薄壁钢桁架-轻骨料混凝土组合楼板的设计

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1、1绪论1.1研究背景1.1.1火灾对建筑结构的危害随着人类社会的进步和物质生活水平的不断提高，大量房屋建筑的建造，尤其是高M建筑，形成了人11及建筑群密集的分布，同时可燃性材料被广泛使用T建筑的装饰美观，增加Y建筑物火灾荷载密度，使得火灾发生的概率呈现出上升的趋势,火灾的危害程度也随之增强，而且随着社会财富的巨大积累，火灾事故将导致更大的损火。如2003年湖南衡阳某幢8层的结构形式为混凝土结构的商住建筑起火，巾于火势无法控制，继而倒塌，就消防官兵就冇20人员的死亡。根据国外的统计报道，由于火灾造成的间接损火是直接损失的3倍左由此吋见火灾对建筑结构的危害有多么严重［1］。对于一般的钢

2、材，其屈服强度随温度的升高而下降，当温度达到40(TC时，为常温下强度的一半，在600°C时强度可以说基木已经丧失，因此，钢结构建筑由于火灾所带來的重大事故越來越引起人们的重视。最令人影响深刻的就是发生在2001年的“9。11”事件。在该事件中，美国纽约的两座高411111的钢结构塔楼，在飞机的撞击下引发火灾并迅速倒塌，这与高温下部分钢结构失效有着密切的关系，从而引起了人们对钢结构抗火性能研究的高度重视。对于一般的钢筋混凝土结构，其耐火性能较好，但合理的耐火没计也是必不可少的，不然也会产生严重的后果。例如，南昌一32.4m的混凝十框架结构建筑;一底部为2层商场，上部为7层住宅，发生

3、火灾，在轰燃后两小时后，整个建筑因柱子失效而倒塌，造成严重的损失［2］。1.1.2火灾对建筑结构造成危害的原因火灾对建筑结构的危害主要来源于高温，直接造成材料弹性模量的下降。以热对流、热辐射的形式，火场的热量传递给构件表血，继而通过热传递，表血的热量向内传递，由于构件的不均匀性，往往会产生不均匀升温，而不均匀升温乂使结构发生不均匀变形，从而产生严重的附加应力，使建筑物构件变形增大、破坏，甚至倒塌［3］。1.2结构抗火研究1.2.1温度场研究温度场的分析足分析结构高温下力学性能的首要条件。K主要受到材料的导热系数、比热等参数的影响，往往这些参数又跟温度有关，所以温度场的分析是一个复杂

4、乂重要的研究课题。这里针对组合结构，列举一些和关的温度场研究。较早时期，同济大学就开展了对组合结构温度场的研究。李国强、殷颖智、蒋首超

5、41,利用有限差分法，研究了了火灾下组合楼板温度场的计算方法并编制成和放程序，同时通过对影响温度场的参数进行分析简化相皮的公式。胡克旭，徐朝晖151,基于室内火灾传热计算模型，利用有限元程序，对压型钢板一混凝土组合楼板在火灾下的温度场进行了全过程计算分析，并得到了试验验证，为进一步研究组合楼板的抗火性能提供Y基础。随着冇限元软件的广泛应用，基于冇限元软件的温度场模拟研究逐步形成。张怀章，杨秀萍，郝淑英

6、61,采用冇限元方法，提出了建模分析火灾下压型

7、钢板一混凝土纟11合楼板温度场的实用方法，基于上述研究，张怀章，杨秀萍［7］，考虑接触热限的影响，对组合楼板温度场进行模拟，分析了热阻人小对温度场的影响，对组合楼板抗火性能的研究有着重要意义。类似的温度场研究文献还有很多，随着温度场的试验研究和数值模拟研究的开展，组合结构的温度场分析理论和存限元模拟软件逐渐完善。1.2.2高温下建筑材料力学性能的研究建筑材料在高温下，其力学性能有着明显的改变，如弹性模量和强度下降、徐变变形增加等。高温下结构钢的屈服强度、弹性模量和极限强度随温度外高而降低,当温度超过4(xrc^,开始急剧卜*降；当达到65(rc时，钢材己基本丧失承载能力。高温下混凝

8、土的抗压强度，在400°C以内，其变化不大，超过400°C后，出现大幅度下降，90(rc以后，与常温下比较，不到十分之一；其弹性模量在升温过程中逐渐卜*降。国内学者在高温下建筑材料的力学性能的研究方面也做了大量的工作，对常用的混凝十、钢材在高温下的性能进行了不少试验研究，积累了一定试验数据，如清华大学李卫，过镇海

9、81,针对混凝土五项高温性能，对不同强度等级和飢骨料种类的四种砼进行的试验研究，其中，五项高温性能为高温时的抗压强度、抗拉强度，受压应力-应变全曲线及升降温后的残余抗压强度、持续高温不的抗压强度。同济大学的李国强，陈凯，蒋首超，殷颖智［9］，对常用的Q345钢进行了高温下

10、的材料性能试验，得到了~系列材料性能指标高温下的性质。东南大学的张大长、吕志涛［10］,对高温下況凝土、钢筋及预应力钢筋筋的力学性能进行了分析研究，提出了不同温度下各种材料强度及弹性模量的计算公式，并对钢筋与混凝十的粘结进行了分析，提出了相应的计算方法。1.2.3高温后建筑材料力学性能的研究对高温后混凝土的力学性能，外已进行了大暈的试验研究研究表明,在短时间内，高温后的浞凝土一般比高温下的更差，强度和弹性模量进一步十*降。随着时间的推移，受火温度在500aC〜600°