大跨度空间钢结构火灾反应分析

论文摘要

随着中国经济的发展,综合国力的提高,大跨度空间钢结构这一建筑形式以其独特的建筑造型和开敞的内部空间等特点在我国得到了广泛的应用。大空间建筑作为公共建筑广泛应用的一种空间形式,常用在人员密集的场所,如剧院、体育馆、展览馆等,其结构在火灾下的安全性是结构工程师必须考虑的问题。由于钢材本身耐火性能较差,且建筑造型等要求使得防火保护费用惊人,因此大跨度空间钢结构常常不能按照普通钢结构的方法进行结构抗火设计。目前我国对于大跨度空间钢结构的研究主要集中在结构的动、静力特性及设计和施工方法等方面,对其抗火性能的分析和计算方法还比较少,规范中也少有涉及,因此开展对大空间钢结构抗火性能分析对工程抗火设计有着重要的意义。本文以平板网架结构、网壳结构为例说明大空间钢结构抗火性能分析方法,为工程抗火设计提出建议,本文主要完成以下几方面的工作：(1)通过对平板网架结构火灾全过程分析,得到了平板网架的耐火时间与结构的临界温度,得到了杆件的阶段性失稳的结论,若不能够控制住首批失效的杆件,将引起杆件失效的“连锁反应”,造成更大面积的杆件失效。(2)通过对两类网壳结构的抗火性能分析,得知网壳的失稳破坏都属于脆性破坏,即一旦某些重要的杆件发生破坏,结构将难以抵抗外荷载,发生坍塌。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景和意义
• 1.2 研究目标
• 1.3 研究现状
• 1.3.1 火源模型
• 1.3.2 结构空间与构件的温度场
• 1.3.3 钢构件抗火设计
• 1.3.4 钢结构整体抗火设计
• 1.4 本文研究内容
• 第2章 钢结构抗火分析基础
• 2.1 空气升温曲线
• 2.1.1 一般室内火灾标准升温曲线
• 2.1.2 高大空间建筑火灾模拟
• 2.2 钢结构构件的升温
• 2.2.1 钢构件内部的热传导
• 2.2.2 热空气与构件间的传热
• 2.2.3 钢构件升温实用方法
• 2.3 本章小结
• 第3章 高大空间建筑抗火分析方法
• 3.1 空间网格结构
• 3.2 ANSYS软件介绍
• 3.2.1 APDL语言
• 3.3 MATLAB软件介绍
• 3.4 网格结构抗火全过程分析
• 3.4.1 等效节点荷载的施加
• 3.4.2 温度场计算
• 3.4.3 全过程分析流程
• 3.5 本章小结
• 第4章 网架结构的抗火性能分析
• 4.1 网架结构火灾分析方法
• 4.2 网架结构计算模型
• 4.2.1 空气升温模型
• 4.2.2 钢构件的升温
• 4.2.3 高温下钢构件的材料性能
• 4.2.4 网架结构的破坏准则
• 4.2.5 结构荷载
• 4.2.6 结构方案
• 4.2.7 结果分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 网壳结构的抗火性能分析
• 5.1 施威德勒网壳结构计算模型
• 5.1.1 钢构件升温曲线
• 5.1.2 结果分析
• 5.1.3 网壳结构非均匀温度场的弹塑性承载力分析
• 5.2 凯威特网壳结构计算模型
• 5.2.1 结果分析
• 5.3 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文及取得科研成果
• 致谢