浅论2008奥运羽毛球馆弦支穹顶结构抗火反应分析

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1、北京工业大学硕士学位论文2008奥运羽毛球馆弦支穹顶结构抗火反应分析姓名：崔伟龙申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：张爱林20090501摘要弦支穹顶结构是将张拉整体、索穹顶等柔性结构和单层网壳相结合而形成的一种新型的空间结构体系。与单层网壳相比具有结构刚度大、稳定性高、重量轻等特点，与双层网壳相比，具有结构形式新颖、造型美观、节约空间等特点。由于钢结构的耐火能力差，如发生火灾，在高应力和高温的共同作用下，构件的力学性能变化剧烈，并且由于热膨胀应变和蠕变的增加导致索的预应力损失，致使整个结构有发生坍塌的危险。至今，国内外还没有系统地对弦支穹顶结构进行火灾下的性能分

2、析，因此本文以奥运羽毛球馆实际工程为契机，对超大跨度弦支穹顶结构火灾下的性能进行了全面的分析研究。在材料的塑性材料选项中，基于我国采用的弹性模量和屈服强度模型及温度曲线需要的条数，本文采用多线性随动强化模型。在材料高温蠕变性能的研究中，比较各模型的吻合度及适用范围，本文采用王俊模型；经过模拟分析，得出高温蠕变主要取决于预应力初值的大小。在对室内火灾温度场的模拟中，本文分别采用传统的IS0-834标准升温曲线和实用大空间建筑火灾空气升温经验公式进行温度场的模拟，将所得温度场叠加到结构中，进行热结构耦合计算。标准升温曲线得出在22rain左右结构开始出现破坏，各构件受力机理

3、也可表明，大空间空气升温模型则得出结构在1．5h内仍处于安全状态，但个别构件内力、位移变化幅度较大。研究表明大空间升温模型可以更贴切的体现大空间结构火灾下的实际响应。在对火灾下弦支穹顶结构性能的研究过程中，本文针对不同的火源面积，分别对各构件内力、各节点位移的变化过程进行了分析研究，并解释了对应工况下结构的变形图，以及结构破坏的原因，最后根据不同工况下结构的响应提出了适合于大空间结构火灾下改进的标准升温曲线公式。综上所述，本文针对大跨度弦支穹顶结构，系统地研究了预应力钢结构材料的高温性能，采用两种典型的室内火灾升温公式对计算模型进行比较分析，明确了不同的火源面积下该结构

4、的响应，并提出了适合于大跨空间结构火灾下改进的标准升温曲线公式。最后，本文对弦支穹顶结构抗火研究有待进一步深化的问题进行了展望。关键词：弦支穹顶高温蠕变温度场大空间空气升温模型ABSTRACTSuspend—domestructureisanew-typehybridspacialstructuresystem，andisputforwardbasingontheconceptofcombiningtensegrityandcabledomewithsingle·layerreticulatedome．Contrastedtothesingle-layerreticul

5、atedome，suspend—domehasthecharacteristicofhighrigidity,goodstabilityandlightweightetc，contrastedtothedouble-layerreticulatedome，ithasthecharacteristicofnovelstructuretype，slinkyfigureandsavingspaceetc．Asaresultofthesteelproductsbadfireproofability,onceithasfire，themechanicalbehaviorofeac

6、hmemberchangegreatlyunderhighstressaswellashightemperature，andthepre-stresslossesbecauseoftheincreaseofthermalexpansionandthermalcreep，evenresultinginthestructure’Sdamage．Thestudyagainstfiretosuspend—domestructurewasnotmadesystematicallyuntilnow,SOwiththedesignofBadmintonArenafor2008Olym

7、picGames，themorecomprehensivetheoreticstudywasmadetosuper-largespansuspend—dome．Inplasticmaterialoptions，thispaperadopttheMKINbasedonthemodelofelasticmodulusandyieldstrengthandtheamountofsimulatedtemperaturecurvesadoptbyourcountry．Inthestudyofhightemperaturecreeppropertie