【摘要】：網(wǎng)架結(jié)構(gòu)由于優(yōu)越的物理性能而被廣泛用于機場航站樓、體育館等人員密集場所。鋼結(jié)構(gòu)抗火性能差,一旦發(fā)生火災(zāi),鋼結(jié)構(gòu)很容易發(fā)生構(gòu)件破壞甚至整體倒塌。因此,對網(wǎng)架結(jié)構(gòu)開展抗火性能研究具有十分重要的意義。目前,對網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的抗火性能研究主要集中在火災(zāi)中鋼結(jié)構(gòu)力學(xué)性能變化、內(nèi)力變化規(guī)律及災(zāi)后加固措施等。一方面,這些研究成果大多是以網(wǎng)架結(jié)構(gòu)自身為研究目標,未考慮下部支承體系的影響;另一方面,網(wǎng)架結(jié)構(gòu)抗火性能研究大多采用國際標準升溫曲線來計算建筑內(nèi)部溫度場的分布,這種方法并不適用于大空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu),分析結(jié)果往往與實際情況相差較大。因此,本文采用國際通用火災(zāi)模擬軟件FDS分析網(wǎng)架結(jié)構(gòu)火災(zāi)下建筑內(nèi)部溫度場,并開展考慮支承體系及防火涂料等因素影響的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)抗火性能研究。本文的主要研究內(nèi)容如下:(1)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)抗火性能分析方法研究本文以工程中常見的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)作為研究對象,首先系統(tǒng)總結(jié)了各國規(guī)范中鋼材在高溫下材料性能參數(shù)計算方法,并通過對比分析,選取適用于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)抗火性能分析的材料模型;其次,根據(jù)鋼構(gòu)件火災(zāi)下的升溫原理,確定無保護層的鋼構(gòu)件和有保護層的鋼構(gòu)件的升溫計算迭代公式;最后,采用國際通用火災(zāi)模擬軟件FDS模擬模擬網(wǎng)架結(jié)構(gòu)火災(zāi)室內(nèi)空氣溫度場分布,并與一組火災(zāi)實驗進行對比,驗證了火災(zāi)模擬軟件FDS用于大空間建筑火災(zāi)溫度場模擬的有效性和準確性。(2)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)火災(zāi)溫度場模擬及構(gòu)件升溫計算首先,采用非預(yù)混燃燒模型的火災(zāi)模型對可燃物的燃燒過程進行描述,采用火災(zāi)模擬軟件FDS開展網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建模及火災(zāi)空氣溫度場的模擬,獲得了網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在火災(zāi)下室內(nèi)空氣溫度場分布規(guī)律;其次,通過大規(guī)模參數(shù)分析,得到了不同參數(shù)(包括火源位置、火源功率、建筑高度等)對網(wǎng)架結(jié)構(gòu)火災(zāi)空氣溫度場分布的影響規(guī)律;最后,采用MATLAB軟件完成無保護層的鋼構(gòu)件和有保護層的鋼構(gòu)件升溫計算迭代公式的編程,通過該程序把網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的火災(zāi)空氣溫度場轉(zhuǎn)化為無保護層的和有保護層鋼構(gòu)件溫度,獲得網(wǎng)架結(jié)構(gòu)溫度場的分布規(guī)律。(3)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)抗火性能研究首先,通過大型有限元分析軟件ABAQUS對網(wǎng)架結(jié)構(gòu)火災(zāi)下的受力性能開展了系統(tǒng)研究,考察火災(zāi)下網(wǎng)架結(jié)構(gòu)位移及內(nèi)力等結(jié)構(gòu)響應(yīng)的變化規(guī)律;其次,基于已有的研究成果,提出網(wǎng)架結(jié)構(gòu)火災(zāi)下耐火極限的判別準則,獲得網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在不同參數(shù)下的耐火極限;最后,通過大規(guī)模參數(shù)分析,獲得不同參數(shù)(包括火源功率、火源位置、建筑高度、建筑跨度、鋼管直徑與厚度、屋面質(zhì)量、有無防火涂料等)對網(wǎng)架結(jié)構(gòu)抗火性能的影響規(guī)律。
【學(xué)位授予單位】：廣州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TU356;TU352.5
【圖文】：

