建筑結(jié)構(gòu)抗火性能研究

1、建筑結(jié)構(gòu)抗火性能研究【摘要】建筑火災(zāi)發(fā)展過程是一個復(fù)雜的傳熱、傳質(zhì)、湍流過程，由于燃燒過程不易控制，邊界條件較難模擬等原因，使得準(zhǔn)確計算出火災(zāi)過程中各時刻的溫度場還比較困難。在進行結(jié)構(gòu)的抗火性能分析時，較多采用的方法是，假定著火房間內(nèi)的氣體在空間上各點的溫度相同，通過開口因子和火荷載密度等參數(shù)近似計算出房間內(nèi)氣體的溫度時間曲線。顯然，這種方法比較粗糙，與實際情況有一定差別，更準(zhǔn)確的基于計算流體動力學(xué)等理論的方法正在發(fā)展之中。【關(guān)鍵詞】建

2、筑結(jié)構(gòu)，火災(zāi)，抗火性加拿大、瑞典、挪威、新西蘭、澳大利亞、日本等國也對火災(zāi)問題進行了廣泛研究，并取得了大量成果。在我國，公安部四川消防科學(xué)研究所在1972年率先開展建筑構(gòu)件抗火性能研究，于1973年建立了兩座燃燒試驗爐，對梁、板、柱、墻、屋面板等的耐火等級進行試驗研究。進入20世紀(jì)80年代，中國建筑科學(xué)研究院、同濟大學(xué)、清華大學(xué)、江蘇省建筑科學(xué)研究院、西南交通大學(xué)等單位對建筑材料的熱工性能、建筑構(gòu)件及結(jié)構(gòu)的耐火性能進行了一系列試驗研究及

3、理論分析，推進了火災(zāi)研究在中國的發(fā)展。1989年，火災(zāi)科學(xué)國家重點實驗室在中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)成立，標(biāo)志著我國火災(zāi)科學(xué)研究進入了新的階段。通過各國科研人員的努力，逐漸形成了火災(zāi)科學(xué)的基本思想，構(gòu)筑了火災(zāi)科學(xué)的框架體系。198510，從事火災(zāi)科學(xué)研究的專家們聚集美國，果影響還是比較大的，這方面還有很多工作要做。材料的力學(xué)性能與溫度密切相關(guān)，所以，搞清構(gòu)件內(nèi)部各點的溫度變化過程是計算構(gòu)件及結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中結(jié)構(gòu)反應(yīng)的前提。發(fā)生建筑火災(zāi)時，可燃物釋放的

4、熱量通過熱輻射、熱對流以及熱傳導(dǎo)方式傳遞給建筑構(gòu)件表面，再通過熱傳導(dǎo)向構(gòu)件內(nèi)部傳遞。構(gòu)件內(nèi)溫度場是一個隨時間變化的變溫度場，一般可通過對傅立葉導(dǎo)熱微分方程進行數(shù)值求解獲得構(gòu)件內(nèi)的溫度分布。有限單元法是計算構(gòu)件內(nèi)溫度場的一種理想方法。為了減少計算工作量，目前普遍假設(shè)梁、柱等細(xì)長構(gòu)件的溫度分布沿軸線方向無變化，把三維溫度場問題簡化成二維問題。由于混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容是溫度的函數(shù)，且邊界條件與環(huán)境因素有關(guān)，火災(zāi)時構(gòu)件內(nèi)溫度場是一個復(fù)雜的非

5、線性瞬態(tài)問題。通常在空間域上采用有限單元法、在時間域上采用有限差分法，充分利用兩者優(yōu)點來計算溫度場的變化。911恐怖襲擊以后的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，建筑結(jié)構(gòu)中結(jié)點的抗火性能對整個結(jié)構(gòu)的影響很大，而結(jié)點內(nèi)的溫度分布是三維的，因此，火災(zāi)下構(gòu)件內(nèi)三維溫度場分析已經(jīng)引起重視?；炷羶?nèi)水分的運動及蒸發(fā)對構(gòu)件內(nèi)溫度場有一定的影響，但計算混凝土內(nèi)部的水分運動是十分復(fù)雜的，因此，在計算普通混凝土構(gòu)件內(nèi)的溫度場時，水分的影響通常忽略不計?；馂?zāi)下普通混凝土出現(xiàn)爆裂