[发明专利]一种工程竹构件抗火设计方法

说明书

本发明公开了一种工程竹构件抗火设计方法，其包括以下步骤：S1、在标准火灾升温条件下，通过有限元热传递分析确定工程竹构件的温度场分布；S2、根据设定的等温线，确定低于等温线温度的正常区域范围；S3、将所述正常区域范围等效成矩形截面；S4、根据所述矩形截面确定工程竹构件的承载力，并根据所述工程竹构件的设计荷载效应，确定耐火极限；S5、进行工程竹构件的抗火性能分析和设计。本发明有效解决了目前缺少工程竹材炭化速度设计值的问题，为工程竹结构的推广应用提供技术支撑。

技术领域

本发明涉及建筑工程技术领域，尤其涉及一种工程竹构件抗火设计方法。

背景技术

我国是世界最主要的竹产国，竹材资源丰富。竹材具有抗拉强度高、材质均匀、高强重比、稳定性好、耐磨等优点，在我国建筑领域有悠久的使用历史，且符合我国节能环保、绿色建筑的可持续发展战略。原竹结构由于其连接节点复杂、材料各向异性且尺寸受限等因素，其应用受到限制。通过将圆竹经切削、蒸煮、炭化、干燥、胶合、重组等工艺，制成尺寸规格、性能稳定的工程竹材；与圆竹相比，工程竹材的物理、力学和耐久性能均明显改善，能满足在建筑结构中的应用需求。

然而，与木材相同，竹材是可燃性材料，一旦发生火灾，工程竹构件会增加建筑中的可燃物数量，加大火灾危险性。火灾会造成巨大的经济损失和人员伤亡，因此，应进行合理的抗火设计，保证工程竹结构火灾下的安全性。火灾下，由于竹材的燃烧炭化，工程竹构件的有效截面逐渐减小，承载力不断减小。目前，仍缺少工程竹构件相关的抗火设计方法。虽然目前已有木构件的抗火设计方法，但竹材与木材的炭化性能不同，且工程竹构件与原木构件或胶合木构件的组成不同，因此，木构件的抗火设计方法不能直接用于工程竹构件。木结构抗火设计常用的剩余截面法通常根据炭化速度确定剩余有效截面，且炭化速度通过大量的试验数据分析得到，但目前，工程竹相关的炭化性能研究较少，还未形成统一的炭化速度设计值计算或选取方法。

发明内容

本发明主要是解决现有技术中所存在的技术问题，从而提供一种的工程竹构件抗火设计方法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

本发明提供的工程竹构件抗火设计方法，其包括以下步骤：

S1、在标准火灾升温条件下，通过有限元热传递分析确定工程竹构件的温度场分布；

S2、根据设定的等温线，确定低于等温线温度的正常区域范围；

S3、将所述正常区域范围等效成矩形截面；

S4、根据所述矩形截面确定工程竹构件的承载力，并根据所述工程竹构件的设计荷载效应，确定耐火极限；

S5、进行工程竹构件的抗火性能分析和设计。

进一步地，所述工程竹构件的制作方法包括：将圆竹依次经切削、蒸煮、炭化、干燥、胶合和重组工艺后生成。

进一步地，所述步骤S1具体包括：

S11、通过有限元法建立所述工程竹构件的热传递分析模型；

S12、根据所述热传递分析模型、工程竹材热工参数以及传热计算参数确定所述工程竹构件温度场分布。

进一步地，所述工程竹材热工参数包括热传导系数和比热，所述传热计算参数包括辐射率和对流系数。

进一步地，所述步骤S4包括：确定工程竹构件的承载力时，工程竹构件的材料性能选取常温强度参数，工程竹构件的设计荷载效选取荷载偶然组合的效应设计值。

进一步地，所述设定的等温线为200℃等温线。