圖 3-1 實驗布置圖 圖 3-2 設(shè)定火災(zāi)曲線 圖 3-3 FDS 火災(zāi)模型（2）FDS 模擬（�。┦紫龋瑢⒔� 22.4m×12.0m×27.0m 計算區(qū)域，分別從 x，y，z 三個方向劃分224 個、120 個和 270 個網(wǎng)格。每個方向網(wǎng)格尺寸均為 0.1m；（ⅱ）在頂部設(shè)置 8 個邊長為 1.6m×1.6m 的通風(fēng)口，并設(shè)置排煙機。室內(nèi)中點設(shè)置一個火源功率為 1MW 的油池，本文選取柴油為燃料，燃燒速率類型為超快速火，火源類型為“時間平方”火源。其火源功率隨時間變化規(guī)律如圖 3-2。單位面積火源功率在 100s左右達到 1000kw/m2，總的火源功率為 1MW；（ⅲ）在實驗廳的東南角、東北角、西北角,距兩側(cè)墻壁各約為 2m 各建立一串溫度測點，與實驗相對應(yīng)；（ⅳ）設(shè)定初始溫度為 15℃ ，模擬時間為 500s，其模型如圖 3-3 所示。（3）FDS 模擬計算結(jié)果與實驗結(jié)果進行比對在東南角、東北角、西北角各取一個測點，與相應(yīng)的溫度測點做比對，如圖 3-4、圖 3-5、圖 3-6 所示。

圖 3-1 實驗布置圖 圖 3-2 設(shè)定火災(zāi)曲線 圖 3-3 FDS 火災(zāi)模型（2）FDS 模擬（�。┦紫�，將建立 22.4m×12.0m×27.0m 計算區(qū)域，分別從 x，y，z 三個方向劃分224 個、120 個和 270 個網(wǎng)格。每個方向網(wǎng)格尺寸均為 0.1m；（ⅱ）在頂部設(shè)置 8 個邊長為 1.6m×1.6m 的通風(fēng)口，并設(shè)置排煙機。室內(nèi)中點設(shè)置一個火源功率為 1MW 的油池，本文選取柴油為燃料，燃燒速率類型為超快速火，火源類型為“時間平方”火源。其火源功率隨時間變化規(guī)律如圖 3-2。單位面積火源功率在 100s左右達到 1000kw/m2，總的火源功率為 1MW；（ⅲ）在實驗廳的東南角、東北角、西北角,距兩側(cè)墻壁各約為 2m 各建立一串溫度測點，與實驗相對應(yīng)；（ⅳ）設(shè)定初始溫度為 15℃ ，模擬時間為 500s，其模型如圖 3-3 所示。（3）FDS 模擬計算結(jié)果與實驗結(jié)果進行比對在東南角、東北角、西北角各取一個測點，與相應(yīng)的溫度測點做比對，如圖 3-4、圖 3-5、圖 3-6 所示。

圖 3-1 實驗布置圖 圖 3-2 設(shè)定火災(zāi)曲線 圖 3-3 FDS 火災(zāi)模型（2）FDS 模擬（�。┦紫龋瑢⒔� 22.4m×12.0m×27.0m 計算區(qū)域，分別從 x，y，z 三個方向劃分224 個、120 個和 270 個網(wǎng)格。每個方向網(wǎng)格尺寸均為 0.1m；（ⅱ）在頂部設(shè)置 8 個邊長為 1.6m×1.6m 的通風(fēng)口，并設(shè)置排煙機。室內(nèi)中點設(shè)置一個火源功率為 1MW 的油池，本文選取柴油為燃料，燃燒速率類型為超快速火，火源類型為“時間平方”火源。其火源功率隨時間變化規(guī)律如圖 3-2。單位面積火源功率在 100s左右達到 1000kw/m2，總的火源功率為 1MW；（ⅲ）在實驗廳的東南角、東北角、西北角,距兩側(cè)墻壁各約為 2m 各建立一串溫度測點，與實驗相對應(yīng)；（ⅳ）設(shè)定初始溫度為 15℃ ，模擬時間為 500s，其模型如圖 3-3 所示。（3）FDS 模擬計算結(jié)果與實驗結(jié)果進行比對在東南角、東北角、西北角各取一個測點，與相應(yīng)的溫度測點做比對，如圖 3-4、圖 3-5、圖 3-6 所示。

【參考文獻】

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本文編號：2743172