火灾荷载作用下钢结构内力及位移变化情况研究

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1、j：蛋三兰銮箸三兰竺圭茎堡耋圣图1-1世贸双塔受火的照片表1-1国内一些建筑物铜结构部分火灾倒塌实例重庆天原化工厂1960铜屋架20min倒塌天津市民园体育馆1973钢屋架19ram倒塌长春卷烟厂1981钢木屋架倒塌唐山市棉纺织厂1986钢梁20min倒塌北京高压气瓶厂1986钢屋架倒塌江油电厂俱乐部1987钢屋架20min倒塌江苏昆仑某厂房19964320mmz厂房例塌北京玉泉营家具城1998建筑物整体倒塌所以从另一方面说，我们在看见钢结构建筑兴起的同时，也令我们担心的是钢结构建筑的安全问题，安全、实用是建筑所必须具备的条件。而在安全问题中钢结构的防火安全问题的重中之重

2、。1．2国内外现状1．2．1国内现状随着我国综合国力的逐渐增强及城市建设的不断发展，高层建筑在我国迅速增多。我国生产的钢材在质量和数量上也有很大的提高，成本也不断的降低，第1章绪论这都为高层建筑钢结构的发展创造了条件。钢结构建筑像雨后春笋般拔地而起，在北京、上海、深圳、大连、天津等地形成建设高潮，尤其上海浦东陆家嘴金融区，已建成和建设中的高层钢结构建筑有十几栋。为了迎接2008年奥运会，我们国家新建的一批场馆大都采用了钢结构体系。目前很多发达国家都开展了钢结构抗火研究，并且取得了一定的成果。在我国有很多高校曾经或正在从事这项研究，天津市高等学校科技发展基金资助项目《钢梁火

3、灾下响应的虚拟仿真》；同济大学所进行的国家自然科学基金资助项目《约束钢梁的抗火实验与验算》；同济大学所进行的国家自然科学基金资助项目《局部火灾下钢框架温度内力的实用计算方法》。国内的很多学者特别是同济大学的李国强教授，蒋首超博士，上海交通大学的赵金诚教授等都为钢结构抗火研究做出了很多贡献。钢结构抗火研究主要集中在四个方面【l】：一是抗火设计计算方法的讨论，主要是探讨各种不同形式、不同荷载下的结构与构件的抗火能力、极限状态、应力分布等的计算方法和理论研究；二是以实验为依据来观察和验证各种构件在火灾下的破坏形态和理论预测；三是以有限元计算模拟软件来模拟火灾下结构与构件的抗火表

4、现、各种力学性能等；四是研究各种钢结构抗火措施与保护方法(包括研究各种防火涂料，防火措施等)。我国至今没有专门的钢结构抗火设计规范，钢结构所采取的防火措施主要是依据《建筑设计防火规范》和《钢结构防火涂料应用技术规范》，这两种规范中所规定的对建筑结构的防火保护措施主要依据对单个钢构件的抗火实验作出的。在钢结构抗火设计方面所采用的方法主要有四种[2】：(1)基于试验的构件抗火设计方法此种方法，简单、直观，应用方便。最初各国的钢结构抗火设计均采用这种方法。实际上，我国现行《建筑设计防火规范》GBJl6．87关于钢梁和钢柱防火措施要求，也是基于这种方法。但用这种方法来进行钢结构的

5、抗火设计有不足之处：一是很难考虑荷载分布与大小影响。由于实际结构构件所受的荷载分布与大小是各种各样的，结构各构件的实际受载状态与试验的标准受载状态很难完全一样，如果完全套用标准试验的构件状态势必产生很大的误差，造成结构构北京T业大学T学硕十学位论文件抗火设计的不准确。二是很难考虑构件的端部约束状态影响。构件在整体结构中所处的位置不同，则所受的相临构件的约束情况也不同，因此在高温下所产生的构件温度应力和构件承载力也更加不同，这对构件的耐火时间有重要的影响，而各种约束情况试验很难准确和全面地进行模拟。(2)基于计算的构件抗火设计方法理论研究以有限元为主，也有采用经典解析分析方

6、法，基本建立了能考虑任意荷载方式和端部约束状态影响的钢结构抗火设计方法。(3)基于计算的结构抗火设计方法当结构抗火设计以防止整体结构倒塌为目标时，则基于整体结构的承载能力极限状态进行抗火设计更为合理，目前结构火灾下的整体反应分析尚是热门研究课题，还没有提出适于工程实用的方法被有关规范采纳。(4)考虑火灾随机性的结构抗火设计方法现代结构设计以概率可靠度为目标，因火灾的发生具有随机性，且火灾发生后空气升温的变异性很大，要实现结构抗火的概率可靠性设计，必须考虑火灾及空气升温的随机性。考虑火灾随机性的结构抗火设计方法尚是有待研究的一个课题，是结构抗火设计发展的一个方向。1．2．2

7、国外现状自从二十世纪20年代国际上开展结构防火研究以来，结构防火研究主要经历了四个重要时期【3】：(1)1928年Ingberg首次将火灾荷载的概念引入到结构防火之中，使结构防火定量化成为可能；(2)1958年Kawagoe在火灾试验中发现通风条件是影响室内火灾发展的重要参数，并提出了与通风系数成正比的燃烧速度模型，建立室内热量平衡方程，这一研究成果为用计算机来模拟真实火灾作出了经典性的贡献；(3)1963年Odeen和1970年Magnusson发展和改进了上述模型，并补充了隔间内质量平衡方程，提出了多角型燃烧速度模型；(4