[发明专利]一种高层钢框架结构整体抗火性能的检验分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种土木工程技术领域的钢结构抗火设计的技术方法，具体地说，涉及的是一种一种高层钢框架结构整体抗火性能检验分析方法。

背景技术

近年来，各类高层、超高层钢结构在我国得到了迅速而蓬勃的发展，然而，钢材耐火性能较差，在火灾高温作用下，其力学性能如屈服强度、弹性模量等会明显降低，温度达到600℃时，会基本丧失全部强度和刚度。高层钢结构通常火灾隐患大，燃烧猛烈，蔓延迅速，且不易扑救，容易造成结构破坏甚至倒塌，造成严重人员伤亡和财产损失。

我国目前建筑防火设计所依据的主要是《建筑设计防火规范》和《高层民用建筑设计防火规范》等设计规范。然而，传统的防火设计已经无法适应大型钢结构建筑的设计要求，所体现出的不足主要有：

（1）规范采用的是基于构件试验的结构抗火设计方法。这种以单独构件是否达到火灾下的极限状态来确定结构的耐火时间的设计方法，因未考虑整体结构中构件的相互影响，因而是不真实的。另外，基于试验的构件抗火设计不能反映实际工程中荷载分布与大小以及构件所受约束状态的影响，因而在结构分析上也难以反映真实的受力状况，从而造成不安全或过于保守的结果。

（2）传统的结构抗火研究通常采用ISO标准曲线或是均匀的室内温升曲线来模拟结构的温升过程，这与实际火灾相差较大，因而也不能准确地模拟和分析结构的实际火灾反应。实际上，由于实际火灾中的温度场分布的不均匀性，使得结构内力重分配，往往造成整个平衡体系的重新调整，有时会出现远离火源的结构反而率先破坏的现象，采用均匀温度场无法反映这一整体性特点。

由于结构的功能是作为整体承受载荷，火灾下单个构件的破坏，并不一定意味着整体结构的破坏，它可引起结构应力的重分布，整体结构仍可能具有继续承载的能力。近些年来，不少学者提出火灾下结构整体性能的研究思想，卡丁顿实验也表明，结构整体性效应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。但是，整体分析由于受到分析手段和方法的限制一直难以进行，结构抗火研究仍主要采用基于构件的分析方法。

对于高层钢框架结构抗火性能研究的不足之处在于：1.缺乏较为标准的整体抗火性能评估方法；2.结构分析仍然是基于局部框架，没有实现空间整体的结构反应计算；3.虽然提出了系统化设计的思想，但主要着重于大跨空间结构，对高层钢框架结构依然采取传统规范方法设计。4、缺乏经济性分析和效果评估。

经对现有技术的文献检索发现，公开号为101251865A的中国发明专利,该发明提供了一种基于整体的大型钢结构防火的系统化设计方法,该方法与本发明方法技术要点比较不同之处在于：

（1）101251865A发明所述的方法主要是针对大型钢结构防火的设计方法，本发明着重于已有或以设计完成的高层钢框架整体结构抗火性能的检验和验算，其目标、流程和性能指标均不同。

（2）101251865A发明所述方法的设计结果是满足承载力和正常使用状态的防火保护方法，而本发明除满足承载力和正常使用要求外，还包括经济性检验。

（3）101251865A发明所述方法要求统计危险火源数量和各危险区的火灾荷载，并据此进行火灾工况的设计，并按照《建筑钢结构防火设计规范》进行荷载效应组合，而本发明提出了四种标准火灾工况，然后按照规范进行荷载效应组合，规范了高层钢框架防火分析的荷载工况设计。

（4）101251865A发明所述温度场计算仅指FDS（Fire Dynamics Simulator）模拟所得的空间温度场。而本发明则依据不同空间大小以及温度不均匀程度，确定了三种室内火灾空气升温模型来计算不同情况下的空间温度场时空变化。