建筑钢结构火灾风险评价和抗火设计

摘要

近年来，建筑钢结构由于其强度高、自重轻、使用空间大、灵活性好、施工进度快等优势在我国得以广泛应用。但是，钢材的耐火性较差，温度为400℃时，钢材的屈服强度将降至室温下的一半，温度达到600℃时，钢材几乎丧失全部强度和刚度。因此，当钢结构防火保护措施不利时，一旦发生火灾，其承载能力将下降，变形迅速增加，可能会在较短时间内就达到极限状态而发生破坏。 目前，我国建筑设计防火规范关于钢梁和钢柱的防火措施采用的是基于试验的构件抗火设计方法，存在着很多缺点。针对存在的问题，本文提出了一种基于计算的建筑钢结构抗火设计方法，可以有效地解决基于试验的构件抗火设计方法的不足。 本文研究流程和主要内容为：首先，本文以建筑钢结构常用的框架结构为模型，进行高温下的建筑钢结构三维整体结构分析，确定建筑钢结构的关键构件；然后，以ISO834标准火灾升温曲线为依据建立火灾模型，采用ANSYS10．0进行了火灾下建筑钢结构的热力耦合非线性模拟，分析了火灾下建筑钢结构框架整体的火灾反应；最后，进行抗火设计研究，并基于系统的思想，对现有的建筑钢结构防火方法，进行了比较。实例研究结果表明，综合考虑主动防火和被动防火，能更加合理地进行建筑钢结构的抗火设计。

目录

文摘

英文文摘

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第1章绪论

1.1课题的研究背景

1.1.1钢结构火灾及其危害

1.1.2火灾下建筑钢结构破坏机理

1.1.3钢结构防火保护方法

1.2钢结构火灾研究的发展和现状

1.3课题研究的方向和内容

1.4课题的研究意义

第2章钢结构关键构件的确定

2.1关键构件的定义

2.2第一类关键构件研究

2.3计算模型

2.4荷载工况

2.5计算结果和分析

2.5.1梁的关键构件确定

2.5.2柱的关键构件确定

2.6非常态高级关键构件

第3章火灾下建筑钢结构的响应

3.1火灾下钢结构热传递分析

3.2火灾作用模型的设定

3.2.1火灾荷载

3.2.2标准火灾升温曲线

3.3高温下钢的力学参数分析

3.3.1泊松比

3.3.2屈服强度

3.3.3初始弹性模量

3.3.4应力-应变关系

3.4物理模型

3.5基本假定

3.6有限元计算模型的建立

3.7计算结果和分析

第4章基于计算的建筑钢结构抗火设计

4.1基本假定

4.2钢结构抗火设计的目标

4.2.1火灾下建筑钢结构的极限状态和判别标准

4.2.2建筑钢结构抗火设计要求

4.3建筑钢结构的耐火极限

4.3.1建筑钢结构整体耐火极限要求

4.3.2建筑钢结构构件耐火极限要求

4.4自然抗火时间

4.5火灾下有轻质保护层的钢构件升温计算

4.6钢结构柱的防火保护验算

4.7钢结构梁的防火保护验算

第5章实例计算与分析

5.1项目概述

5.2场景一

5.2.1钢结构柱的抗火计算

5.2.2钢结构梁的抗火计算

5.3场景二

5.3.1钢结构柱的抗火计算

5.3.2钢结构梁的抗火计算

5.4场景三

5.4.1钢结构柱的抗火计算

5.4.2钢结构梁的抗火计算

5.5建筑钢结构防火保护方法研究

5.5.1被动防火措施

5.5.2主动防火措施

5.6小结

结 论

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表(含录用)的学术论文