火灾引起网架杆件变形对结构受力性能的影响

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1、第七届全国现代结构丁程学术研讨会火灾引起网架杆件变形对结构受力性能的影响刘振华周颖刘艳王卫东(山东大学土建与水利学院，济南250061)摘要：本文介绍了某厂房的网架结构屋盖火灾事故之后铡结构构件火灾后发生的外观变形，取用其中的局部网架采用ANDIA软件进行了有限元模拟，从而确定网架变形后对于网架受力性能的影响，为嘲架加固提供依据。关键词：火灾．网架结构，杆件弯曲，有限元一、工程概况空间网架的整体性能好，具有较高的安全度。其独特的优点和巨大潜力，愈来愈受到重视和欢迎，有着广阔的发展前景。该结构是一种高次超静定结构。剐架结构的杆件一般为钢结构．主要受轴心力作用[4】。网架结

2、构有时会由于意外事故(如火灾、地震等)而产生较大的结构损坏。杆件发生变形，和设计有一定的偏差，杆件的承载能力也会受到影响。某厂房结构为166．5m×48m大空间单层框架结构，主体建筑屋顶结构为双坡网架(图1)，坡度2％，采用焊接球节点，网架项部标高为8m．采用的网架结构形式为正放朋角锥，平面网格尺寸3m×3m，结构水平投影面积为7572m2，网架高度为l9m，网架的周边支承条件为上弦周边铰接支承，网架中间部分支承在钢梁上，下部钢筋混凝土柱距为6m，混凝土强度等级为c30。屋而采用混凝上方槽板，网架采用Q235钢材。该工程于20世纪90年代初竣工投入使用，工作状态正常。里

3、二殳图j躅架：；搞下面盈2006年5月某日焊工在补焊一零件时，由电焊火花引起网架上己涂刷好的油漆咀及水集聚氯酯着火，引起火灾。火灾发生至完全熄灭，历时20mjn。在测量网架结构挠度的I司时，对网架结构的性状进行了详细的实地勘察．发现网架A～B、D～F和H～J轴受损较为严重，共发现463根杆件有不同程度的弯曲变工业建筑2007增刊第七屑全国现代结构工程学术研讨会形，散布于整个网架中(图2)。最大的弯曲矢高约为80mm(上弦杆件)，约足杆件长度的2．7％，远大于f，1000【2】。实际变形相关照片见罔3～图6。图2火爽后网架中弯曲的杆件图3上弦杆件弯曲二、有限元计算模型图4

4、支座节点该网架1～9、9～19、19～29轴为三个相对独立的部分，限于篇幅所限，本文中仅取其中受损最严重的9～19轴结构进行计算分析。采用通用有限元软件AD斟A进行建模分析。模型平面尺寸为59m×48m，网架高度为1．9m，上弦网格尺寸为3m×3，{k模型平面图见图5。节点为空问铰接节点，荷载作用在上弦节点上面，节点受力按照实际情况施加，最大值达到了17．1KN．杆件变形根据火灾发生之后，实地测量所的数据进行模拟。模型中，材料的参数￡=2．06×105Ⅳ，mm2，y=o．29，采用B锄单元，杆件两端释放。工业建筑2007增刊图5网架平面图及立面图第七届全国现代结构T程学

5、术研讨会三、计算结果分析建立模型计算后，原始网架和变形后网架计算结果变形放大如下图6，7所示，上弦节点均为支座节点，只有下弦节点和上弦中部节点具有位移变化。，可咀明显地看到图7中，上弦杆件具有初始变形时，它的杆件位移要比图6的变形大的多。图6原始网架受力结果．图7挠曲网架受力结果(一)节点位移比较c，取两个模型的相同位置点的位移进行比较，节点标号如图8所示。结果如表1所示图8节点示意图表1节点位移比较(单位：m)节点号463382260353415●无初始变形7．64675E一027．64675E．02764675E-027．64675E．022422678024615

6、84E-02有初始变形670758E．0l6．70748E-0166536lE．0l78536lE_ol2．25349E—Ol394970E一0l1631041884164254194232．42267E也461584E．028．27708E．024．61584E啦2．42267E-02461584E_02242267E一022．25349E_014．2202lE．0l9．24573E．025220218025．18535E也6．11621E一02318535E—02工业建筑2007增刊第七届令国现代结构T程学术研讨会杆件发生火灾后的初始变形50mm超过了《网架结构工稗

7、质量检验评定标准》(JGJ78．91)中关于“杆件轴线不平整度”的规定：L儿000s5㈣的规定(杆件长度为3()0{)rm)。在这种情况下，杆件的位移要比原设计中的大很多。这部分杆件的实际长度大于设计长度。尺寸的改变使网架结构中杆件的实际受力发生变化，网架的变形也超过了设计所期望的值，而且超过的数值偏大，可能给使用带来了不便。这部分杆件必须进行替换，同时，挠曲杆件的周围杆件亦会受到发生挠曲的杆件的变形影响，位移发生比较大的变化。表中可以明显看出．当上弦杆具有初始变形时．结构承受荷载后，部分网架节点的位移要比没有初始变形的网架的节点位移要大