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(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的傳熱、傳質(zhì)、湍流過(guò)程，由于燃燒過(guò)程不易控制，邊界條件較難模擬等原因，使得準(zhǔn)確計(jì)算出火災(zāi)過(guò)程中各時(shí)刻的溫度場(chǎng)還比較困難。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)的抗火性能分析時(shí)，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(diǎn)的溫度相同，通過(guò)開(kāi)口因子和火荷載密度等參數(shù)近似計(jì)算出房間內(nèi)氣體的溫度時(shí)間曲線(xiàn)。顯然，這種方法比較粗糙，與實(shí)際情況有一定差別，更準(zhǔn)確的基于計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)等理論的方法正在發(fā)展之中?！娟P(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(guó)也對(duì)火災(zāi)問(wèn)題進(jìn)行了廣泛研究，并取得了大量成果。在我國(guó)，公安部四川消防科學(xué)研究所在1972年率先開(kāi)展建筑構(gòu)件抗火性能研究，于1973年建立了兩座燃燒試驗(yàn)爐，對(duì)梁、板、柱、墻、屋面板等的耐火等級(jí)進(jìn)行試驗(yàn)研究。進(jìn)入20世紀(jì)80年代，中國(guó)建筑科學(xué)研究院、同濟(jì)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(duì)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(jìn)行了一系列試驗(yàn)研究及

3、理論分析，推進(jìn)了火災(zāi)研究在中國(guó)的發(fā)展。1989年，火災(zāi)科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)成立，標(biāo)志著我國(guó)火災(zāi)科學(xué)研究進(jìn)入了新的階段。通過(guò)各國(guó)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(zhuān)家們聚集美國(guó)，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(diǎn)的溫度變化過(guò)程是計(jì)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(shí)，可燃物釋放的

4、熱量通過(guò)熱輻射、熱對(duì)流以及熱傳導(dǎo)方式傳遞給建筑構(gòu)件表面，再通過(guò)熱傳導(dǎo)向構(gòu)件內(nèi)部傳遞。構(gòu)件內(nèi)溫度場(chǎng)是一個(gè)隨時(shí)間變化的變溫度場(chǎng)，一般可通過(guò)對(duì)傅立葉導(dǎo)熱微分方程進(jìn)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(jì)算構(gòu)件內(nèi)溫度場(chǎng)的一種理想方法。為了減少計(jì)算工作量，目前普遍假設(shè)梁、柱等細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件的溫度分布沿軸線(xiàn)方向無(wú)變化，把三維溫度場(chǎng)問(wèn)題簡(jiǎn)化成二維問(wèn)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(shí)構(gòu)件內(nèi)溫度場(chǎng)是一個(gè)復(fù)雜的非

5、線(xiàn)性瞬態(tài)問(wèn)題。通常在空間域上采用有限單元法、在時(shí)間域上采用有限差分法，充分利用兩者優(yōu)點(diǎn)來(lái)計(jì)算溫度場(chǎng)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(diǎn)的抗火性能對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的影響很大，而結(jié)點(diǎn)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(chǎng)分析已經(jīng)引起重視?；炷羶?nèi)水分的運(yùn)動(dòng)及蒸發(fā)對(duì)構(gòu)件內(nèi)溫度場(chǎng)有一定的影響，但計(jì)算混凝土內(nèi)部的水分運(yùn)動(dòng)是十分復(fù)雜的，因此，在計(jì)算普通混凝土構(gòu)件內(nèi)的溫度場(chǎng)時(shí)，水分的影響通常忽略不計(jì)?；馂?zāi)下普通混凝土出現(xiàn)爆裂