大型钢结构建筑性能化防火设计方法研究——基于整体系统方法.pdfVIP

火灾科学与消防工程 FIRESCIENCEANDENGINEERING 大型钢结构建筑性能化防火设计方法研究 ．——基于整体的系统方法 史健勇 上海交通大学土木系安全与防灾工程研究所 摘要 本文基于火灾科学、结构工程、计算枕模撅等多个学科领域的知识翻研究成豢，立足予复杂空阂建筑 的整体防火性能模拟与分析的理论研究和实际应用，建立了空间整体结构火灾一结构耦合分析模型和系统集 成方法，提出了复杂空间结构整体性防火分析的系统分析模型，并进行了实例研究。该系统分析模型综合 考虑实际火灾的发展蔓延过程以及火灾对维构体系麓影响，研究建筑火灾中火场状况与空阚结构体系之闻 的相互关系，对大空间建筑在各种火灾场景下的结构反应进行仿真模拟，从而进行褴体性系统化的分析和 评估。本课题的研究在理论分析的基础上为结构整体防火分析提出了新的手段和思路，可为我国建筑防火 研究和建筑防火设计、消防救援、应急预案卷l定等工程实际应耀提供有益靛参考。 关键字：大空间结构、整体防火性能、热．结构耦合、系统方法、钢结构。 1．轼述 随着匿家经济的迅速发展，毅型建筑形式不断涌现，许多大跨度、大空间熬建筑结构挪新颖别致黪赢 层建筑层出不穷，比如奥运体育馆、世蹲会展览馆、CCTV耨大楼等等。这些建筑物或者面积大或者楼层 高、装潢考究、结构独特、人员密集，内部电器设备较多，潜在的火灾隐患大，～且失火，在空气对流的 作用下，不仪燃烧猛烈，蔓延迅速，且不易扑救，另～方面，这些建筑物内人员密集，在火灾情况下，人 员容易糠慌，拥堵琉散通道及出秘，如莱在巯散设计耱管理方瑟遗现闻题，必然会造成大量入员的绕亡。 这些因素对结构安全和人员疏散都会造成很大的威胁，极易造成严重伤亡事故和重大经济损失，并带来极 其恶劣的社会影响。 因此，霆确分孝斤这些造型新颖、结梭奇特的新型建筑的火灾危险性，徽好这些建篡的火灾预防工作， 对建筑的安全使用具有重要意义。然而由于建筑物规模越来越大，构造越来越复杂，新建筑的结构风格越 来趟丰富，火灾设防的要求也越来越个性化，使得建筑结构火灾安全的设计与研究遇到很多新的挑战，目 前健统的防火安全分析方法和手段，由于其采用指令性的防火规范进行设计，很难反映真实情况，其真实 性帮准确性都存在很大的不足，难潋满足这些新式建筑的需要，．因j靖：，需要采用更加先进藕合理的技术和 ‘ 方法来进行性能化的火灾安全分析。 我国目前已在大空间建筑性能化防火设计方面展开了不少研究工作，并取得了一定进展，但仍然存在 不少闷题，其中钢结构性能纯防火设计是最先突宙的阏题之一。当前的钢结构抗火设计仍然溺惯于对照现 行防火规范。不少大型工程的性熊化设计项目，由于缺乏有效的技术手段进行整体分析，而只能凭借火灾 分析中获得的结构周边环境温度朱进行较为粗糙结构失效判断。另外，较为细致的力学分析与相关设计方 法还主要集中在框架结构，复杂空闯结构还没有涉及，一个主要原因就在于缺乏合透的系统纯的分橱方法 和手段。 7本文在总结分析当前结构抗火分析和设计方法利弊的基础上，提出了采用系统方法来研究复杂空间结 构整体性防火安全的思想，并给恕了相应的设计流程、方法和分析模型。 2．当前结构抗火设计上存在的问题 尽管我阂对于结构防火性能纯设计已经取褥了一定酶进展，僵仍然存在不少阏题，主要表现在以下足 1 方面： (1)结构抗火性能研究仍主要采用基于构件的分析方法，仍然习惯对照现有规范进行‘1231，而缺乏整体分 412 火灾科学与消防工程 FIRESCIENCEANDENGINEERING 析。近些年来，不少学者提出火灾下结构整体性能的研究思想，卡丁顿实验表明，结构整体性效应(如 构件间的相互支撑，悬链力等)对提高构件的抗火性能具有重要的作用，结构整体的抗火性能与试验 ．中单个构件的情况有很大差别。 (2)结构抗