足尺钢框架结构真实火灾下耐火性能试验研究

为分析真实火灾下整体钢框架结构的耐火性能，设计了一个平面尺寸为6 m×6 m、单层层高为3 m的两跨两层钢框架足尺结构，并进行三种火灾工况下的真实火灾试验，研究了住宅火灾、仓库火灾及无防护火灾条件下的试验现象、实际温度场和力学响应。结果表明：真实火灾下钢框架的升温曲线与标准升温曲线有较大差别；受火房间的空气温度沿竖直方向呈现不均匀分布，沿水平方向温度趋于相同；防火保护使构件表面温度滞后于火场温度，且表面温度峰值和峰值后的下降速率均小于无防火保护构件的；火荷载密度增大及防火保护的缺失都将增加钢梁轴向的温度差，但不影响沿钢梁和钢柱截面方向以及钢柱轴向的温度梯度变化规律；钢梁和混凝土板相较钢柱具有更高的温度；钢框架结构设计应充分考虑防火保护，且可适当考虑墙体对建筑抗火性能的有利作用。     

海口双子塔-南塔钢结构抗火设计

海口双子塔-南塔结构体系外侧为巨型钢管混凝土柱+钢支撑框架,内部为钢板混凝土核心筒,二者之间为钢结构组合楼盖,需进行抗火设计。采用临界温度法对结构进行抗火设计,基于抗火设计结果建立热-固耦合整体结构模型,继而进行抗火灾连续倒塌分析。分析时考虑了高温下构件材料的刚度、屈服强度等折减以及构件的温度应力,同时对耐火极限后的构件损坏进行了评价。结果表明,采用临界温度法抗火设计以及基于整体结构的火灾全过程分析,基本可实现建筑结构在火灾时的抗连续倒塌设计目标,其中大跨组合钢次梁为防连续倒塌薄弱构件,转换梁及钢结构节点需进行防火加强。     

蔓延火灾下钢框架结构抗火性能试验研究

为研究蔓延火灾下钢框架结构建筑室内火灾温度场、钢构件温度分布和位移的发展规律,对1个足尺的两层钢框架结构进行蔓延火灾试验,测量试验区域内关键位置的空气温度、钢构件温度和位移。试验结果表明：试验中火源房间内的火灾过程呈现4个明显的发展阶段,受火70min时室内火灾达到全盛,测得火灾烟气层最高温度730℃;受火82min时火灾从火源房间蔓延至邻近房间,导致了邻近房间内各受火钢构件温度峰值出现在不同时刻,同时,各构件历经扩散热烟气加热、直接受火加热和冷却降温3个阶段,呈现反复升降温的受火过程;受火过程中,钢构件温度变化显著滞后于火场温度,受火钢柱先后升温产生向上的轴向变形。与传统室内火灾相比,蔓延火灾扩大了火场范围和钢结构受火范围,对结构安全和人员安全造成更大威胁,因此在进行结构抗火设计时应得到充分考虑。     

Research on fire resistance test of a steel frame building under spreading fire

为研究蔓延火灾下钢框架结构建筑室内火灾温度场、钢构件温度分布和位移的发展规律，对1个足尺的两层钢框架结构进行蔓延火灾试验，测量试验区域内关键位置的空气温度、钢构件温度和位移。试验结果表明：试验中火源房间内的火灾过程呈现4个明显的发展阶段，受火70min时室内火灾达到全盛，测得火灾烟气层最高温度730℃；受火82min时火灾从火源房间蔓延至邻近房间，导致了邻近房间内各受火钢构件温度峰值出现在不同时刻，同时，各构件历经扩散热烟气加热、直接受火加热和冷却降温3个阶段，呈现反复升降温的受火过程；受火过程中，钢构件温度变化显著滞后于火场温度，受火钢柱先后升温产生向上的轴向变形。与传统室内火灾相比，蔓延火灾扩大了火场范围和钢结构受火范围，对结构安全和人员安全造成更大威胁，因此在进行结构抗火设计时应得到充分考虑。     

钢桁架屋盖结构抗火设计实用方法

钢桁架结构作为大空间建筑屋盖结构常用的形式之一,其火灾下的承载能力对于保证大空间建筑屋盖结构在规定耐火极限内的安全性至关重要。采用有限元数值分析方法和结构力学理论分析,对桁架屋盖在多参数影响下的抗火性能进行了研究,发现平面外支座约束条件、火源位置及结构荷载比是影响钢桁架结构抗火承载力的关键因素;桁架屋盖体系中的支撑构件在火灾下失效会使桁架平面外支座约束方式产生变化,从而影响上弦杆件平面外抗火承载力;基于整体结构受火性能,提出了钢桁架屋盖抗火设计实用方法,该方法有助于明确临界温度法或承载力法中相关参量的取值,为基于计算评价桁架屋盖结构在大空间建筑火灾下的抗火性能提供科学的依据。     

