关键词:
钢结构厂房
空间温度场
钢结构抗火设计
摘要:
火灾一直是造成人民生命和财产损失的主要重大灾害之一。而钢结构由于钢结构因其重量轻、高强韧性和施工方便等特点,常被应用于大型空间建筑。由于钢材的力学性能随着温度的上升,性能会有明显的下降趋势。因此钢结构的抗火性能是钢结构设计中必须要考虑的一个重难点,但国内外对于钢结构抗火性能的研究还存在许多不完善的地方。
本文以实际工程中的钢结构厂房为研究对象,基于结构性能化抗火设计的理念,对以钢架结构为主体的废料处理车间厂房在火灾情况下的结构性能分析和抗火设计进行研究。本文的主要研究工作及结论如下:
(1)根据国内外有关钢材在高温条件下的代表性研究结果,制定适用于此次研究的钢材热工学和热力学参数,并对各类大型建筑物内可能出现的各种火灾形式的释放率进行了归纳和总结,确定适用于废料处理车间厂房的火灾热释放率和释放模型。
(2)结合废料处理车间厂房的结构设计以及日常使用场景,选取四种常见火灾场景,分析火灾对结构性能的影响规律和火灾对大空间建筑中的温度场的影响。利用火灾动力学模拟软件FDS建立不同场景下的热分析模型。得到主要结构在火灾下的空间温度场分布。结果表明:火源在大空间建筑中对结构温度影响主要集中在火源附近,其中场景一结构表面温度很低,最高194℃,场景二、场景三和场景四中结构温度均超过700℃,但场景二与场景四中远离火源的构件温度变化不大,场景三中火源对结构温度影响范围大于其他场景。
(3)利用有限元分析软件ABAQUS对厂房的主体结构建立热力耦合分析,对四种火灾场景进行结构性能变化规律分析,结合火灾下钢结构的温度场分布,确定最不利火灾场景。结果表明:场景一中只对火源正上方部位构件有轻微影响,场景二对结构位移影响量最大,场景三对结构的范围影响最大,综合火源场景确定最不利火灾场景为场景三。
(4)对废料处理车间主体在最不利火灾场景下进行防火设计研究,依据油池火灾对构件的温度影响,确定了钢各部位的防火涂料类型和填涂厚度。结果表明:对建筑钢结构设置1.5mm的防火涂料保护后,可以有效延缓火灾下厂房的结构性能影响。