火灾模型对钢交错桁架结构性能化抗火设计的适用性分析

１ 钢 结 构 性 能化 抗 火 设 计 步 骤
钢结 构 的性 能化抗 火设 计 主要包 括 以下 ３个 步
是 目前 国 际上 较 权 威 的交 错 桁 架 体 系设 计 指 导 性
文献 ，但其 中 防 火 设 计 部 分 也 主 要 是 对 普 通 钢 结 构 防火设 计 理 论 的 拓 广 应 用 。 现 有 的研 究 成 果 还 未形 成完 善 的 防火 设 计 理 论 。 因 此 对 于钢 交 错 桁 架 结 构 ，采 用性 能化 的抗 火设 计是 必要 的。 在 钢结 构 建 筑 的性 能 化 抗 火 设 计 中 ，保 证 建 筑 具有 足 够 的 耐 火 时 间 是 进 行 性 能 化 设 计 的 重 要 依 据 。钢 结 构 建 筑 的 耐火 时 间与 火 灾 时 空 气 的 温 升 过程 密切 相 关 。为 了得 到 真 实 的钢 结 构 建 筑 耐 火 时间 ，必 须 较 为 准 确 地 预 测 火 灾 情 况 下 空 气 的 温 升过程 ，而 火 灾 情 况 下 空 气 的温 升 过 程 又 取 决
骤 ：首先 根 据 选 取 的火 灾 作 用 模 型 确定 着 火 空 间
环境 温度 ，进 而 得 到 钢 构 件 内 部 温 度 场 ， 然 后 根 、
据 构 件 内部温 度场 分 析 结 构 在 火灾 作用 下 的 响应 。 具 体 分析 步骤 如 图 １ 所示 。
２ 火 灾作 用模 型 分 析
２ １ 国际标 准升 温 曲线 ．
国际标 准火 灾 升 温 曲线 ＩＯ ３ Ｓ ８ ４是 国际 标 准 化 组织 制定 的一 条 理 想 化 的 火 灾 温 度 一时 间理 论 试 验 曲线 ，其 表达式 如 下 ： Ｔ ： ４ （ ｔ ）＋ ， ｔ ３ ５ ｌ ８ ＋１ ｇ 式中： 为加 热时间 （ ｎ ； ｍｉ） （） １ 为 受 火 ｔ 间后 的 时
目前 在建 筑性 能化 防火 设计 中常用 的 ４种 室 内
０ 引言
钢交错 桁架 结构 是 一 种 新 型 的抗 侧 力体 系¨ 。 Ｊ 目前在 国外 已经 得 到 推 广 与 应 用 ，但 在 我 国并 无
工程 实例 。 防火 设 计 理 论 的不 完 善 是 制 约 钢 交 错 桁 架结 构推 广 的一个 重要 因素 。
火 灾作 用 模 型 为 ：国 际标 准 升 温 曲线 ＩＯ ３ 、参 Ｓ ８４ 数 化 的室 内升 温 曲 线 、区 域 模 型 和 场 模 型 ］ 。本 文 以钢结构 交错 桁架 作 为分 析对 象 ，运用 上述 ４种 火 灾作 用 模 型 分 析 钢 结 构 火 灾 的 热 环 境 ，研 究 其 对 钢结 构 交 错 桁 架 体 系 抗 火 性 能 的 影 响 ，讨 论 各 种 火灾 作 用 模 型 的优 缺 点 及 其 在 钢 结 构 交 错 桁 架
灾
害
学
２ ５卷
拟 。双 区域 模 型 是 最 简 化 也 是 最 常 用 的 区域 模 型 。常用 的 区域 模 拟软件 有 Ｃ Ａ Ｔ等 。 ＦＳ
一 厂 — 厂 — 广 ］
力作用 Ｉ ｌ 热作用
第２ ５卷第 １期 ２１ ０ ０年 ３月
灾
害
学
Ｖ０ ． ５ Ｎｎ １ 】２
Ｍａ ． Ｏｌ ｒ２ ０
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＣＡ ＴＡＳ ＲＯＰＨＯＬＯＧＹ Ｔ
火灾模型对钢 交错 桁架 结构 性能化抗火 设计 的适 用性分析
陈长 坤 ，张 冬 ，刘 广 林
（ 中南大学 防灾科学 与安 全技 术研 究所 ，湖南 长沙 ４０７ ） １０ ５
摘
要 ：对 目前性能化 防火设计 中常用的 ４种火灾作用模型进行 了分析 和总结 ，并运用 这 ４种模 型对钢 结构交错
桁架在火灾 时的热环境进行 了模拟 ，分析不同火灾作用模型下该体 系 的结 构响应 ，研究 不 同火灾作 用模 型对交错 桁架结构性能化抗火设计 的适 用性。研究表明 ：火源功率 、火灾载及 火灾持续 时间等 因素对钢结 构交错桁架 的抗 火分析具有重要影 响。国际标 准升温曲线和参数化室 内升温 曲线 不考虑火 源功率 、建筑通风 口等 因素 ，缺 乏针对 性 ，分析结果偏于保守 ；区域模 型所得 温度偏低 ，不宜用于交错桁架 结构 的性 能化抗 火设计 ；场模 型考虑 了火源
抗 火分 析 中的适 用性 。
目前针 对 钢 交 错 桁 架 结 构 的 抗 火 性 能 研 究 ， 国内外相 关 报 道 还 很 少 。美 国钢 结 构 学 会 在 ２０ ０２ 年 推 出 的 交 错 桁 架 体 系 设 计 指 南— — Ｓｅ１Ｄ ｓ ｎ ｔ ｅｉ ｅ ｇ
Ｇｕ ｄ ｅ ｉｓ ４： Ｓ ａ ｇ ｒ ｄ Ｔｒ ｓ Ｆ ａ ｎ Ｓ ｓｅ ｉ ｅ Ｓ ｒｅ １ ｔｇ ｅ ｅ ｕ ｓ ｒ ｍｉ ｇ ｙ ｔ ｍ［］
功率及环境温度分布 的不 均匀 性 ，和实际火灾较接近 ，计算结果相对较为准确 ，可 用于结构的性能化防火设计 。
关键词 ：火灾模型 ；交错桁架 ；结构抗火 ；钢结 构
中 图分 类 号 ：Ｘ ２ ． ９ ８７ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章编 号 ：１０ ８ １ ２ １ ） １— ０ ３一 ５ ０ ０～ １Ｘ（ ００ ０ ０ ９ Ｏ
于所采用 的火灾作用模型。 因此研究不 同火灾作 用模 型对 钢 结 构 抗 火 分 析 的影 响 ，对 结 构 的 性 能
化抗火 设 计有着 十 分重要 的意义 。
＋ 收稿 日期 ：２０ ０ ０ ９— ８—０ ３
基金项 目：国家 自然科学基金项 目（０ ００ ９） ５ ７ ６５ 作者简介 ：陈长坤（ ９ ７一） １７ ，男 ，福建福安人 ，副教授 ，博士 ，从事钢结构火灾安全研 究 ． － ｉ：ｃｋｈｎ ａＬＣＵ ｅｕ ｃ Ｅｍａ ｌ ｃｃ ｅ＠ｍ ｉ Ｓ．ｄ ．ｎ