钢结构抗火性能化设计相关分析.docVIP

钢结构抗火性能化设计相关分析 　　【摘 要】性能化防火设计是综合运用消防安全工程学方法与原理，并从建筑物具体情况出发，对其进行评估，从而得出的最优化防火设计方案。近年来，钢结构抗火性能化设计在国内外各类新型建筑物中得到了越来越多的应用，并成为了当前消防技术领域最前沿和最具影响力的高新技术。本文从钢结构抗火性能化设计的意义出发，并着重就其设计相关内容进行了分析与探讨。 　　【关键词】钢结构；抗火性能化；设计；分析 　　在建筑工程中，钢结构性能对工程整体质量具有重要的影响。因火灾或高温对钢结构材料的性能尤其是力学性能影响较大，例如结构钢的弹性模量和屈服强度会随着温度的上升而下降，当火灾发生时建筑内部温度通常会达到800～1200℃，将导致普通结构的钢材失去大部分刚度和强度。据国内外相关数据表明，火灾所引起的结构失效造成的间接损失大约为火???直接损失的3倍左右。利用性能化的钢结构抗火设计，能针对实际情况对火灾危害进行定量、定性的评估与预测，得到最佳的防护保护和防护设计方案。因此加强对钢结构抗火性能化设计的相关分析与研究，具有重要的现实意义。 　　一、钢结构抗火性能化设计的意义 　　进行钢结构抗火性能化设计主要有以下几方面意义：减少钢结构在火灾或高温环境中的破坏，避免因结构整体或局部的坍塌所造成的人员伤亡；降低火灾后建筑结构的修复费用，同时缩短灾后结构功能的恢复周期，降低间接经济损失；通过对钢结构抗火性能中的热力耦合作用的分析，揭示了钢结构在温度变化下的破坏的机理，显示了钢结构的基本力学行为；为提高钢结构的安全性能，以及在性能化设计中节省材料都提供了科学依据。 　　二、传统钢结构抗火设计的缺陷 　　钢结构的耐火极限是指构件在标准耐火试验中，从受到火的作用时起，直到失去完整性或稳定性为止，这段所起到抵抗火作用的时间。耐火极限不仅是进行建筑物防火构造设计与制定灾后修复方案的科学依据，同样也是划分建筑物耐火等级的基础数据。 　　传统钢结构的耐火极限主要通过实验确定。当进行建筑结构防火设计时，对于钢结构构件主要通过实验数据的对比得出。但由于建筑物千变万化，而建筑抗火设计在要求本质上也各不相同，因此传统的抗火性能化设计科学性并不强，许多结构工程师对于结构抗火的性能化设计观念也比较淡薄。其缺陷具体体现在以下几点： 　　（1）在规定的结构耐火极限需求方面没有直接反映出结构抗火设计，以保证人的生命安全为最重要的目标，而是根据火灾的危险性和建筑的重要性，对不同建筑中不同结构够的耐火极限要求进行统一规定，造成不必要的浪费或者无法满足人员逃生的需求。 　　（2）在结构构件耐火能力的确定方面，没有充分考虑火灾升温以及结构整体作用对构件耐火能力的影响。在实际中，建筑真实火灾升温与标准火灾升温存在着差别，从下图1即可看出，标准火灾曲线不能完全替代真实火灾发生的情况。同时结构构件因周边其余构件的约束，其耐火能力往往与无约束的构件存在较大的差别。 　　（3）在结构抗火设计要求方面，往往无法兼顾业主的要求。在结构抗火性能化设计中，对业主提出的结构完整度的要求，也应进行接受。 　　正是由于传统钢结构抗火性能化设计中的缺陷，结构抗火设计正逐渐从基于实验的传统方法，转变为基于性能的现代设计方法。 　　三、基于性能的钢结构抗火设计分析 　　基于性能的钢结构抗火设计并不会明确规定某项解决方案，而是对达到要求的方案或设计目标进行确定。在下图2中即表达了该设计方法的一般层次化结构，主要包括了设计的总体目标、功能目标、性能要求以及各种解决方案与方法。该设计方法可有效客服传统结构抗火设计方法中的不足。 　　1、总体目标 　　钢结构抗火性能化的总体目标为：不会因结构破坏导致建筑火灾受到更大损失；不会因结构破坏影响人员逃生和消防灭火。 　　2、功能目标 　　钢结构抗火性能化的功能目标为：（1）建筑某些部位的结构构件或者子构件以及结构整体在灾后一定时间内不能出现坍塌现象，以确保人员的逃生时间和消防人员的灭火时间；（2）建筑某些部位的结构构件或者结构整体在灾后不能发生倒塌和继续使用的变形，以保证灾后建筑结构的迅速恢复，起到降低火灾间接经济损失的目的。 　　3、性能要求 　　钢结构抗火性能化的要求分别与功能目标相对应，即：（1）性能要求建筑结构构件或者子构件以及结构整体在灾后一定时间范围内，能具备足够的承载力，其对应时间分别为t1、t2和t3；（2）性能要求建筑结构构件或者结构整体在灾后产生的残余变形不能超过一定的限值，根据钢结构设计的适用性要求，对残余变形的限值建议为柱h/300、主梁L/400、次梁L/250，其中h为柱的高度，L为梁的跨度。 　　4、性能要求的实现 　　性能要求（1）中对结构构件和子构件的要求，主要目的是保证建筑物内人员有足够