钢框架柱火灾下的稳定分析

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1、大连理工大学硕士研究生学位论文大连理工大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。作者签名：巡翩签名：隧：』年业月型日大连理工大学硕士学位论文引言建筑物一旦发生火灾将会对人身安全、财产和环境造成巨大威胁。日内瓦协会在2002年

2、10月公布的一项世界各国火灾统计数据表明，每年各国因火灾造成的直接经济损失占其GDP的O．1％【1】。伦敦的统计数据则表明每年英国因火灾造成的直接经济损失高达其GDP的4％【2】。因为各种不确定性因素如人为纵火、恐怖袭击等，现实生活中火灾的发生是不可避免的，但却可以通过适当的措施如安装火灾预警系统、自动灭火系统来减少火灾发生的概率，也能通过合理的建筑和结构防火设计如设计安全通道、防火门和用防火材料保护结构构件等来减少火灾造成的损失。火灾安全工程(fhsafetyengineering)便是这样一门确定火灾下

3、建筑物安全策略的交叉学科，它通过实施主动或被动火灾防护措施(fireprotection)来维持火灾下结构的稳定和控制火灾的蔓延【3】。而结构火灾工程(structuralfireengineering)则是专门研究被动火灾防护的学科，它通过分析火灾对建筑物的热作用来设计构件使之具有足够的承载力并控制火灾的蔓延【3】。结构火灾工程是火灾安全工程的一部分，它隶属于另一门同样是火灾安全工程组成部分的学科一火灾防护工程(fn'eprotectionengineering)。三者的关系可通过图1反映出来。图1图2火

4、灾前和燃烧中的WindsorTower图3■indsorTower大火中未防护柱的破坏一l-钢框架柱火灾下的稳定分析实践证明，运用火灾安全工程相关知识对建筑物实施火灾防护是非常必要且必须的，通过这些措施能够有效减少火灾损失并能控制火灾的发生和发展。图扣3给出了2005年2月12日发生在西班牙首都马德里市的蕴莎大厦大火(WindsorTowerFire)【4，5，6】，该楼高106m，共32层，是一幢商业楼，结构形式是外钢柱内RC核心的筒中筒结构，内核由RC柱和钢梁支撑的双向密肋楼板组成。火灾发生时17层以上

5、的外钢柱均没有防护。23：oo该火灾从21层开始起火，在不到一个小时的时间内2l层以上的所有楼层均着火，之后火灾逐渐蔓延到2层以上的所有楼层，火灾持续时间约18～20个小时。该火灾造成17层以上大量的楼板坍塌，大楼被大火完全毁坏，造成的经济损失高达￡72m。火灾的起因一般认为是21层的电路短路，也有迹象表明可能是人为纵火。按照西班牙1970年的建筑规范，该楼在最初建造时并未对钢构件进行防护，也未安装喷水灭火系统(sprinklerfireprotection)，原始覆盖层和楼板之间的缝隙也未填充隔火材料。另

6、外因为大楼采用开放式楼层理念设计(约40X25m)，防火间只在楼层内有用，竖向的防火间因楼板开口处原始覆盖层与楼板间缺少阻火系统而不能完全起作用，也即只能实现水平隔断而不能限制火灾在楼层间的传播。该楼在火灾发生时正在进行为期三年的整修，整修的主要工作包括对外围钢柱施加板系统(boardingsystem)防火保护、对内钢梁施加喷涂(spray)防火保护、安装自动灭火系统和涂抹新的铝覆盖层。但是，在火灾发生时，防火间和结构层与覆盖层间阻火设施的建造并未完工，对17层以上(含17层)钢构件的保护还未实施，并且第

7、9层和第15层的钢柱也未被保护，自动灭火系统也仍在建造中不能发挥作用。因此，当火灾发生时并没有有效的措施来阻止火灾的蔓延和发展。对火灾后建筑物的调查表明，导致大火迅速蔓延到几乎所有楼层的主要原因是：①缺少有效的抗火措施，如自动喷水灭火系统；②楼层面积高达1000m2的“开放式楼层设计”；③表面和楼层开口处无效的竖向隔断。调查认为多个楼层同时着火和一些楼层未保护钢柱的屈服一起触发了17层以上楼板的倒塌。大火向17层以下蔓延时，实施了保护措施的钢柱未被破坏，而没有被保护的钢柱(第9层和第15层的钢柱)则发生了屈

8、曲破坏，见图3。可见对钢构件实施防火措施的有利作用是很明显的，如果该楼在火灾发生时已经实施了有效的防火措施如整修工作已经完成，则该火灾将不会造成这么巨大的经济损失，甚至该火灾可能在开始时便被自动灭火系统所扑灭。还有很多说明对建筑物实施火灾防护重要性的例子，如1988年5月4日洛杉矶第一洲际银行大火[7】，和2001年的“911”事件[8，9】等，洛杉矶第一州际银行大楼因对钢构件喷涂了防火材料，因而虽然火灾发生时自