钢框架的抗火性能模拟分析研究

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随着我国的经济建设快速发展,钢结构的应用越来越多。钢结构建筑与混凝土结构相比,抗火性能要差,钢结构的抗火防火问题越来越受到人们的重视,很多国内外学者关注钢结构抗火性能方面的研究。但是我国国内目前的抗火设计通常还是采用基于试验的构件抗火设计方法,该方法虽然简单、直观,但是费用高昂,且存在一些缺陷,荷载的分布与大小、构件受火产生的温度应力等因素对火灾的影响难以考虑进去。通过实践发现其实用性不强,而基于计算的钢结构抗火设计方法可以很好的弥补上述方法的不足。本次研究利用基于计算的抗火设计方法,采用国际通用的IS0834标准升温曲线作为环境温度,通过有限元模拟分析,对比分析研究了以下内容:(1)建立一榀钢框架有限元分析计算模型,其钢梁和钢柱的模型截面分别采用工型和箱型,通过对这两种不同截面形式的钢梁和钢柱模型进行温度场计算和分析,对其截面温度和温度变化趋势进行对比,研究了截面形式对钢结构抗火性能的影响。(2)建立一个三层三跨的平面框架有限元分析计算模型,假定火灾发生房间在平面框架的不同位置,重点分析不同火灾位置工况下的抗火性能反应,确定其耐火时间和临界温度。通过有限元分析计算,结果表明:(1)箱型截面形式的钢结构的抗火性能要优于工型截面的钢结构,从结构防火来说,建议钢结构设计采用箱型截面形式。(2)根据三层三跨平面框架的不同着火房间的抗火分析,火灾发生在平面框架底层和发生在平面框架的中跨的抗火性能要差,指出了着火房间的最不利位置。(3)根据结构的整体抗火性能和单个构件的抗火性能分析比较,发现单个构件的抗火性能不能反映整体结构的抗火性能。通过对钢框架结构的抗火反应分析,为今后钢结构的设计、钢结构抗火性能的深入研究提供一些参考意见。
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