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高层建筑钢结构性能化防火设计方法与应用

朱杭

  现代高层建筑火灾具有火灾隐患多,疏散时间长,火势蔓延快,扑救难度大的特点,一旦发生火灾会产生较大的经济损失和人员伤亡,因此其火灾安全问题一直是人们十分关心的问题。高温下,钢材刚度和强度会有所降低,可能会引发局部构件失效甚至结构坍塌破坏。如何保证在火灾下的结构安全是进行高层建筑的结构防火设计时应该考虑的重要问题。 国内现行的结构防火设计规范(如《建筑设计防火规范》等)是基于标准升温曲线下的构件试验结果的指令性规范,其合理性、科学性和经济性存在一定的不足,无法满足日益增长的工程实际需求。采用性能化防火设计可以解决一些特殊建筑结构的防火问题,若应用在常规的建筑中也能实现保障结构安全和减少防火保护成本的目的。目前,国内研究者提出了结构性能化防火设计的概念及设计方法的基本框架,但更深入的系统理论研究和工程应用方法以及相关的模型开发还需要不断的完善。 本课题结合了火灾工程学,传热学和结构工程学的知识,对高层建筑钢结构性能化设计方法进行研究和梳理,通过一个工程实例实现高层钢结构性能化防火方法的应用。研究的具体内容包括: (1)火灾下空间温度分析。通过与已有试验对比,对火灾动态模拟软件FDS的有效性进行分析。采用FDS分析火灾下室内空气温度分布与开口因子及火源功率的关系,与采用我国规范计算的结果进行比较,指出相关规范的局限性和不足。 (2)钢构件在火灾下的内部温度分布分析。利用有限元软件分析已知外部热环境条件下,无防火保护和有防火保护的钢构件内部温度分布规律。利用VB编程语言编制无保护层钢构件二维瞬态温度热传导分析软件。 (3)高层钢结构在不同火灾场景下的结构响应的分析与对比。对高层钢结构在火灾下的响应特点进行分析和归纳,并针对不同火灾位置,不同火灾蔓延方式的结构响应进行对比,确定较危险的火灾场景,为结构性能化设计的火灾场景选择提供一定的参考。 (4)结构性能化防火设计的实际工程应用。在结构性能化设计方法的研究基础上,利用数值模拟工具,对实际工程的两种结构防火方案进行性能化评估和比较。……   
[关键词]:高层钢结构;结构性能化防火设计;火灾模拟;热传导;结构响应
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:上海交通大学2011年
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