局部火灾下多层钢-混凝土组合平面框架抗火性能分析

采用考虑高温蠕变的钢材热-力耦合本构关系及考虑高温徐变和瞬态热应变的混凝土热-力耦合本构关系模型,利用ABAQUS有限元分析软件建立火灾下钢管混凝土柱、钢-混凝土组合梁等构件以及节点和单层单跨框架结构的温度场和结构抗火分析的有限元分析模型,计算结果得到已有试验结果的验证。在此基础上设计一榀3层3跨钢-混凝土组合平面框架模型,建立局部火灾下该平面框架的温度场与结构抗火性能分析模型,研究局部火灾下钢-混凝土组合平面框架的抗火性能并分析其失效模式,对该平面框架的耐火极限、梁柱变形规律及柱底截面内力变化规律进行分析,并对是否考虑钢梁与混凝土板相互作用对框架梁抗火性能的影响进行研究,对梁先失效模式下框架梁与简支梁、固支梁的抗火性能进行对比分析,对柱先失效模式下钢管混凝土框架柱与两端固支钢管混凝土单柱的抗火性能进行对比分析。结果表明:梁先失效模式下考虑钢梁与混凝土板的相互作用可以充分发挥钢-混凝土组合梁的抗火性能,框架梁的抗火性能要优于简支梁且接近并略低于固支梁,柱先失效模式下两面受火时单个钢管混凝土边柱的抗火性能为框架边柱抗火性能的上限,两面受火与四面受火时单个钢管混凝土中柱的抗火性能与相应框架中柱的抗火性能较接近。     

欧洲规范中混凝土结构抗火设计主要内容(2)——基于构件分析的简化抗火计算方法与火灾下混凝土爆裂简化判别方法

简要介绍了欧洲混凝土抗火设计规范(EC2-1-2)提供的基于构件分析的简化抗火计算方法与火灾下结构构件混凝土爆裂的简化判别方法,并指出需进一步研究的问题,供我国混凝土与预应力混凝土结构抗火设计及相关标准修订时参考。     

单跨门式钢刚架结构抗火设计实用方法

采用有限元数值分析方法,对门式钢刚架在多参数影响下的抗火性能进行了研究。基于经典结构力学,建立非均匀温度场中单跨门式钢刚架结构的内力方程,以此判断高温下,结构最不利截面几何位置。研究表明,在大空间建筑火灾中,主要是梁跨中截面和梁端截面影响门式钢刚架结构抗火承载力;根据数值分析结果,建立不同温度场非均匀性、荷载比、高跨比和楔率参数条件下门式钢刚架结构临界温度的大数据库,并拟合得到各参数影响下结构的临界温度经验公式,在临界温度法框架下,建议了单跨门式钢刚架结构抗火设计实用方法,为基于计算的门式钢刚架结构在大空间建筑火灾下的抗火性能评估提供了参考。     

GFRP筋增强混凝土结构的抗火设计

通过火灾环境中混凝土内的温度场试验,以及火灾高温中玻璃纤维聚合物筋(GFRP筋)的力学性能和黏结性能试验,根据不同抗火等级对不同混凝土构件所要求的耐火极限时间,给出了GFRP筋增强混凝土结构的抗火设计方法.当抗火等级要求较高时,不宜采用GFRP筋增强混凝土结构.     

新建昆明国际机场航站楼屋顶网架结构的抗火研究与设计

基于性能化方法对新建昆明国际机场航站楼屋顶网架结构进行了结构抗火设计.对大型网架结构整体抗火设计问题进行了探讨.推荐了一种钢结构抗火性能化设计的设计流程.介绍了抗火性能化设计中高大空间火灾下钢构件升温的实用计算公式.讨论大型网架结构抗火整体分析中的温度加载模型.推荐了适用于钢结构抗火整体分析中的荷载组合方法.     

钢-混凝土组合结构抗火性能研究与应用

钢-混凝土组合结构抗火性能研究是当前的研究热点之一,国内外学者对此展开大量试验研究和理论分析。通过介绍国内外研究者在组合板、组合梁、组合柱等构件以及结构节点和结构体系抗火性能方面研究概况,分析了我国现有防火设计规范的特点以及工程应用情况,指出现有研究的不足,对组合结构抗火研究领域在高温材料热-力耦合本构关系、计算理论、数值火灾试验和设计方法等方面需进一步研究的工作进行了展望。文中指出,建立考虑升降温、多轴应力状态、不同加卸载路径的钢材和混凝土热-力耦合本构关系,建立基于整体性能、考虑升降温全过程的结构抗火分析理论,建立整体结构数值火灾试验方法,提出“三水准”结构抗火设计与灾后结构损伤评估原则以及基于时变可靠度和结构整体性能的组合结构抗火设计方法是钢-混凝土组合结构抗火性能研究的关键科学问题。表2参119     

