【摘要】：高大空間鋼結(jié)構(gòu)建筑多為單層公共性建筑或廠房建筑,建筑內(nèi)人員密集、火災(zāi)荷載較大、人員疏散危險(xiǎn)性較高。因此,定量地評(píng)估高大空間建筑火災(zāi)時(shí)煙氣危害、結(jié)構(gòu)坍塌風(fēng)險(xiǎn)以及人員疏散安全度對(duì)科學(xué)開展高大空間建筑性能化防火設(shè)計(jì)研究極為重要�，F(xiàn)有研究成果表明,高大空間建筑火災(zāi)不同于常規(guī)居室火災(zāi),高大空間建筑火災(zāi)溫度場(chǎng)呈現(xiàn)典型的非均勻分布特征。目前,火災(zāi)全過程中非均勻溫度場(chǎng)作用下的鋼結(jié)構(gòu)整體坍塌風(fēng)險(xiǎn)、人員疏散安全度及其火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)定量評(píng)估等方面研究仍相對(duì)粗略。本論文充分地考慮了高大空間火災(zāi)非均勻溫度場(chǎng)的時(shí)空分布特性,采用理論分析、實(shí)驗(yàn)研究、數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,建立了火災(zāi)全過程高大空間非均勻煙氣溫度場(chǎng)的時(shí)空模型,提出了考慮火焰熱輻射作用下的鋼構(gòu)件升溫計(jì)算方法。將非均勻分布的時(shí)空溫度場(chǎng)與結(jié)構(gòu)應(yīng)力場(chǎng)耦合,對(duì)火災(zāi)全過程中非均勻受火鋼結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性進(jìn)行定量評(píng)估。同時(shí),還對(duì)高大空間建筑內(nèi)人員疏散行為進(jìn)行了研究,系統(tǒng)地提出了高大空間鋼結(jié)構(gòu)建筑火災(zāi)全過程性能化防火設(shè)計(jì)方法。研究將豐富高大空間鋼結(jié)構(gòu)整體抗火理論,為該類建筑的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供工具。具體的研究工作包括如下幾個(gè)方面:1)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了大渦模擬技術(shù)預(yù)測(cè)高大空間火災(zāi)溫度場(chǎng)分布的可行性。借助于大渦模擬技術(shù),對(duì)近百個(gè)不同建筑高度、不同建筑面積、不同火源功率的高大空間建筑火災(zāi)煙氣溫度場(chǎng)分布規(guī)律進(jìn)行了研究,提出了高大空間建筑火災(zāi)非均勻溫度場(chǎng)時(shí)空模型,該模型能夠較為準(zhǔn)確全面地反應(yīng)高大空間建筑火災(zāi)溫度場(chǎng)的時(shí)間發(fā)展特點(diǎn)和空間非均勻分布規(guī)律。2)建立了高大空間受火鋼構(gòu)件熱平衡方程,研究了火焰體直接熱輻射、煙氣熱對(duì)流以及煙氣熱輻射對(duì)鋼構(gòu)件的熱作用規(guī)律。參考點(diǎn)火源模型建立了火焰體對(duì)鋼構(gòu)件的熱輻射模型,提出并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了考慮火焰體熱輻射作用下的高大空間受火鋼構(gòu)件溫升模型和計(jì)算方法,分析了鋼構(gòu)件形狀系數(shù)、建筑高度、火源功率以及構(gòu)件距火源距離等主要參數(shù)對(duì)構(gòu)件溫升曲線的影響。3)提出了非均勻受火鋼結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性時(shí)變分析方法。將時(shí)空分布的非均勻溫度場(chǎng)施加到有限元分析模型上,實(shí)現(xiàn)非均勻溫度場(chǎng)與結(jié)構(gòu)應(yīng)力場(chǎng)耦合。該方法克服了采用ISO標(biāo)準(zhǔn)曲線、BS EN 1991-1-2:2002溫升曲線或其他均勻室內(nèi)溫升曲線以均一溫度替代非均勻溫度場(chǎng)的天然缺陷,可以準(zhǔn)確反映出時(shí)空變化的非均勻溫度場(chǎng)的溫度梯度差引起的結(jié)構(gòu)附加內(nèi)力和應(yīng)力重分布現(xiàn)象。4)建立了基于黑箱理論的高大空間人員密度預(yù)測(cè)模型,提出了基于水力模型的人員疏散行動(dòng)時(shí)間計(jì)算方法和基于計(jì)算機(jī)仿真模擬的人員疏散行動(dòng)時(shí)間預(yù)測(cè)方法。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證并探討了兩種預(yù)測(cè)方法的精確度。5)對(duì)高大空間鋼結(jié)構(gòu)建筑性能化防火設(shè)計(jì)方法的一般程序以及部分關(guān)鍵科學(xué)問題進(jìn)行了系統(tǒng)研究。確定了高大空間鋼結(jié)構(gòu)建筑性能化防火設(shè)計(jì)的一般安全目標(biāo)與數(shù)學(xué)表達(dá),認(rèn)為準(zhǔn)確預(yù)測(cè)設(shè)定火災(zāi)場(chǎng)景中人員可用安全疏散時(shí)間以及人員所需疏散時(shí)間是判斷建筑內(nèi)人員能否安全疏散的關(guān)鍵問題。同時(shí),對(duì)影響人員疏散過程中的各危害因素進(jìn)行了討論分析,提出了各危害因素定量判斷分析方法。通過對(duì)危害因素的定量分析以及人員疏散的動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè),實(shí)現(xiàn)對(duì)性能化試設(shè)計(jì)方案安全度的定量評(píng)估。
[Abstract]:In this paper , the spatial and temporal distribution of the fire smoke temperature field in large space buildings is studied by using the method of theoretical analysis , experimental research and numerical simulation . Based on the quantitative analysis of hazard factors and the dynamic prediction of personnel evacuation , a quantitative assessment of the safety of performance test design is realized .
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TU998.1;TU352.5
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本文編號(hào)：2127648