探究住宅钢框架结构抗火反应分析

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1、北京交通大学硕士学位论文住宅钢框架结构抗火反应分析姓名：张国良申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：高日;吕晓寅20040201飞86077摘要近年来，住宅钢结构以其独具的优势逐渐得到推广和应用，对其理性化的防灾、减灾设计提出了更高的要求。由于钢材的耐火性差，因而钢结构需要大量的防火披覆。为了使钢结构的防火设计更加经济、合理，国内外兴起了结构抗火工程的概念，与传统的依赖于然烧炉试验的耐火设计相比，具有理性的指导意义和广泛的实用价值。钢结构抗火是以结构具有一定的耐火时间为标准，通过模拟预测实际火灾特性和结构的

2、非线性有限元分析，求得直至倒塌时结构的抗火全过程响应，并确定结构的临界温度状态和整体结构的抗火时间极限，从而对其实际抗火性能有一个更加理性的了解和认识，为经济、科学的防火设计提供理论依据。本文通过对火的分析及钢材在高温下力学性能的研究，采用材料非线性和几何非线性的有限元双重非线性方法进行分析。本着由简单到复杂、由单个构件到整体结构的思路进行。首先对单根钢梁以工SO-834标准温度一时间关系曲线模拟火灾，采用大型有限元分析软件ANSYS中的三维热力祸合单元进行温度计算和力学分析，得到钢梁的任一点在任一时刻的温度和

3、位移等，确定其耐火时间和临界温度，并与按照规范和相关教材计算得到的结果进行对比，确定该方法的准确性和实用性。然后对三层三跨的钢框架整体结构进行抗火反应分析，假定火灾发生在不同层不同跨的房间分别进行计算，得到各种情况的耐火时间和临界温度.分析结果表明:无防火保护钢框架整体结构的抗火性能远远高于单个构件的抗火性能:对于多高层钢框架结构，火灾发生在框架底层房间和中跨房间对整体结构更为不利，实际中应加强防火保护，如果火灾发生在顶层或边跨房间，只会对该房间或临近房间影响较大，而对整体结构的影响不大，可适当减少防火保护:框

4、架中柱的强度和尺寸对提高整体结构的抗火性能起着至关重要的作用，应作为防火保护的重点，如果采用钢管混凝土、钢骨混凝土柱等结构形式，更会提高整体结构的抗火性能，而梁的强度提高和尺寸加，大对结构的抗火性能提高不大，可适当减少防火保护。通过对钢框架结构的抗火反应分析，希望能为今后的结构抗火工程的研究和实际工程的防火设计提供一些参考意见。关键词:住宅钢结构抗火非线性倒塌过程禾t作},f,誉r,=;r42.勿全文公布AbstractInrecentyears.thesteelstructureboomsdramatical

5、lyindwellinghousesinChinabecauseoftheuniqueadvantagesandtheincreasingoutputofsteel.Buttherearestillencumbrancesinthepopularization,oneofwhichisthesteel'sfatalweakness-poorfireresistance.Comparedwithothermaterials,steelhasahighthermalconductivity.whichinfires

6、ituationscancausethestructuretolosestrengthandstiffnessveryrapidly.Sincethe4.11terroristattack.thefireresistantdesignofsteelstructure,especiallyofdwellingsteelstructureseemsmoreimportantthanever.Traditionally,engineershavereliedalmostentirelyonresultsofstand

7、ardcomponentsfireteststoevaluatefireresistanceofstructuretocarryoutfire-safetydesign,andlitlewasdoneto"design"structuretoresistfireaswedototheeffectsofgravity,windandearthquakes.Thetraditionalmethodsgivelittleinsightintothestructurebehaviorduringthetests,whi

8、chleadstowasteofmoneyinfireprotectionofsteelwork.Formanyyears,fireengineeringresearchhasshownthatsteelworkperformsbeterthanisolatedindividualmembers.Therecentfiretestsconductedonthefull-scalebui