浅谈高温下超静定钢结构受力情况分析

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1、防火与防腐高温下超静定钢结构受力情况分析严兆驰１２董学鹏（１．阜阳市消防支队，安徽阜阳２３６０１６；２．滁州市消防支队，安徽滁州２３９０００）摘要：采用ＦＤＳ火灾动态模拟软件建立钢结构厂房火灾场景，并运用ＡＮＳＹＳ有限元分析软件进行结构受力分析。研究表明：在高温作用情况下，超静定钢结构工程由于内力重分布会导致构件内力发生较大的变化，可能与常温下的受力设计不一致，进而造成结构失稳。由此提出，对钢结构在高温作用下的安全分析，应当进行基本钢结构单元的抗火承载力验算，而不能仅因为温度远未达到失去静态平衡稳定性的临

2、界温度（５４０℃左右）就认为结构是安全的。关键词：防火；钢结构；性能化设计ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＡＮＡＬＹＳＩＳＯＦＨＹＰＥＲＳＴＡＴＩＣＳＴＥＥＬＳＴＲＵＣＴＵＲＥＩＮＨＩＧＨＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ１２ＹａｎＺｈａｏｃｈｉＤｏｎｇＸｕｅｐｅｎｇ（１．ＦｕｙａｎｇＣｉｔｙＦｉｒｅＢｒｉｇａｄｅ，Ｆｕｙａｎｇ２３６０１６，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｈｕｚｈｏｕＣｉｔｙＦｉｒｅＢｒｉｇａｄｅ，Ｃｈｕｚｈｏｕ２３９０００，Ｃｈｉｎａ）ＡＢＳＴＲＡＣＴ：ＵｓｅｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅＦＤＳｔｏｅｓｔａｂｌｉｓｈｓｔｅｅｌｐｌ

3、ａｎｔｆｉｒｅｓｃｅｎｅ，ａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｓｔｒｅｓｓａｎａｌｙｓｉｓｉｓｄｏｎｅｂｙＡＮＳＹＳ．Ｔｈｅｎｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｆｏｒｃｅｓｏｆｈｙｐｅｒｓｔａｔｉｃｓｔｅｅｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗｉｌｌｌａｒｇｅｃｈａｎｇｅａｔｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｂｅｃａｕｓｅｏｆｉｎｔｅｒｎａｌｆｏｒｃｅｓｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｆｒｏｍｔｈｅｆｏｒｃｅｄｅｓｉｇｎａｔｒｏｏｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｃａｕｓｅｓｂｕｃｋｌ

4、ｉｎｇ．Ｔｈｅｓｔｅｅｌ’ｓｓａｆｅｔｙａｎａｌｙｓｉｓａｔｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｈｏｕｌｄｂｅｔｏｃｈｅｃｋｔｈｅｆｉｒｅ－ｒｅｓｉｓｔａｎｔｃａｐａｃｉｔｙｏｆｔｈｅｂａｓｉｃｓｔｅｅｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｕｎｉｔ．Ｅｖｅｎｌｅｓｓｔｈａｎ５４０℃ｗｈｉｃｈｆａｒｂｅｌｏｗｔｈｅｃｒｉｔｉｃａｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｌｏｓｓｏｆｓｔａｔｉｃｂａｌａｎｃｅ，ｉｔｍａｙｎｏｔｂｅｓａｆｅｙｅｎｏｕｇｈ．ＫＥＹＷＯＲＤＳ：ｆｉｒｅ；ｓｔｅｅｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｐｅｒｆｏｒｍａ

5、ｎｃｅ－ｂａｓｅｄｄｅｓｉｇｎ０引言长度伸长；另一方面，由于构件截面上的温度场分布由于钢结构在常温下具有强度高、刚度大、施工不均匀而发生弯曲。对于顶端不受约束的单体构件周期短等优点，在建筑行业得到广泛的使用，越来越来说，这种变形会自然体现出来；如果构件的端部受多的建筑设计采用了钢结构。为了保证火灾状况下到约束，则构件的内部便会出现附加的热应力。当建筑结构的安全，国家消防规范对建筑结构耐火性结构受到多重约束，即为超静定结构时，就会产生内能提出了要求。但是，在一些情况下，规范并不能覆力的重分布。为此，结合曾经

6、发生的一起钢结构厂盖实际中的所有情况，不能反映防火保护实际需要房火灾事故，构建了一个钢结构模型，进行火灾场景的等级，并达到经济的目的。因此，近年来，钢结构分析，以验证火灾状况下钢结构的稳定性。（尤其是大跨度、大空间钢结构）防火设计多数采用性能化防火设计的方法。目前对钢结构进行防火设１场景建模计，多数是对火灾中钢结构构件能否达到一个给定建立一个制鞋厂单层钢结构厂房模型，采用的临界温度（如，５４０℃———钢材的强度降低至常温ＦＤＳ软件模拟分析火灾情况下钢结构构件处的温的５０％的温度）进行判断。度，再采用ＡＮＳ

7、ＹＳ有限元分析软件对钢结构构件然而，场所温度未达到５４０℃，钢结构一定安全在不同时间／温度状态下的热应力进行分析。吗？作者认为，由于未对火场中钢结构构件的热稳某单层钢结构标准厂房结构见图１。厂房横向定性进行分析，得出的结果并不一定与实际相一致，２跨、跨距１８ｍ，纵向８跨、跨距７．５ｍ。边柱高其结果也未必是肯定的。６ｍ，中间支撑柱高７．２ｍ。受到火灾作用后，不同建筑构件的性能变化状厂房以生产鞋子为主，车间内设置有机器设备、况是不相同的。对于钢结构，应力变形是需要考虑第一作者：严兆驰，男，１９７８年出生，硕士

8、。的主要方面。建筑构件受到火灾后，其温度将迅速Ｅｍａｉｌ：１３９０５５８７０５６＠１６３．ｃｏｍ收稿日期：２０１１－１０－１８上升，体积发生膨胀，对于较长的杆件，主要体现为７４钢结构２０１２年第３期第２７卷总第１５７期严兆驰，等：高温下超静定钢结构受力情况分析表２常见建筑火灾的最大热释放速率典型火灾场所最大热释放速率Ｑ／ＭＷ设有喷淋的商场５．０设有喷淋的办公室、客房１．５设有喷淋的公共场所２．５设有喷淋的超市、仓库４．０无喷淋