鋼結(jié)構(gòu)抗火性能化設(shè)計相關(guān)分析

1、鋼結(jié)構(gòu)抗火性能化設(shè)計的相關(guān)分析【摘要】性能化防火設(shè)計是綜合運(yùn)用消防安全工程學(xué)方法與原理，并從建筑物具體情況出發(fā)，對其進(jìn)行評估，從而得出的最優(yōu)化防火設(shè)計方案。近年來，鋼結(jié)構(gòu)抗火性能化設(shè)計在國內(nèi)外各類新型建筑物中得到了越來越多的應(yīng)用，并成為了當(dāng)前消防技術(shù)領(lǐng)域最前沿和最具影響力的高新技術(shù)。本文從鋼結(jié)構(gòu)抗火性能化設(shè)計的意義出發(fā)，并著重就其設(shè)計相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了分析與探討。【關(guān)鍵詞】鋼結(jié)構(gòu)；抗火性能化；設(shè)計；分析在建筑工程中，鋼結(jié)構(gòu)性能對工程整體質(zhì)量具有重要的影響。因火災(zāi)或高溫對鋼結(jié)構(gòu)材料的性能尤其是力學(xué)性能影響較大，例如結(jié)構(gòu)鋼的彈性模量和屈服強(qiáng)度會隨著溫度的上升而下降，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時建筑內(nèi)部溫度通常會達(dá)到8

2、001200C，將導(dǎo)致普通結(jié)構(gòu)的鋼材失去大部分剛度和強(qiáng)度。據(jù)國內(nèi)外相關(guān)數(shù)據(jù)表明，火災(zāi)所引起的結(jié)構(gòu)失效造成的間接損失大約為火災(zāi)直接損失的3倍左右。利用性能化的鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計，能針對實際情況對火災(zāi)危害進(jìn)行定量、定性的評估與預(yù)測，得到最佳的防護(hù)保護(hù)和防護(hù)設(shè)計方案。因此加強(qiáng)對鋼結(jié)構(gòu)抗火性能化設(shè)計的相關(guān)分析與研究，具有重要的現(xiàn)實意義。一、鋼結(jié)構(gòu)抗火性能化設(shè)計的意義進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)抗火性能化設(shè)計主要有以下幾方面意義：減少鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)或高溫環(huán)境中的破壞，避免因結(jié)構(gòu)整體或局部的坍塌所造成的人員傷亡；降低火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)的修復(fù)費(fèi)用，同時縮短災(zāi)后結(jié)構(gòu)功能的恢復(fù)周期，降低間接經(jīng)濟(jì)損失；通過對鋼結(jié)構(gòu)抗火性能中的熱力耦合作用的

3、分析，揭示了鋼結(jié)構(gòu)在溫度變化下的破壞的機(jī)理，顯示了鋼結(jié)構(gòu)的基本力學(xué)行為；為提高鋼結(jié)構(gòu)的安全性能，以及在性能化設(shè)計中節(jié)省材料都提供了科學(xué)依據(jù)。二、傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計的缺陷鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限是指構(gòu)件在標(biāo)準(zhǔn)耐火試驗中，從受到火的作用時起，直到失去完整性或穩(wěn)定性為止，這段所起到抵抗火作用的時間。耐火極限不僅是進(jìn)行建筑物防火構(gòu)造設(shè)計與制定災(zāi)后修復(fù)方案的科學(xué)依據(jù)，同樣也是劃分建筑物耐火等級的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限主要通過實驗確定。當(dāng)進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)防火設(shè)計時，對于鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件主要通過實驗數(shù)據(jù)的對比得出。但由于建筑物千變?nèi)f化，而建筑抗火設(shè)計在要求本質(zhì)上也各不相同，因此傳統(tǒng)的抗火性能化設(shè)計科學(xué)性并不強(qiáng)，許多結(jié)

4、構(gòu)工程師對于結(jié)構(gòu)抗火的性能化設(shè)計觀念也比較淡薄。其缺陷具體體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：（1）在規(guī)定的結(jié)構(gòu)耐火極限需求方面沒有直接反映出結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計，以保證人的生命安全為最重要的目標(biāo)，而是根據(jù)火災(zāi)的危險性和建筑的重要性，對不同建筑中不同結(jié)構(gòu)夠的耐火極限要求進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)定，造成不必要的浪費(fèi)或者無法滿足人員逃生的需求。（2）在結(jié)構(gòu)構(gòu)件耐火能力的確定方面，沒有充分考慮火災(zāi)升溫以及結(jié)構(gòu)整體作用對構(gòu)件耐火能力的影響。在實際中，建筑真實火災(zāi)升溫與標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)升溫存在著差別，從下圖1即可看出，標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)曲線不能完全替代真實火災(zāi)發(fā)生的情況。同時結(jié)構(gòu)構(gòu)件因周邊其余構(gòu)件的約束，其耐火能力往往與無約束的構(gòu)件存在較大的差別（3）在結(jié)構(gòu)抗火

5、設(shè)計要求方面，往往無法兼顧業(yè)主的要求。在結(jié)構(gòu)抗火性能化設(shè)計中，對業(yè)主提出的結(jié)構(gòu)完整度的要求，也應(yīng)進(jìn)行接受。正是由于傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)抗火性能化設(shè)計中的缺陷，結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計正逐漸從基于實驗的傳統(tǒng)方法，轉(zhuǎn)變?yōu)榛谛阅艿默F(xiàn)代設(shè)計方法。三、基于性能的鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計分析基于性能的鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計并不會明確規(guī)定某項解決方案，而是對達(dá)到要求的方案或設(shè)計目標(biāo)進(jìn)行確定。在下圖2中即表達(dá)了該設(shè)計方法的一般層次化結(jié)構(gòu)，主要包括了設(shè)計的總體目標(biāo)、功能目標(biāo)、性能要求以及各種解決方案與方法。該設(shè)計方法可有效客服傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計方法中的不足。1、總體目標(biāo)鋼結(jié)構(gòu)抗火性能化的總體目標(biāo)為：不會因結(jié)構(gòu)破壞導(dǎo)致建筑火災(zāi)受到更大損失；不會因結(jié)構(gòu)破壞影響人員逃生和消防滅火。2、功能目標(biāo)鋼結(jié)構(gòu)抗火性能化的功能目標(biāo)為：（1）建筑某些部位的結(jié)構(gòu)構(gòu)件或者子構(gòu)件以及結(jié)構(gòu)整體在災(zāi)后一定時間內(nèi)不能出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象，以確保人員的逃