)抗火性能分析的科學(xué)性和效率。(3)設(shè)計建造了一個長12.5m、寬6m、檐口高2.25m、屋面坡度為1/10的縮尺(1：4)門式剛架整體結(jié)構(gòu)抗火試驗?zāi)Ｐ?火源采用柴油油池火,在試驗?zāi)Ｐ蛢?nèi)外開展了5次火災(zāi)試驗。通過試驗對不同場景下火源及煙氣的發(fā)展、火羽流中心線溫度分布、室內(nèi)空間和構(gòu)件溫度場、火焰輻射作用以及整體結(jié)構(gòu)的力學(xué)響應(yīng)進行研究。試驗結(jié)果表明：在局部火災(zāi)作用下,由于結(jié)構(gòu)體系的整體作用,火災(zāi)全過程及火災(zāi)后沒有發(fā)生結(jié)構(gòu)倒塌現(xiàn)象,整體結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)。之后,采用FDS對室內(nèi)火災(zāi)發(fā)展全過程進行仿真模擬,并利用ANSYS分別建立一榀剛架和三維整體結(jié)模型對試驗結(jié)構(gòu)進行直接分析,以探尋和驗證合理的建模與分析方法。(4)對不同的經(jīng)典軸對稱羽流模型進行對比分析和拓展,并在試驗研究的基礎(chǔ)上提出大空間局部火災(zāi)羽流中心線溫度計算模型。采用該計算模型可以對大空間鋼結(jié)構(gòu)關(guān)鍵構(gòu)件的抗火性能進行快速判定,從而對那些在火災(zāi)中處于安全狀態(tài)的結(jié)構(gòu)可免去進行復(fù)雜的火災(zāi)模擬和整體結(jié)構(gòu)抗火性能分析。(5)結(jié)合理論分析和試驗研究的結(jié)果,分別針對《建筑鋼結(jié)構(gòu)防火技術(shù)規(guī)范》(CECS200)和歐洲規(guī)范EC3給出大空間實際火災(zāi)作用下構(gòu)件升降溫計算方法。該方法針對實際火災(zāi)升降溫過程中火焰和熱煙氣層范圍內(nèi)以及熱煙氣層以下區(qū)域的構(gòu)件溫度發(fā)展變化給出不同的計算公式和相關(guān)參數(shù)取值,計算結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)吻合較好。(6)在考慮火災(zāi)蔓延和煙氣排放的基礎(chǔ)上,通過對某門式剛架廠房和某扁平單層柱面網(wǎng)殼建筑等兩個典型案例進行火災(zāi)仿真模擬和結(jié)構(gòu)抗火直接分析,研究了火災(zāi)全過程中建筑內(nèi)部空間溫度場分布規(guī)律和結(jié)構(gòu)的受力特性,給出了抗火設(shè)計建議。同時,綜合案例研究和前文的理論分析及試驗研究的成果提出了改進的大空間鋼結(jié)構(gòu)性能化抗火設(shè)計方法。
[Abstract]:This paper studies the distribution and development law of fire load and fire source heat release rate of large space steel structure in the whole process of fire . ( 3 ) The fire - resistant test model of the whole structure of large - space steel structure is designed by simulating the fire source and flue gas in the whole process of fire .

【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TU391;TU352.5
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本文編號：1684121