某市大空间展览馆真实火灾模拟与高温结构性能分析

摘要

随着社会的发展，国内社会经济水平也在逐步提高，人们对精神物质生活的要求也是越来越高，这就促使国内各种类型展览馆的普及。展览馆内陈列物品种类繁多，大多为可燃性极强的塑料、丝织品、化学制品等等，这些物品燃烧时都会产生大量会降低人们视野的有毒烟雾，是影响人员逃生的主要原因。
　　展览馆作为一种公共建筑结构，常常表现为建筑结构日趋复杂化、人员流动量大、安全系数要求高、火灾荷载大、火灾发展速度快、火势猛烈、人员财产损失大、灭火困难等特点,因此建筑结构的安全性能和防火性能特别重要。目前实验是得到准确结果的重要方法，但是具有成本高、周期长和不可重复使用等缺点，所以常常采用计算机软件来进行模拟。本文通过美国Thuider公司开发的数值模拟软件FDS和Pyrosim对火灾进行了数值模拟，可以较为准确预测和重现火灾场景。
　　本文选定的某市科技展览馆是一种带有中庭大悬挑大开洞的多层超限结构，顶层是滑动支座支撑的钢结构楼层，是一种复杂的混合结构，对结构防火要求较高。为了得到较为真实的火灾发展规律，采用火灾模拟软件FDS对火灾的发展情况进行数值模拟。通过对结果的分析，可以对本次研究建筑物发生火灾后的各种火灾参数变化规律进行总结，这些规律将会对火灾发生后的人员逃生和消防救援产生至关重要的作用。建筑防火性能化设计方法需要了解真实的火灾场景信息，当前我们采用的建筑防火设计方法是以经验为基础的规范化、处方式防火设计方法，但是这种方法不能真实了解建筑物的实际防火效果和火灾安全程度，所以以往通过经验得到的分析方法已经不适用，为了发展结构抗火的可靠度设计方法，需要了解真实室内火灾的发展规律。通常人都有趋利避害的特性，火灾中的人员伤亡主要是在人员逃生过程中造成的，即使人们已经避开了直接受火区域和高温区域人员仍有伤亡，通过模拟分析可以对这种“不合常理”的现象的原因进行总结。
　　通过对建筑模型进行模拟得到实际温度曲线，并与标准升温曲线进行对比，总结火灾温度对建筑结构的影响，利用有限元软件ABAQUS对展览馆第四层板下框架梁进行温度位移耦合分析，从而对火灾下的结构安全性能进行分析。

目录

第一个书签之前

摘 要

Abstract

Contents

1 绪论

1.1火灾研究的背景及研究意义

1.1.1研究的背景

1.2 研究目的与意义

1.2.1 研究目的

1.2.2 研究意义

1.3 建筑结构性能化防火设计的研究现状

1.4 本文主要研究工作

2 建筑火灾模拟基本理论及火灾危害分析

2.1 火灾燃烧的机理及条件

2.1.1 燃烧反应的基本条件

2.1.2 火灾燃烧的机理

2.1.3 火灾燃烧的基本守恒方程

2.2 燃烧发展的基本过程

2.3火灾模拟的计算机方法

2.4 热传递理论

2.4.1 热传导

2.4.2 热对流

2.4.3 热辐射

2.5 模拟软件的选择及简介

2.6 结构高温安全理论

2.7火灾的危害分析

2.7.1 材料的发烟特性

2.7.2火灾烟雾的危害

2.8 本章小结

3 科技展览馆火灾场景分析

3.1 某市科技展览馆工程概况

3.2 各层模型的建立及简化

3.3 火灾场景的设计

3.3.1火源位置的设定

3.3.2 网格尺寸划分

3.3.3 火灾荷载密度

3.4 模拟输出设备设置

3.5 材料属性设置

3.6 模拟的外部环境的设置

3.7 本章小结

4 科技展览馆火灾模拟结果分析

4.1 烟雾模拟结果分析

4.2 竖向温度场分析

4.3 水平温度场分析

4.4 火灾升温曲线

4.5 二氧化碳含量

4.6 火灾热释放速率

4.7 建筑消防设计和人员逃生建议

4.8 本章小结

5 基于真实火灾模拟的钢筋混凝土结构分析

5.1 混凝土的高温性能

5.1.1 高温下混凝土的热工性能

5.1.1.1 高温下混凝土的物理和化学行为

5.1.1.2 热传导系数

5.1.1.3 热膨胀系数

5.1.1.4 比热容

5.1.1.5 密度

5.1.2 高温下混凝土的力学性能

5.1.2.1 混凝土的极限压应变

5.1.2.2 高温下混凝土抗压强度

5.1.2.3 高温下混凝土抗拉强度

5.1.2.4 弹性模量

5.1.2.5 泊松比

5.2 钢筋的高温性能

5.2.1 高温下钢筋的热工性能

5.2.1.1 比热

5.2.1.2 密度

5.2.1.3 热传导系数

当钢筋的热传导系数温度在900℃以内时，是随温度升高而逐渐降低的；当温度高于900℃时，传导系数基本

5.2.2 高温下钢筋的力学性能

5.2.2.1 钢筋热膨胀系数

5.2.2.2 比热容

5.2.2.3 弹性模量

5.2.2.4 钢筋的泊松比

5.2.2.5 屈服强度

5.3 高温下钢筋和混凝土的粘结性能

5.4 基于ABAQUS的框架梁火灾行为有限元分析

5.4.1 问题描述及基本假定

5.4.2 梁有限元模型的建立

5.4.3 基于ABAQUS的数值模拟

5.4.4 框架梁截面温度场分析

5.4.5 火灾作用下梁破坏分析

5.5 本章小结

6 结论及展望

6.1 结论

6.2展望

致谢

攻读硕士期间主要成果及科研项目

主要成果：

科研项目：