研究所科研课题选题报告

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1、河北建筑工程学院学生科研课题选题报告课题名称钢结构抗火建筑材料的研究学生姓名所在班级课题研究的起止时间2011年11月－2012年06月建筑工程检测加固与建筑节能研究所制12一、选题依据及意义1、课题来源，项目名称：◆课题来源：（这次先不填）◆项目名称：（这次先不填）2、本选题有关的研究现状和发展情况分析：◆国内外研究现状：（1）近年来，全国各地纷纷展开大量的基础设施建设项目。钢结构以其自重轻、抗震性能好、施工速度快等优点，被广泛地应用于现代建筑中，包括：体育场馆、工业厂房、商业大中庭、交通枢纽等。随着英国的Cardington火灾试验及其后的数值分析研究，使得人

2、们对于钢结构在火灾下的性能有了深入的了解，结构抗火领域的研究取得了很大的发展。性能化钢结构抗火分析设计方法在工程实践中也得到了广泛的应用。（2）在高温对混凝土材料性能的影响研究方面，国内外学者进行了大量的试验研究，给出了混凝土和高强混凝土的热工性能(导热系数、比热、质量密度、热膨胀系数)的函数表达式。国内外学者对高温下和高温后混凝土的力学特性、混凝土在多轴应力状态下的抗压强度也进行了相关的试验研究，而混凝土的高温本构关系研究一直是国内外研究的热点。混凝土的高温爆裂问题的关键是定量确定爆裂发生的时间和爆裂深度。美国、德国、英国、加拿大、日本等国的专家，对混凝土结构在

3、火灾高温环境中的反应及耐火性能进行了一系列的试验研究，就结构在荷载及高温共同作用下应力分布、变形、破坏特征等多方面进行了研究，并提出了各种混凝土结构的抗火分析方法和设计理论。（3）国内外学者分别对各类构件(如梁、柱、板、墙等)和框架结构进行了一定的燃烧(高温)试验和计算分析，得到一些定性的认识，这些成果对于进一步发展混凝土结构的抗火设计理论具有重要意义。国外对钢筋和混凝土的高温热工性能进行了大量系统的实验研究，得到了这些热工参数的一般值和变化规律，其中较有影响的是Harmathy和Harada等人在混凝土的热工性能方面的研究成果。◆发展趋势、前景：（1）12在国外

4、，钢结构已经广泛应用于各种工程技术领域；在国内，高层建筑钢结构和大跨度结构的发展也预示着钢结构将是未来结构发展的主要方向．火灾产生的高温对钢结构的强度、刚度等有很大的影响，如何有效地进行钢结构的抗火设计是很有必要的．由于对钢结构或钢构件的抗火性能进行试验非常复杂且昂贵，因此，在一定的试验数据基础上开发数值模拟软件，对钢结构在火灾中的反应进行数值模拟，具有重要的意义，它是性能化防火设计的关键所在．（2）采用更精细的高温材料模型，模拟真实结构的火灾反应，是钢结构抗火计算理论的发展趋势．考虑建筑物的真实火灾特性，基于整体结构的火灾反应，进行钢结构火灾风险评估，并以保障建

5、筑消防人员安全和降低结构抗火成本为目标，确定钢结构抗火性能指标，进行钢结构抗火设计，是结构抗火安全评价与抗火设计的发展趋势．（3）钢结构以其自重轻、抗震性能好、施工速度快等优点，被广泛地应用于现代建筑中，包括：体育场馆、工业厂房、商业大中庭、交通枢纽等。随着英国的Cardington火灾试验及其后的数值分析研究，使得人们对于钢结构在火灾下的性能有了深入的了解，结构抗火领域的研究取得了很大的发展。性能化钢结构抗火分析设计方法在工程实践中也得到了广泛的应用。◆存在的主要问题：（1）构件耐火时间不能完全代表真实情况下结构的耐火时间，在大空间建筑的局部火灾中可能出现过于保

6、守而使材料浪费的情况．基于性能计算的钢结构分析方法可以用来根据实际情况更好地选择经济有效的防火保护方法．通过设置合理的火灾场景，研究整体结构的火灾响应特性，通过模拟计算分析，可以确定合理的防火保护措施，如适当的保护面积和涂层厚度对可能影响整体结构的关键构件要加强保护，而受火威胁小的构件，甚至可以不作保护．现今国内外已开展的钢结构抗火研究仍存在以下问题：实际结构火灾中钢材常处于多向应力状态，钢材多轴力学性能的研究不够；大量钢结构公共建筑火灾属于大空间火灾，一般室内火灾的特性不适于大空间火灾，大空间建筑火灾特性缺乏深入研究；对火灾下整体结构的结构反应、承载能力和破坏特

7、性缺乏深入、系统的研究；目前的抗火设计方法还是基于构件层次的，而一个结构构件的破坏并不能代表整个的破坏。（2）钢材虽为非燃烧材料，但钢不耐火，当建筑采用无防火保护措施的钢结构时，一旦发生火灾，结构很容易遭到破坏。从而导致整体结构的坍塌，由此可以看出，火灾对钢结构的建筑有较大的危害。3、本选题的研究内容：（1）基于计算的构件防火设计方法，要求考虑高温下建筑用钢的力学性能的变化，确定钢结构的防火极限状态，直至找到最经济的保护层厚度。12（2）当进行结构抗火设计时，可将结构构件分为两类。一类为受力和防火分隔兼具的结构构件(如承重墙、楼板等)，这类构件的耐火极限应由构件失

8、去稳定性、