薄壁鋼桁架-輕骨料混凝土組合樓板的設(shè)計(jì)

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1、1緒論1.1研究背景1.1.1火災(zāi)對建筑結(jié)構(gòu)的危害隨著人類社會的進(jìn)步和物質(zhì)生活水平的不斷提高，大量房屋建筑的建造，尤其是高M(jìn)建筑，形成了人11及建筑群密集的分布，同時(shí)可燃性材料被廣泛使用T建筑的裝飾美觀，增加Y建筑物火災(zāi)荷載密度，使得火災(zāi)發(fā)生的概率呈現(xiàn)出上升的趨勢,火災(zāi)的危害程度也隨之增強(qiáng)，而且隨著社會財(cái)富的巨大積累，火災(zāi)事故將導(dǎo)致更大的損火。如2003年湖南衡陽某幢8層的結(jié)構(gòu)形式為混凝土結(jié)構(gòu)的商住建筑起火，巾于火勢無法控制，繼而倒塌，就消防官兵就冇20人員的死亡。根據(jù)國外的統(tǒng)計(jì)報(bào)道，由于火災(zāi)造成的間接損火是直接損失的3倍左由此吋見火災(zāi)對建筑結(jié)構(gòu)的危害有多么嚴(yán)重［1］。對于一般的鋼

2、材，其屈服強(qiáng)度隨溫度的升高而下降，當(dāng)溫度達(dá)到40(TC時(shí)，為常溫下強(qiáng)度的一半，在600°C時(shí)強(qiáng)度可以說基木已經(jīng)喪失，因此，鋼結(jié)構(gòu)建筑由于火災(zāi)所帶來的重大事故越來越引起人們的重視。最令人影響深刻的就是發(fā)生在2001年的“9。11”事件。在該事件中，美國紐約的兩座高411111的鋼結(jié)構(gòu)塔樓，在飛機(jī)的撞擊下引發(fā)火災(zāi)并迅速倒塌，這與高溫下部分鋼結(jié)構(gòu)失效有著密切的關(guān)系，從而引起了人們對鋼結(jié)構(gòu)抗火性能研究的高度重視。對于一般的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其耐火性能較好，但合理的耐火沒計(jì)也是必不可少的，不然也會產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。例如，南昌一32.4m的混凝十框架結(jié)構(gòu)建筑;一底部為2層商場，上部為7層住宅，發(fā)生

3、火災(zāi)，在轟燃后兩小時(shí)后，整個(gè)建筑因柱子失效而倒塌，造成嚴(yán)重的損失［2］。1.1.2火災(zāi)對建筑結(jié)構(gòu)造成危害的原因火災(zāi)對建筑結(jié)構(gòu)的危害主要來源于高溫，直接造成材料彈性模量的下降。以熱對流、熱輻射的形式，火場的熱量傳遞給構(gòu)件表血，繼而通過熱傳遞，表血的熱量向內(nèi)傳遞，由于構(gòu)件的不均勻性，往往會產(chǎn)生不均勻升溫，而不均勻升溫乂使結(jié)構(gòu)發(fā)生不均勻變形，從而產(chǎn)生嚴(yán)重的附加應(yīng)力，使建筑物構(gòu)件變形增大、破壞，甚至倒塌［3］。1.2結(jié)構(gòu)抗火研究1.2.1溫度場研究溫度場的分析足分析結(jié)構(gòu)高溫下力學(xué)性能的首要條件。K主要受到材料的導(dǎo)熱系數(shù)、比熱等參數(shù)的影響，往往這些參數(shù)又跟溫度有關(guān)，所以溫度場的分析是一個(gè)復(fù)雜

4、乂重要的研究課題。這里針對組合結(jié)構(gòu)，列舉一些和關(guān)的溫度場研究。較早時(shí)期，同濟(jì)大學(xué)就開展了對組合結(jié)構(gòu)溫度場的研究。李國強(qiáng)、殷穎智、蔣首超

