大空间钢结构性能化防火设计.pdf

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1、第二届消防性能化规范发展研讨会,2005.11.24-25大空间钢结构性能化抗火设计殷颖智，赵月慈，罗明纯奥雅纳工程顾问香港有限公司传统的结构防火保护•对主体结构框架进行防火保护•根据规范规定的结构耐火极限确定•结构耐火极限根据标准火灾试验而得到燃烧性能和耐火极限(h)耐火等级构件名称一级二级防火墙不燃烧体3.00不燃烧体3.00承重墙、楼梯间、电梯井和不燃烧体2.00不燃烧体2.00住宅单元之间的墙墙非承重外墙、疏散走道两侧不燃烧体l.00不燃烧体l.00的隔墙房间隔墙不燃烧体0.75不燃烧体0.50柱不燃烧体3.00不燃烧体2.50梁不燃烧体2.00不燃烧体l

2、.50楼板、疏散楼梯、屋顶承重构件不燃烧体1.50不燃烧体l.00吊顶不燃烧体0.25难燃烧体0.25标准火灾试验•根据标准温度-时间关系曲线进行升温例如ISO834T=T0+345log(8t+1)•对单一结构构件或组合进行测试标准火灾试验的利弊•是一种简单方便的确定构件抗火能力的方法•标准升温曲线不能真实反应实际火灾的温度场•单一构件试验不能反应整体结构在火灾下的性能标准试验下构件的耐火极限≠真实结构在火灾下的耐火极限标准升温曲线与实际火灾温度场的比较实际火灾温度场取决于•可燃物•通风条件•火灾分区的大小60,1/4•分隔材料的热性能60,1/230,1/43

3、0,1/215,1/415,1/2单一构件标准火灾反应与整体结构真实火灾反应的比较标准试验下钢梁在450oC时破坏受约束的钢梁在850oC时破坏性能化钢结构抗火设计•确定实际火灾规模•构件传热分析•构件/结构力学性能分析确定实际火灾规模•局部火灾•外部火灾蔓延•参变量温度-时间曲线(−0.2t*−1.7t*−19t*)T=20+13251−0.324e−0.204e−0.472e1400.000Heating25%Aw820MJ/m2(C)1200.000Cooling25%Aw820MJ/m2(C)1000.000Heating100%Aw820MJ/m2(C)

4、Cooling100%Aw820MJ/m2(C)800.000600.000Temperature(C)400.000补风200.0000.000050100150200Time(min)1400.0ProtColProtShortSecBeam传热分析1200.0UnpSecbeamProtPrimbeam100%Aw820MJ/m2Atmospheretemp(C)1000.0800.0600.0Temperature(C)400.0200.00.0低H高A05001000150020002500高Hp低ApTime(sec)受热较快受热较慢力学性能分析•单一

5、构件极限温度法•关键构件失效，弹性分析法•非线性有限元法北京首都国际机场第三期9m航站楼~5.5•航站楼主体混凝土结构•航站楼顶棚为空间钢框架结构，由间距为42米的钢柱支撑•规范要求顶棚钢结构1.5小时耐火极限，支撑钢柱3小时耐火极限场景火灾规模热辐射面行李火灾1.5MW2.1mx1.2m无喷淋系统的零售亭4.5MW3.3mx3.3m零售舱(喷淋系统失效)根据通风情况(2.5m+0.6m)x6mDistancetounprotectedsteelBaggagefire•通过对顶棚钢构件在设计火灾下的结构工程抗火设计，建议对顶棚钢结构不进行防火保护，对支撑钢柱采用1

6、.5小时防火保护天津奥林匹克水上中心•建筑分为比赛厅、热身厅和商业区三大区域，由观众走廊连在一起•主体结构采用钢结构形式，由交叉热身厅拱（梁）、人形外柱、钢内柱和顶部支撑交叉拱（梁）的环梁四个部分组成观众走廊商业区•采用了性能化结构抗火设计方法，确定了适当的钢结构防火保护措施比赛厅人形外柱交叉拱（梁）钢内柱人形外柱交叉拱梁交叉拱梁设计火灾场景•比赛区-火灾危险性极小•众席和休息平台等区域-桌椅、垃圾袋等火灾•包厢、商店等区域-发生火灾轰燃钢结构防火保护范围媒体工作区观众席对外商业区结论真实火灾性能+整体结构反应=安全且经济的性能化结构抗火设计weshapeabet

7、terworld谢谢！