基于整体的大型钢结构防火的系统化设计方法

摘要

一种土木建筑工程技术领域的基于整体的大型钢结构防火的系统化设计方法，具体为：设定安全目标和性能指标；统计危险火源数量和各危险区的火灾荷载，并据此进行火灾工况的设计；根据设定的火灾工况，在模拟软件中建立几何模型，经过数值模拟获得真实火灾下结构体系的力学状态；根据数值模拟得到的结果进行判断，如果结构失效，则重新调整结构设计和加强防火保护，同时按照新的设计调整火灾场景进行设计，直到整体不再失效；采用应力判别和变形判别双控法识别所有火灾工况下的关键构件或危险区域，查看构件应力和变形是否满足安全性能指标的要求。本发明能准确反映自然火灾下各构件在整体结构中的真实受力状态。

主权项

1、一种基于整体的大型钢结构防火的系统化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，首先根据建筑类型和功能设计，设定安全目标和性能指标；第二步，根据建筑设计阶段的平面图、立面图和装修设计，统计危险火源数量和各危险区的火灾荷载，并据此进行火灾工况的设计；针对每一个火灾工况按照以下步骤进行设计；第三步，根据设定的火灾工况，在模拟软件中建立几何模型，包括FDS模型和ANSYS模型，然后根据火灾工况的设计，输入设计参数，计算机数值计算模块采用计算流体动力学和有限单元法对这些参数进行处理，得到结构体系的温度、应力σ(T)、应变和变形δ(T)参数，这些参数将用于结构失效的判定和关键构件的识别，经过数值模拟获得“真实”火灾下结构体系的力学状态；第四步，根据计算机数值计算模块得到的结果进行判断，如果结构的容许承载力R小于各种作用所产生的荷载效应组合Sm，R和Sm按《建筑钢结构防火设计规范》确定，则判断结构失效，则重新调整结构设计和加强防火保护，同时按照新的设计调整火灾场景，重复第三步和第四步，直到整体不再失效，即Rd≥Sm；第五步，采用应力判别和变形判别双控法识别所有火灾工况下的关键构件或危险区域，对所有关键构件或子结构建立有限元模型，按照它们在空间整体中的温度环境、荷载状况以及约束条件进行基于整体的有限元分析计算，查看构件应力和变形是否满足第一步中安全性能指标的要求，如果不满足，以最不利情况进行构件的防火保护设计，使其满足设计要求。