火灾下大空间网架结构的抗倒塌分析方法

基于性能化防火设计方法和结构连续性倒塌设计方法,提出性能化抗倒塌分析方法,并通过开发相应的有限元程序模块(FireStru)连接具体的火场模拟结果,实现结构火灾反应计算过程.其中采用的非线性静力分析方法可以进行结构在局部构件破坏后的抗倒塌分析,并判断结构是否倒塌、是否局部倒塌或是否整体倒塌.最后,通过一具体的体育场馆结构进行验证,从而为其在火灾下的结构安全提供科学依据.     

基于整体的大空间钢结构性能化防火设计方法研究

大尺度空间钢结构建筑的飞速发展为结构抗火设计带来了新的挑战。在分析现有规范和性能化结构抗火设计不足的基础上,基于性能化设计的思想,综合多学科知识和研究成果,采用火灾模拟计算和结构分析耦合集成的技术方法,建立基于整体的大空间钢结构性能化抗火设计方法,给出具体流程,最后通过工程实例说明该方法的实际应用。研究表明,对于大空间结构而言,传统抗火分析方法与真实火灾下的结构特性存在较大的差异,且火灾温度场的非均匀性对结构体系的抗火性能有着重要的影响。本课题的研究在理论分析的基础上为大型钢结构建筑性能化结构抗火设计和分析提出了系统化技术流程,可为我国大空间结构的抗火设计提供有益参考,具有广阔应用前景。     

火灾下钢结构整体稳定性的评价标准

基于国际上关于结构抗连续性倒塌最前沿的理论成果,结合鲁棒性理论,分析了火灾下钢结构发生局部破坏后整体的抗倒塌性,提出通过倒塌指数描述结构可能出现的倒塌状态,以供参考。     

大型汽车配件仓库的性能化防火设计

通过介绍性能化分析方法在某大型汽车零配件仓库防火设计的具体应用，分析了仓库存在的火灾危险性和危害性，以说明性能化防火设计方法解决此类大型汽车配件仓库防火安全设计的可行性。     

火灾下组合钢框架的倒塌性能

<正>美国研究人员对火灾下组合钢框架的倒塌性能开展了研究。通过有限元方法建立了六层钢框架结构的三维数值模型,该模型包括抗弯框架、承重力框架和中心支撑框架。选取标准火灾曲线和参数火灾曲线模拟火灾荷载,在两种不同的火灾情况下分别应用于建筑物模型。火灾工况包括一楼拐角隔间火灾和一楼整层火灾。通过不同火灾工况下结构的响应,评估整体结构的抗火灾倒塌性能。研究结果表明,采用有限元数值分析方法,可以合理准确地预测钢结构的结构响应,包括结构构件和节点在火灾过程中的倒塌机理和行为。     

建筑结构防地震倒塌性能设计北大核心CSCD

定量评价结构的防地震倒塌性能对于降低地震下人员伤亡和经济损失具有非常重大的意义。国际上,美国等已将结构防地震倒塌性能定量评价纳入到相应的设计指南中。为此,中勘协《建筑结构抗震性能化设计标准》亦将引入防地震倒塌设计,这对提升我国工程建设的地震安全性能具有非常重要的意义。首先从分析方法、倒塌判别准则、倒塌风险评价方法三方面简要介绍了《建筑结构抗震性能化设计标准》中防地震倒塌性能设计的相关规定。进而通过两个典型案例,即中美规范设计结果对比、单重和双重结构体系对比,详细介绍了防倒塌性能设计方法在工程建设中的实际应用。     

建筑结构防地震倒塌性能设计

定量评价结构的防地震倒塌性能对于降低地震下人员伤亡和经济损失具有非常重大的意义。国际上,美国等已将结构防地震倒塌性能定量评价纳入到相应的设计指南中。为此,中勘协《建筑结构抗震性能化设计标准》亦将引入防地震倒塌设计,这对提升我国工程建设的地震安全性能具有非常重要的意义。首先从分析方法、倒塌判别准则、倒塌风险评价方法三方面简要介绍了《建筑结构抗震性能化设计标准》中防地震倒塌性能设计的相关规定。进而通过两个典型案例,即中美规范设计结果对比、单重和双重结构体系对比,详细介绍了防倒塌性能设计方法在工程建设中的实际应用。     

等倒塌设计抗弯钢框架的结构影响系数

为促进抗震设计所采用的结构影响系数能够定量实现“大震不倒”这一性能化抗震目标，按照中国抗震规范设计了3个具有相同的抗倒塌储备能力的抗弯钢框架，采用增量动力时程分析方法、并结合“等倒塌”设计准则，确定了抗弯钢框架的结构影响系数，给出了建议值。     

钢结构抗火设计在“上海水立方”中的应用

随着性能化结构抗火设计的发展,结构的抗火能力和相应的结构防火保护措施可以通过对结构在真实火灾温度场下的实际性能分析来确定。对于大空间结构,根据其内部的可燃物、通风条件和空间大小等特性,采用性能化结构抗火设计往往可以不影响结构抗火安全水平的前提下降低对结构进行防火保护的要求,实现安全、美观且经济的建筑设计。本文将介绍工程设计实践中行之有效的性能化结构抗火设计方法,并以上海东方体育中心的大空间结构抗火设计为例,证明该钢结构抗火方法的切实有效性。     