考虑结构整体性的约束组合梁抗火性能参数分析及实用计算方法

由于结构的高次超静定,处于结构整体中的约束构件与单个独立构件的抗火性能具有很大不同,这已在Cardinton试验以及一些火灾现象中得到了证实。影响约束组合梁抗火性能的参数很多,采用试验的方法研究这些参数的影响代价很高,本文利用经过试验检验的理论分析方法分析了荷载比、约束刚度、钢梁与混凝土相对面积比等对约束组合梁抗火性能的影响。并根据参数分析结果给出了考虑结构整体性影响的组合梁抗火实用计算方法,最后通过实例说明了实用抗火计算方法的应用。     

钢筋砼结构抗火性能研究现状与展望

火灾产生的高温可使建筑结构严重破坏甚至倒塌,为了保证建筑结构具有足够的抗火能力,必须进行建筑结构的抗火分析和设计。总结了目前国内外钢筋砼结构抗火性能研究的现状,包括国内外抗火试验研究现状、温度场计算、构件承载力计算以及建筑结构抗火性能应用软件研究等,并对今后的研究方向进行了展望。     

胶合竹结构墙体的抗火试验及分析

胶合竹结构墙体的抗火性能是竹结构房屋抗火性能的重要影响因素,但这方面的研究还处于空白。对1片胶合竹结构非承重墙体进行大尺寸的标准耐火试验,按照ISO 834标准升温曲线进行升温,获得竹胶合墙体构件火灾过程中的升温特点、破坏现象和破坏模式,得到各测点的升温曲线、分布情况及耐火极限。并采用火灾动态模拟软件FDS模拟该胶合竹结构墙体的火灾试验过程。研究结果表明:胶合竹结构墙体构件背火面的最高升温不超过90℃,且温度分布与测点位置密切相关;墙体破坏模式为E类,耐火极限超过60 min,超过了GB 50005—2003《木结构设计规范》对该类墙体耐火极限的要求;火灾动力学模拟器FDS能较好地模拟胶合竹结构墙体构件火灾下的温度变化过程,模拟结果与实测结果的温升趋势和分布情况基本吻合。由于胶合竹结构墙体的抗火性能影响因素复杂,还需要进行系统研究。     

国内外建筑结构耐火抗火技术研究动态

总结了国内外建筑结构的抗火性能的研究进展。从梁板柱单个构件在火灾作用下的受力和变形、整体结构抗火性能实验、火灾后钢筋混凝土结构损伤评估和加固方法等方面讨论了国外的研究动态;并从高温下与高温后混凝土力学性能、高温下结构钢的材料特性、钢结构连接节点抗火性能、钢结构的抗火性能理论等方面讨论了国内的研究不足;提出应深入研究材料高温性能、材料高温（火灾）性能数据库、整体结构受火性能、结构火灾反应的可靠度、结构火灾风险性能化评估方法、结构抗火试验新技术等。     

火灾作用下钢筋混凝土结构工作性状研究概述

介绍了火灾的危害,研究了建筑结构的抗火设计措施、火灾升温过程、钢筋混凝土材料、结构和构件在高温下与高温后的力学性能,提出了火灾后钢筋混凝土结构的检测与评估方法,从而为建筑物的抗火设计提供依据。     

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。     

不同设防烈度区同类既有底框结构抗火性能对比研究

以不同设防烈度区同类既有底框建筑的典型子结构作为研究对象,对比分析了转换层受火工况下6～8度区底框结构的抗火性能。结果表明:不同设防烈度区同类既有底框结构的地震抗力可转化为该类结构的抗火能力,高烈度区既有底框结构的抗火性能强于低烈度区同类型底框结构;除火灾荷载之外,轴压比是影响底框结构抗火性能的重要指标;火灾下,底框结构破坏的本质是静力与温度效应之和大于高温下构件的承载能力,与此同时,破坏构件的受力钢筋在一定范围内屈服,形成塑性铰。     

局部火灾下钢框架结构的非线性有限元分析

利用ANSYS软件的热-结构耦合模块,建立了局部火灾下平面钢框架的传热模型与在外力荷载及温度荷载共同作用下的受力模型.研究火灾下结构的薄弱环节,得到结构的耐火时间和临界温度,并得出了各个时刻结构的温度场和变形,通过不同国家及组织所采用的标准火灾升温曲线,分析各种火灾曲线下整体结构的抗火响应,并做出比较,从而更加真实地反映出结构的抗火性能.     

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。