钢桁架结构火灾反应数值模拟-固体力学专业论文.docxVIP

声 明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写 过的研究成果，也不包括本人为获得其它学位而使用过的材料。与我一 同工作过的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示谢意。 学位论文作者签名： 日 期： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解沈阳建筑大学有关保留、使用 学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权沈阳建筑大学可以将 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 学位论文作者签名： 导师签名： 日 期： 日 期： 硕士研究生学位论文第一章 硕士研究生学位论文 第一章 绪 论 PAGE 11 第一章 绪 第一章 绪 论 硕士研究生学位论文 PAGE 10 第一章 绪 论 1.1 选题背景 随着钢结构技术的深入发展以及钢结构防火保护技术日益成熟，钢结构作为建筑结 构的一种形式，以其强度高、自重轻、延性好、施工周期短等优点，在建筑业中得到了 广泛应用，尤其在超高层及大跨度建筑中更显示出强大的生命力。改革开放以来，我国 的建筑结构应用技术得到了蓬勃发展，高层和超高层建筑的数量迅速增长。据最近几年 的统计资料表明，在 我国己建成的 100幢超高层建筑中钢结构约占了 7%，例如:北京 156.4m高的国贸中心，183.5m高的京城大厦，208m高的京广中心，上海153m高的新锦江 大酒店，深圳165m高的发展中心和310m高的地王大厦等。目前，上海等地计划兴建的超 高层建筑中也有一部分拟采用钢结构。由此可以 预测，随着我国城市现代化的发展，钢 结构在我国建筑业的应用具有非常广阔的前景。 然而抗火性能差是钢结构一个致命的弱点。由于钢材的导热系数远大于钢筋混凝 土的导热系数 (约为钢筋混凝土的 40 倍)，以及钢材力学性能在高温下特有的一些变 化等原因，火灾对钢结构的威胁远大于钢筋混凝土结构[1]。钢材的力学性能是随温度 的变化而变化的，当温度升高时，钢材的屈服强度和弹性模量的总体趋势是降低的（图 1—1），在 200℃以下时变化不大,当温度在 250℃左右时，钢材的抗拉强度有较大提 高，而塑性和冲击韧性下降。当温度超过 300℃时，钢材的屈服强度、抗拉强度和弹 性模量开始显著下降，而塑性伸长率显著增大，钢材产生徐变。在温度为 400℃的时 候，钢材的屈服强度将降至室温下强度的一半，温度达到 600℃时，钢材基本丧失全 部强度和刚度。因此，当建筑采用无防火保护措施的钢结构时，一旦发生火灾，结构 1.4 1.2 力学性能比值1 力学性能比值 屈服强度比 极限强度比 弹性强度比 0.8 0.6 0.4 0.2 0 200 300 400 500 600 温度T/℃ 图 1－1 钢材强度指标随火灾温度变化曲线 很容易遭到破坏[2,3]。由于钢结构耐火性能差的原因，火灾对钢结构建筑造成了巨大的 损失，表 1-1 列出了近年来国内外钢结构被烧毁的实例。其中，最为典型的纽约世贸 中心大楼在 “9．11”恐怖事件中的轰然倒塌（图 1－2），震惊了世界，同时给从事 钢结构工程的科技人员敲响了新世纪的警钟。因此，钢结构耐火性能的研究，成为目 前迫切解决的课题。 表 1-1 国内外一些建筑物火灾破坏实例 建筑名称 结构类型 火灾发生时间 破坏情况 重庆天原化工厂 钢屋架 1960.2 20min 倒塌 上海文化广场 钢屋架 1969.12 倒塌 天津市体育馆 钢屋架 1973.5 19min 倒塌 北京友谊宾馆剧场 钢木屋架 1983.12 20min 倒塌 唐山市棉纺织厂 钢梁 1986.2 20min 倒塌 北京高压气瓶场 钢屋架 1986.4 倒塌 江油电厂俱乐部 钢屋架 1987.4 20min 倒塌 江苏昆山某厂房 门式钢架 1996 倒塌 美国纽约第一贸易大厦 楼盖钢梁 1970 扭曲 10cm 美国费城哈里森大楼 钢桁架 1984 坍塌 英国一多层钢结构 钢框架 1990 梁柱楼盖严重破坏 美国纽约世贸中心大楼 筒状结构 2001.9 1 小时整体倒塌 图 1—2 9.11 世贸大厦倒塌 1.2 钢结构抗火设计方法 1.2.1 钢结构抗火设计方法的发展 钢结构不耐火是人们早已认识到的问题，但真正以结构设计的方法对钢结构在火 中的反应进行研究大约始于二十世纪 70 年代。随着人们对钢结构抗火认识的不断深 化和对钢结构抗火计算与设计理论研究的不断深入，钢结构抗火设计方法也在不断