上海吴淞口国际邮轮码头钢结构抗火设计

随着性能化结构抗火设计的发展,结构的抗火能力和相应的结构防火保护措施可以通过对结构在真实火灾温度场下的实际性能分析来确定.对于大空间结构,采用性能化结构抗火设计往往可以在不影响结构抗火安全性的前提下减少对结构的防火保护,实现安全、美观且经济的建筑设计.本文将介绍上海吴淞口国际邮轮码头的钢结构抗火设计,以证明性能化结构抗火设计方法在实际应用中的有效性.     

建筑结构地震火灾效应分析方法

为在建筑结构设计时考虑地震引发火灾对建筑结构的作用和影响,提出建筑结构地震火灾效应分析计算方法,此方法结合结构地震反应分析与火灾热力反应分析,通过简化的建筑结构地震损伤模型,考虑地震损伤的同时,连接结构的热传导分析与热力分析,从而实现地震火灾效应计算.运用此方法对一单层和一多层混凝土框架分别进行了分析,并与没有考虑地震...     

Robustness assessment of planar steel frames caused by failure of a side column under localized fire

Progressive collapse of a building structure under fire is a disaster that may cause heavy casualties and serious economic loss. However, there is a lack of codified method to assess fire‐induced progressive collapse of building structures. A global–local analysis method (GLAM) has recently been proposed by the authors and their colleagues to assess progressive collapse of steel buildings under localized fire, and its application on fire scenarios that causes one inner column to fail has been verified. This paper extends the application of GLAM to fire scenarios that causes a side column to fail in a planar steel frame. The predictions of the GLAM were validated against the results obtained from nonlinear dynamic analysis of the whole frame model. Besides, effects of location of the heated column at different storeys and load level of the frame were also studied. The results show that GLAM gives the same collapse predictions to the case studies with detailed nonlinear dynamic analysis. The differences between the critical load obtained from GLAM and that provided by the nonlinear dynamic analysis is within 7%. Therefore, GLAM has good applicability on robustness assessment of planar steel frames caused by failure of a side column under localized fire.     

火灾下柱失效对多层钢框架连续倒塌的影响

针对钢结构抗连续性倒塌分析中多数采用直接拆柱法,不能真实反映由于火灾引起钢结构发生连续性倒塌时的实际情况,用ANSYS有限元软件建立无楼板的多层钢框架模型,选取已有文献中角部区域不同失效柱个数的工况。采用热固耦合法,考虑火灾使柱失效和材料非线性、几何非线性进行分析。研究了火灾下钢框架结构抗连续倒塌性能及角部区域允许失效柱个数,并将分析结果与已有文献采用直接拆除法结果进行对比。结果表明:采用ANSYS中热 结构耦合功能,结合生死单元法能够较好模拟钢框架由于火灾导致结构发生连续性倒塌的过程;通过分析3种角部区域不同失效柱个数的工况结果,得出失效柱允许个数为3根;与现有文献采用直接拆除法的有限元分析结果进行对比,发现采用直接拆除法分析结果过于保守,考虑火灾导致柱失效更加贴近实际倒塌情况。     

基于纤维梁模型的火灾下多层混凝土框架非线性分析

为分析和模拟多层混凝土框架结构在火灾下的反应规律及其破坏过程,基于建筑结构分析中常用的纤维梁单元,建立了钢筋混凝土梁、柱构件的火灾破坏数值模型。模型将构件截面划分成多个纤维,可以考虑构件截面的不均匀温度场分布以及材料非线性和几何非线性问题。对单层单跨混凝土框架进行火灾反应分析,并与试验结果进行比较,验证了此数值模型的准确性。通过对多层框架进行火灾反应模拟,比较不同火灾场景的模拟结果,分析其反应规律以及破坏过程。结果表明,纤维梁单元模型可以较好地模拟钢筋混凝土结构的受火破坏过程,并且火灾发生的位置不同,结构的破坏机制也不同,一定条件下蔓延的火灾比不蔓延的火灾对多层混凝土框架结构的破坏性更大。分析结果可以为实际结构的防火设计提供参考。     

Stability analysis of large‐span steel truss structure under local cooling from fire extinguishing system

In case of a fire in large‐span steel structure buildings, the firefighters usually use water to cool the steelwork. However, during the cooling by the spraying water, the collapse of these structures is unclear. In this paper, a large‐span center is taken as an example to study the overall mechanical response process under local cooling conditions in fire. The Fire Dynamics Simulator has been used to investigate the temperature field distribution rule of large‐span buildings under fire. Using the coupled thermal‐mechanical method to study the overall mechanical response process of steel structure under local abrupt drop in temperature, displacement and stress variations of the large‐span steel structure under local cooling have been analyzed. Results of this study show that the temperature distribution in large‐span structures is nonuniform in fire. Using spraying water to cool the structural members in fire can cause the structural stress field redistributed that may lead to further damage to the structure.     

