鋼結(jié)構(gòu)抗火研究

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1、鋼結(jié)構(gòu)抗火研究李本兵碩研12級(jí)06班2012020620摘要：鋼結(jié)構(gòu)是工程實(shí)際中應(yīng)用廣泛的結(jié)構(gòu)形式，具有強(qiáng)度高、自重輕、可利用空間大等優(yōu)點(diǎn)，但其耐火性較差，因此鋼結(jié)構(gòu)的抗火性能研究是重要的課題之一。文章綜述了國(guó)內(nèi)外有關(guān)鋼結(jié)構(gòu)抗火研究的主要試驗(yàn)結(jié)果和理論研究成果，總結(jié)了現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；防火設(shè)計(jì)；計(jì)算方法StudyonFire-resistanceofSteelStructuresABSTRACT:Steelstructure,whichhasmanyadvantagcscuhashigher

2、sirength,1ighterself-weightandbiggerusablespace,iswidelyappiedinengineeringpractices.Howeverthefire-risistaneeofsteelstructureislow,sotheinvestigationofmechanicalbehaviorsofsteelstructureinfireconditionisoneofimportantsubjects.Thispapersumsupthemainexperim

3、entalresultsandtheoreticalresearchpayoffsofsteelstructureundcrfireconditions,andreviewsthefire-resistanccdesigntheory,calculationmethodsandengineeringapplicationsofcurrentsteelstructure.KEYWORDS:steelstructure;fireresistaneedesign;calculationmethod1鋼結(jié)構(gòu)的抗火設(shè)

4、計(jì)與混合結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和比，鋼結(jié)構(gòu)貝有強(qiáng)度高、自重輕、空間大、布局靈活和施工周期短等突出的優(yōu)點(diǎn)，因此鋼結(jié)構(gòu)在工程實(shí)際中應(yīng)用非常廣泛，特別是在廠房、飛機(jī)場(chǎng)等人跨度結(jié)構(gòu)和高層結(jié)構(gòu)屮。但是鋼結(jié)構(gòu)的耐火性較并。隨著溫度的提高，鋼材的強(qiáng)度和剛度下降。而且未受防火保護(hù)的鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)環(huán)境屮升溫很快，即使結(jié)構(gòu)承受著室溫下相對(duì)安全的荷載，也可能會(huì)在高溫下迅速破壞。所以從工程實(shí)用的角度出發(fā)，必須對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行防火保護(hù)，就是在鋼構(gòu)件上覆蓋一定厚度的防火隔熱層，利川保護(hù)層良好的熱工性能，減緩鋼結(jié)構(gòu)的升溫速度，使鋼結(jié)構(gòu)達(dá)到高溫承

5、載極限狀態(tài)的時(shí)間（即I耐火時(shí)間）延長(zhǎng)。不同等級(jí)的建筑，不同的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，耐火極限不同。鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)的目的就是通過計(jì)算分析定量確定防火保護(hù)層厚度，使結(jié)構(gòu)構(gòu)件的實(shí)際耐火時(shí)間不低于規(guī)定的耐火極限。在火災(zāi)條件下，以下因素使得鋼結(jié)構(gòu)的反應(yīng)分析相當(dāng)困難。一是材料的非線性本構(gòu)關(guān)系隨溫度變化；二是受火空間的空氣溫度隨時(shí)間變化，并與受火房間的熱工性能、形狀尺寸、開口系數(shù)和火災(zāi)荷載密度有關(guān)；三是構(gòu)件屮溫度分布呈非線性特點(diǎn)；四是隨溫度變化的附加應(yīng)力引起的未受火結(jié)構(gòu)部分對(duì)-受火結(jié)構(gòu)部分的約束，以及這些附加力對(duì)荷載和變形的影響；五是

6、熱滲透對(duì)結(jié)構(gòu)反應(yīng)具冇一定的影響等。隨著人們對(duì)鋼結(jié)構(gòu)抗火計(jì)算與設(shè)計(jì)理論研究的不斷深入，鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)的方法在不斷發(fā)展。本文綜述了國(guó)內(nèi)外鋼結(jié)構(gòu)抗火研究的發(fā)展概況、現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)計(jì)算的主要方法及冃前研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題。2鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)方法的發(fā)展現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)的抗火設(shè)計(jì)主要有*種方法：基于試驗(yàn)的構(gòu)件抗火設(shè)計(jì)方法、基于計(jì)算的構(gòu)件抗火設(shè)計(jì)方法、基于計(jì)算的結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)方法和考慮火災(zāi)隨機(jī)性的結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)方法。在20世紀(jì)70年代前，鋼結(jié)構(gòu)的抗火設(shè)計(jì)是以試驗(yàn)為依據(jù)的，通過不同類型構(gòu)件（主要指梁、柱）在規(guī)定荷載分布與標(biāo)準(zhǔn)升溫條

7、件卜?的耐火試驗(yàn)，確定采取不同防火措施（如不同的防火涂料，不同的涂料庁度）后構(gòu)件的耐火吋間。進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)吋，根據(jù)構(gòu)件的耐火吋間要求，選取對(duì)應(yīng)的防火保護(hù)措施。這種棊于試驗(yàn)的構(gòu)件抗火設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)單直觀、便于應(yīng)用，但是由于試驗(yàn)不能準(zhǔn)確模擬構(gòu)件在結(jié)構(gòu)屮的實(shí)際受力情況和端部約束，因此，難以分析這些因素對(duì)構(gòu)件耐火時(shí)間的影響。從20世紀(jì)70年代Z后，結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)方法轉(zhuǎn)為基于構(gòu)件計(jì)算的現(xiàn)代方法。英、美、口等國(guó)進(jìn)行了考慮荷載的分布少大小及構(gòu)件端部約束對(duì)構(gòu)件耐火時(shí)間影響的大量計(jì)算分析?；谟?jì)算的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗火設(shè)計(jì)方法的理論分

8、析主要是用有限元方法，也有一些采用經(jīng)典解析分析方法，基本建立了考慮任意荷載形式和端部約束狀態(tài)影響的鋼構(gòu)件抗火設(shè)計(jì)方法。日前這種方法仍被一些國(guó)家的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范所采用。慕于計(jì)算的結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)方法以防止整體結(jié)構(gòu)倒塌為II標(biāo)，認(rèn)為火災(zāi)下單個(gè)構(gòu)件的破壞,并不一定意味著整體結(jié)構(gòu)的破壞。特別是超靜定鋼結(jié)構(gòu)體系，當(dāng)結(jié)構(gòu)局部或少數(shù)構(gòu)件發(fā)生破壞，將引起結(jié)構(gòu)的內(nèi)力重分布，整體結(jié)構(gòu)仍有一定的承載能力?；谡w結(jié)構(gòu)極限承載能力的抗火設(shè)計(jì)