单层柱面网壳结构抗火性能研究

发布时间：2020-06-13 19:10

【摘要】：在我国,火灾是仅次于干旱和洪涝的影响生命财产安全的第三大灾害。火灾事故不仅危害严重,而且对社会的负面影响也很大。随着我国科学技术的快速发展,使得大跨度空间结构有了较快的发展。大跨空间结构建筑如体育馆、会展中心等,往往是一个城市的标志性建筑,汇聚了大量的人流和资本,一旦发生火灾,所造成的人员及经济损失将是十分巨大的。大空间钢结构体系又往往由于使用功能、建筑美观以及结构构件自身的特点,防火涂料很难施加或造价太高等,使得此类结构抗火设计问题凸显出来。我国于2006年颁布了《建筑钢结构防火技术规范》,但对于大空间钢结构的火灾下的受力性能和计算方法研究还相当薄弱。为此,本文以前期研究为基础,对单层柱面网壳钢结构火灾下力学性能及失效特征开展研究,主要内容如下:(1)单层柱面网壳结构抗火分析方法研究本文以工程中常见的单层柱面网壳结构作为研究对象,首先对钢结构在高温条件下的物理及力学性能进行分析;其次,根据火灾下传热学基本原理,确定了火灾下钢构件升温的实用计算方法;最后,对单层柱面网壳结构火灾空气温度场计算方法进行了探讨,通过对比分析,确定了适用于大空间钢结构火灾下空气温度场的分析方法。(2)单层柱面网壳结构火灾温度场模拟首先,采用非预混燃烧的火灾模型对可燃物的燃烧过程进行描述,确定适用于非预混燃烧模型的湍流模型、辐射模型以及燃烧模型;基于国际通用火灾模拟软件FDS对火灾下的单层柱面网壳结构进行数值模拟,获得单层柱面网壳结构火灾下的空气温度场分布(升温曲线);其次,与试验中的大空间建筑火灾的空气升温曲线进行对比,得到模拟空气温度场分布的有效性和准确性;最后,开展了不同参数对网壳结构火灾温度场的影响分析,得到了火源位置、火源功率、矢跨比等不同参数对火灾中单层柱面网壳结构空气温度场的影响规律。(3)单层柱面网壳结构火灾下受力性能及失效特征研究首先,对单层柱面网壳结构火灾下的受力性能进行了系统研究,建立单层柱面网壳结构火灾下瞬态响应分析方法,考察火灾下单层柱面网壳结构位移响应及内力的变化规律,考察不同参数(结构参数和火灾参数等)对单层柱面网壳结构火灾全过程响应的影响规律;其次,基于已有的研究成果,提出网壳结构火灾下失效判别准则,获得单层柱面网壳结构在火灾下的失效特征;最后,考察多种参数(火源位置、火源功率、矢跨比、屋盖重量和保护层厚度等)对单层柱面网壳结构火灾下特征响应的影响规律。
【图文】：

空间钢结构,钢材,科学中心,防火性能

c)广州白云国际机场 d)广东科学中心图 1-1 典型的空间钢结构建筑Fig. 1-1. Typical space steel constructions.钢材作为众多网壳结构的母材，，相对于钢筋混凝土结构，其防火性能很差。钢材本身不能燃烧，但在高温环境下，热膨胀容易使钢结构产生较大变形，造成

大跨度空间结构,火灾,体育馆

c)赫尔希体育馆火灾 d)上海虹口体育馆火灾图 1-2 火灾对大跨度空间结构的严重危害Fig. 1-2. Serious damage to large space structures due to fire.例如，1973 年 5 月，天津体育馆火灾，大跨度钢屋架在火灾发生后一小时
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU399;TU352.5

【参考文献】