Numerical analysis of aluminum alloy reticulated shells with gusset joints under fire conditions

In this study, a numerical analysis was conducted on aluminum alloy reticulated shells (AARSs) with gusset joints under fire conditions. First, a thermal-structural coupled analysis model of AARSs considering joint semi-rigidity was proposed and validated against room-temperature and fire tests. The proposed model can also be adopted to analyze the fire response of other reticulated structures with semi-rigid joints. Second, a parametric analysis was conducted based on the numerical model to explore the buckling behavior of K6 AARS with gusset joints under fire conditions. The results indicated that the span, height-to-span ratio, height of the supporting structure, and fire power influence the reduction factor of the buckling capacity of AARSs under fire conditions. In contrast, the reduction factor is independent of the number of element divisions, number of rings, span-to-thickness ratio, and support condition. Subsequently, practical design formulae for predicting the reduction factor of the buckling capacity of K6 AARSs were derived based on numerical analysis results and machine learning techniques to provide a rapid evaluation method. Finally, further numerical analyses were conducted to propose practical design suggestions, including the conditions of ignoring the ultimate bearing capacity analysis of K6 AARS and ignoring the radiative heat flux.     

火灾下门式钢刚架倒塌试验与雷达位移测试系统有效性研究

近年来火灾下钢结构倒塌造成消防官兵伤亡的事故频繁发生,亟需开展建筑火灾倒塌预警研究.现有研究已表明:可以通过测量门式钢刚架柱顶和屋脊处的微变形来预测火灾下结构的倒塌,但由于高温和热烟气的存在,火灾下位移的实时测量问题尚需研究.该文通过试验方法研究雷达在实际火场位移测量中的可行性,首先设计一个缩尺单跨门式钢刚架的火灾试验...     

成都市规划展览馆辅楼抗连续倒塌评估(Ⅱ)#br# ——基于IDA的弹塑性动力分析

成都市规划展览馆辅楼因建筑功能需要,具有大跨度、大悬挑、竖向抗侧力构件不连续、楼板局部不连续等结构特点。作为城市重要的大型公共建筑,需要评估其地震作用下的抗连续倒塌能力。首先,采用有限元软件Midas Gen建立有限元模型,并基于改进的IK骨架模型,模拟结构在地震作用下的非线性行为;其次,根据结构所在场地类型,选取20条地震动记录,并采用增量动力分析的方法对结构进行三向地震激励下的弹塑性动力分析,在此基础上,定义基于性能的结构倒塌判别准则,分别以结构最大层间位移角和梁端转角为结构损伤指标,根据增量动力分析结果对结构进行易损性分析;最后,根据结构整体的倒塌安全储备能力,评估结构的抗倒塌性能。研究结果表明：在7度罕遇地震作用下,结构发生侧向增量倒塌的概率为0.14%,发生竖向连续倒塌的概率为10.82%;在7度多遇地震和设防地震作用下,结构发生侧向增量倒塌和竖向连续倒塌的概率基本为0。同时,该结构的水平破坏倒塌安全储备系数为2.708,竖向破坏的倒塌安全储备系数为1.469。评估结果表明：该结构在地震作用下具有较好的抗连续倒塌性能。     

火灾下钢筋混凝土平面框架结构受力机理分析

为研究火灾下钢筋混凝土框架结构的受力机理,采用梁单元建立了钢筋混凝土框架结构耐火性能有限元计算模型,考虑火灾位置、柱轴压比和梁配筋率等参数的影响,对火灾下钢筋混凝土框架结构的变形、内力重分布、破坏形态以及耐火极限进行了参数分析。分析结果表明,火灾下框架结构出现了整体破坏形态和局部破坏形态两种典型的破坏形态：当柱轴压比较小时,框架出现受火梁破坏导致的框架局部破坏形态;当柱轴压比和梁配筋率均较大时,框架出现受火中柱和受火边柱破坏导致的框架整体破坏形态,整体破坏形态为连续性倒塌破坏。在框架局部破坏形态条件下,三面受火梁在框架竖向分布位置不同,受约束作用不同,框架的耐火极限亦不同;而在框架整体破坏条件下,柱轴压比越大,耐火极限越小。     

兰州石化乙烯装置钢框架的抗火极限安全分析

针对目前石化建筑结构采用的传统"处方法"防火设计,存在着有时设防过度造成浪费,有时又设防不足造成不安全的情况,应用基于塑性极限上限分析,利用基本破坏机构迭加的方法,通过非线性规划求解,寻找内力功最小值对应的破坏机构,考虑火灾时材料强度降低的非线性特征和弹性模量的不断减小,采用迭代法确定结构的耐火极限时间。用编制的钢框架计算程序,对兰州石化乙烯装置钢框架管廊整体结构进行了抗火验算和性能化设计。提出了主体结构的概念和上限钢框架整体结构抗火验算的实用设计方法,研究了烃类火荷载取值,对烃类火灾结构温度场进行了模拟,通过计算确定了装置内不同区域钢框架结构的保护范围,保证了事故火灾时整体结构的抗火安全性,同时取得了较好的经济效果。