高大空间钢结构建筑火灾全过程性能化防火设计方法研究

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1、博士学位论文高大空间钢结构建筑火灾全过程性能化防火设计方法研究Performance-basedFireProtectionDesignofLarge-spaceStructuresExposedtoLocalizedFire作者：张国维导师：朱国庆教授中国矿业大学〇一五年五月中图分类号TU998学校代码10290UDC620密级公开中国矿业大学博士学位论文高大空间钢结构建筑火灾全过程性能化防火设计方法研究Performance-basedFireProtectionDesignofLarge-spaceStructuresExposedtoL

2、ocalizedFire作者张国维导师朱国庆申请学位工学博士培养单位安全工程学院学科专业安全技术及工程研究方向火灾科学与消防工程答辩委员会主席评阅人二○一五年五月论文审阅认定书研究生张国维在规定的学习年限内，按照研究生培养方案的要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本学位论文，经审阅，论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作为学位申请论文送专家评审。导师签字：2015年5月17日致谢时光荏苒、

3、岁月如梭，转眼间已于矿大南湖度过十年青葱岁月。回首过去，思绪万千。二十余年的寒窗苦读，有过成功的喜悦，亦有过失败的沮丧，有太多的人和事值得记忆。值此论文完成之际，谨向所有在我攻读博士研究生期间在学业、工作和生活中给予帮助和支持的人们表示衷心的感谢。首先，感谢导师朱国庆教授对我的淳淳教诲和悉心关怀。恩师国际化的视野，前沿而精髓的学术造诣，严谨勤奋的治学风格，从容、乐观、豁达、以身立行的做人风格不仅使我明白了如何看待事物，懂得了如何规划自己的人生，而且还教会了我许多待人接物与为人处世的道理，深刻影响着我今后的工作和生活。在生活方面恩师和师母给予了我

4、无微不至的关心和帮助，借此机会向恩师及师母表示其次，感谢曾经在实验室一起学习和科研过的同窗好友们。感谢师兄师姐对我的指导，师弟师妹们对我的支持。特别感谢黄丽丽、韩如适、李青、李俊毅等师弟师妹对全尺寸火灾实验以及计算机仿真模拟方面所给予的帮助。再次，感谢远在山东沂蒙山区辛勤劳务的父母张洪发以及杨玉叶二老。感谢我的父母在艰苦的条件下，含辛茹苦地把我和妹妹养大。他们没有读过很多的书，没有很高的社会地位，也没有很多的金钱。但是他们用他们粗糙的双手，用辛勤的汗水，托举起来我们这个温暖的家。他们用农民朴素的道德观点，培养了我正直、忠诚和艰苦奋斗的品质。另外

5、，本论文得到高校博士学科点专项科研基金项目“基于救灭火全过程大空间钢结构响应机理及失效机理研究”以及江苏省土木工程环境灾变与结构可靠性重点实验室开放基金项目“高大空间建筑非均匀受火钢结构温度场分布与性能化防火设计研究”的资助，在此表示衷心的感谢！最后，感谢曾经关心过我、照顾过我的人，是你们让我变得优异。感谢曾经包容过我、理解过我的人，是你让我变得成熟。谨以此论文献给所有关怀、帮助、支持、鼓励我的亲人、师长、学友和朋友们！二〇一五年三月三十一日于徐州南湖摘要高大空间钢结构建筑多为单层公共性建筑或厂房建筑，建筑内人员密集、火灾荷载较大、人员疏散危险

6、性较高。因此，定量地评估高大空间建筑火灾时烟气危害、结构坍塌风险以及人员疏散安全度对科学开展高大空间建筑性能化防火设计研究极为重要。现有研究成果表明，高大空间建筑火灾不同于常规居室火灾，高大空间建筑火灾温度场呈现典型的非均匀分布特征。目前，火灾全过程中非均匀温度场作用下的钢结构整体坍塌风险、人员疏散安全度及其火灾风险定量评估等方面研究仍相对粗略。本论文充分地考虑了高大空间火灾非均匀温度场的时空分布特性，采用理论分析、实验研究、数值模拟相结合的方法，建立了火灾全过程高大空间非均匀烟气温度场的时空模型，提出了考虑火焰热辐射作用下的钢构件升温计算方法

7、。将非均匀分布的时空温度场与结构应力场耦合，对火灾全过程中非均匀受火钢结构的整体稳定性进行定量评估。同时，还对高大空间建筑内人员疏散行为进行了研究，系统地提出了高大空间钢结构建筑火灾全过程性能化防火设计方法。研究将丰富高大空间钢结构整体抗火理论，为该类建筑的火灾风险评估提供工具。具体的研究工作包括如下几个方面：1)实验验证了大涡模拟技术预测高大空间火灾温度场分布的可行性。借助于大涡模拟技术，对近百个不同建筑高度、不同建筑面积、不同火源功率的高大空间建筑火灾烟气温度场分布规律进行了研究，提出了高大空间建筑火灾非均匀温度场时空模型，该模型能够较为准

8、确全面地反应高大空间建筑火灾温度场的时间发展特点和空间非均匀分布规律。2)建立了高大空间受火钢构件热平衡方程，研究了火焰体直接热辐射、烟气热对流以及烟