5、41,利用有限差分法，研究了了火災(zāi)下組合樓板溫度場的計(jì)算方法并編制成和放程序，同時(shí)通過對影響溫度場的參數(shù)進(jìn)行分析簡化相皮的公式。胡克旭，徐朝暉151,基于室內(nèi)火災(zāi)傳熱計(jì)算模型，利用有限元程序，對壓型鋼板一混凝土組合樓板在火災(zāi)下的溫度場進(jìn)行了全過程計(jì)算分析，并得到了試驗(yàn)驗(yàn)證，為進(jìn)一步研究組合樓板的抗火性能提供Y基礎(chǔ)。隨著冇限元軟件的廣泛應(yīng)用，基于冇限元軟件的溫度場模擬研究逐步形成。張懷章，楊秀萍，郝淑英

6、61,采用冇限元方法，提出了建模分析火災(zāi)下壓型

7、鋼板一混凝土纟11合樓板溫度場的實(shí)用方法，基于上述研究，張懷章，楊秀萍［7］，考慮接觸熱限的影響，對組合樓板溫度場進(jìn)行模擬，分析了熱阻人小對溫度場的影響，對組合樓板抗火性能的研究有著重要意義。類似的溫度場研究文獻(xiàn)還有很多，隨著溫度場的試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬研究的開展，組合結(jié)構(gòu)的溫度場分析理論和存限元模擬軟件逐漸完善。1.2.2高溫下建筑材料力學(xué)性能的研究建筑材料在高溫下，其力學(xué)性能有著明顯的改變，如彈性模量和強(qiáng)度下降、徐變變形增加等。高溫下結(jié)構(gòu)鋼的屈服強(qiáng)度、彈性模量和極限強(qiáng)度隨溫度外高而降低,當(dāng)溫度超過4(xrc^,開始急劇卜*降；當(dāng)達(dá)到65(rc時(shí)，鋼材己基本喪失承載能力。高溫下混凝

8、土的抗壓強(qiáng)度，在400°C以內(nèi)，其變化不大，超過400°C后，出現(xiàn)大幅度下降，90(rc以后，與常溫下比較，不到十分之一；其彈性模量在升溫過程中逐漸卜*降。國內(nèi)學(xué)者在高溫下建筑材料的力學(xué)性能的研究方面也做了大量的工作，對常用的混凝十、鋼材在高溫下的性能進(jìn)行了不少試驗(yàn)研究，積累了一定試驗(yàn)數(shù)據(jù)，如清華大學(xué)李衛(wèi)，過鎮(zhèn)海

9、81,針對混凝土五項(xiàng)高溫性能，對不同強(qiáng)度等級和飢骨料種類的四種砼進(jìn)行的試驗(yàn)研究，其中，五項(xiàng)高溫性能為高溫時(shí)的抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度，受壓應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€及升降溫后的殘余抗壓強(qiáng)度、持續(xù)高溫不的抗壓強(qiáng)度。同濟(jì)大學(xué)的李國強(qiáng)，陳凱，蔣首超，殷穎智［9］，對常用的Q345鋼進(jìn)行了高溫下

10、的材料性能試驗(yàn)，得到了~系列材料性能指標(biāo)高溫下的性質(zhì)。東南大學(xué)的張大長、呂志濤［10］,對高溫下況凝土、鋼筋及預(yù)應(yīng)力鋼筋筋的力學(xué)性能進(jìn)行了分析研究，提出了不同溫度下各種材料強(qiáng)度及彈性模量的計(jì)算公式，并對鋼筋與混凝十的粘結(jié)進(jìn)行了分析，提出了相應(yīng)的計(jì)算方法。1.2.3高溫后建筑材料力學(xué)性能的研究對高溫后混凝土的力學(xué)性能，外已進(jìn)行了大暈的試驗(yàn)研究研究表明,在短時(shí)間內(nèi)，高溫后的浞凝土一般比高溫下的更差，強(qiáng)度和彈性模量進(jìn)一步十*降。隨著時(shí)間的推移，受火溫度在500aC?600°