高大空間鋼結構建筑火災全過程性能化防火設計方法研究.pdf

1、高大空間鋼結構建筑多為單層公共性建筑或廠房建筑，建筑內(nèi)人員密集、火災荷載較大、人員疏散危險性較高。因此，定量地評估高大空間建筑火災時煙氣危害、結構坍塌風險以及人員疏散安全度對科學開展高大空間建筑性能化防火設計研究極為重要。現(xiàn)有研究成果表明，高大空間建筑火災不同于常規(guī)居室火災，高大空間建筑火災溫度場呈現(xiàn)典型的非均勻分布特征。目前，火災全過程中非均勻溫度場作用下的鋼結構整體坍塌風險、人員疏散安全度及其火災風險定量評估等方面研究仍相對粗略。<

2、br>　　本論文充分地考慮了高大空間火災非均勻溫度場的時空分布特性，采用理論分析、實驗研究、數(shù)值模擬相結合的方法，建立了火災全過程高大空間非均勻煙氣溫度場的時空模型，提出了考慮火焰熱輻射作用下的鋼構件升溫計算方法。將非均勻分布的時空溫度場與結構應力場耦合，對火災全過程中非均勻受火鋼結構的整體穩(wěn)定性進行定量評估。同時，還對高大空間建筑內(nèi)人員疏散行為進行了研究，系統(tǒng)地提出了高大空間鋼結構建筑火災全過程性能化防火設計方法。研究將豐富高大空間鋼

3、結構整體抗火理論，為該類建筑的火災風險評估提供工具。具體的研究工作包括如下幾個方面：
　　1)實驗驗證了大渦模擬技術預測高大空間火災溫度場分布的可行性。借助于大渦模擬技術，對近百個不同建筑高度、不同建筑面積、不同火源功率的高大空間建筑火災煙氣溫度場分布規(guī)律進行了研究，提出了高大空間建筑火災非均勻溫度場時空模型，該模型能夠較為準確全面地反應高大空間建筑火災溫度場的時間發(fā)展特點和空間非均勻分布規(guī)律。
　　2)建立了高大空間受火鋼

4、構件熱平衡方程，研究了火焰體直接熱輻射、煙氣熱對流以及煙氣熱輻射對鋼構件的熱作用規(guī)律。參考點火源模型建立了火焰體對鋼構件的熱輻射模型，提出并實驗驗證了考慮火焰體熱輻射作用下的高大空間受火鋼構件溫升模型和計算方法，分析了鋼構件形狀系數(shù)、建筑高度、火源功率以及構件距火源距離等主要參數(shù)對構件溫升曲線的影響。
　　3)提出了非均勻受火鋼結構整體穩(wěn)定性時變分析方法。將時空分布的非均勻溫度場施加到有限元分析模型上，實現(xiàn)非均勻溫度場與結構應力場

5、耦合。該方法克服了采用ISO標準曲線、BS EN1991-1-2:2002溫升曲線或其他均勻室內(nèi)溫升曲線以均一溫度替代非均勻溫度場的天然缺陷，可以準確反映出時空變化的非均勻溫度場的溫度梯度差引起的結構附加內(nèi)力和應力重分布現(xiàn)象。
　　4)建立了基于黑箱理論的高大空間人員密度預測模型，提出了基于水力模型的人員疏散行動時間計算方法和基于計算機仿真模擬的人員疏散行動時間預測方法。實驗驗證并探討了兩種預測方法的精確度。
　　5)對高大