[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

摘要

本发明提供一种高层钢框架结构整体抗火性能的检验分析方法，具体为：将高层钢结构框架体系分别建立温度场和力学场的有限元模型；按照标准火灾工况，设计相应的火灾工况参数，采用空间空气升温模型或运用计算流体动力学计算程序FDS建立火灾动力学模型进行各种火灾工况下的空间温度场计算，将得到的时变空间温度场作为到整体结构的温度场有限元模型的热边界条件；采用有限元软件对所述有限元模型进行计算：采用软件先对温度场有限元模型进行计算,再将获得的有限元温度场带入到力学场有限元模型进行计算得出力学场；根据计算结果评估结构体系是否倒塌或超过设计限值；进行火灾损失经济性计量分析，判断防火设计方案的经济性。

主权项

一种高层钢框架结构整体抗火性能的检验分析方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，首先在有限元分析软件中建立钢框架有限元模型，其中温度场根据传热学和有限元理论建立传热分析有限元模型，力学场根据固体力学理论和有限元理论建立力学分析有限元模型；第二步，按照(a)底层边跨火灾；(b)中间层边跨火灾；(c)边跨竖向蔓延火灾；(d)中间层水平向蔓延火灾这四种标准火灾工况，设计相应的火灾工况参数，以检验钢框架结构整体抗火性能；第三步，根据设定的火灾工况，确定各工况下火灾场空气升温模型及升温曲线；（1）对于面积较小即建筑面积小于500m2的单室火灾，按ISO834标准火灾升温曲线，并假定室内个时刻空间温度均匀分布；（2）对于空间高度大于6m，地面面积大于500m2的建筑空间，按照《建筑钢结构防火技术规范》（CECS 200:2006）中公式6.2.2来计算空间温度场的升温过程，并可考虑空间温度场不均匀分布造成的附加应力影响；（3）当存在火灾大范围蔓延，需要考虑蔓延路径以及空间温度场不均匀分布状态时，采用火灾模拟程序FDS计算空间温度场升温过程，首先建立火灾模拟模型，然后根据火灾工况的设计，输入设计参数，得到火灾区域的结构表面时变空间温度场T(x，y，z，t)，以及每个有限元模型单元结点的升温曲线；第四步，进行整体结构的热‑结构耦合有限元计算分析：采用软件先对传热分析有限元模型进行计算，即将前述的时变空间温度场T(x，y，z，t)作为热边界条件，代入到整体结构的传热分析有限元模型中，通过传热分析，得到结构体系内部温度场，再将获得的结构体系有限元温度场带入到力学分析有限元模型进行计算得出结构体系的力学场；第五步，进行结构抗火的力学性能检验：根据获得的力学场判断结构体系是否已形成可变机构,如已形成可变机构，则结构倒塌；如未形成可变机构，则根据构件残余变形判断结构是否已超出设计允许范围；并根据构件的变形时间曲线，得到构件的耐火时间，根据耐火时间确定结构是否满足规范要求；第六步，结构抗火设计经济性评估：通过经济性评估模型，进行火灾损失经济性计 量分析，计算火灾损失，检验其是否满足经济最优的性能要求。