文档介绍：组合结构的抗火设计方法简述
摘要:总结建筑火灾的危害性,并针对大量出现及使用的组合结构,总结并分析了常用的结构构件抗火设计的实用方法。对组合梁,控制构件弯矩小于高温下梁的极限弯矩;对组合楼板,提出耐火时间与内力指标的关系表达式;组合结构的抗火设计方法简述
摘要:总结建筑火灾的危害性,并针对大量出现及使用的组合结构,总结并分析了常用的结构构件抗火设计的实用方法。对组合梁,控制构件弯矩小于高温下梁的极限弯矩;对组合楼板,提出耐火时间与内力指标的关系表达式;对型钢混凝土柱,给出耐火极限的计算方法;对钢管混凝土柱,通过控制火灾荷载比小于承载力的影响系数。
关键词:组合结构;抗火设计;组合梁;型钢混凝土柱;钢管混凝土柱
1 概述
建筑结构从建设开始就要面临诸多自然灾害的威胁,例如强风、地震等等。在各种灾害中,火灾是最常见的形式之一。火灾不但能够导致建筑物的直接破坏甚至倒塌,同时还能够造成巨大的经济损失和人员伤亡。,在80年代平均每年发生火灾三万起以上,,年死亡人数为2000~3000人,烧伤人数更多。进入90年代,特别是1993年以来,火灾造成的直接财产损失上升到年均十几亿元,年均死亡人数超过3000多人[1-2]。随着建筑结构设计理论和施工技术的发展,高层建筑在城市建筑群中占据了越来越重要的地位。其中,采用组合结构形式的高层建筑成为其中最主要的结构形式。因此,对组合结构的抗火设计方法进行研究具有非常重要的意义。
火灾的高温作用对组合结构中钢材和混凝土的性能具有显著的影响,这些影响规律可以通过相关材料的高温力学性能试验获得。例如欧洲规范EuroCode 3和EuroCode 4给出了钢材和混凝土热膨胀系数、强度、比热、密度、弹性模量和泊松比等参数随温度变化的数学表达式。在此基础上,结合组合结构设计理论,可以得出组合结构构件较为实用的抗火设计方法。
2 组合梁抗火实用设计方法
多高层建筑组合结构的钢梁上一般都设有混凝土楼板,如果在楼板和钢梁之间设置抵抗相对剪切滑动的抗剪连接件,变成统一工作的组合梁。根据抗剪连接件能否保证组合梁充分发挥作用,可以将组合梁分为:完全抗剪连接组合梁和部分抗剪连接组合梁。前者楼板与钢梁之间抗剪连接件数量多,足以抵抗楼板与钢梁之间的剪力作用;而后者的连接件数量较少,不足以抵抗剪力。由于混凝土楼板热容量大,升温慢,因而组合梁的抗火性能较好。组合梁的楼板对钢梁起到了侧撑的作用,提高或保证了钢梁的整体稳定。
火灾下组合混凝土顶板的平均温度受压型钢板形式影响较大,受主梁式或次梁式的影响较小。火灾后1小时,不同形式组合梁的平均温度变化范围在±10%以内。火灾下组合梁中型钢截面的平均温度不仅受压型钢板的,也受主梁或次梁式影响,同样的压型钢板形式和型钢截面,次梁式组合梁的型钢截面的平均温度比主梁式组合梁的型钢截面的平均温度高10%~25%。混凝土顶板的宽度对其温度影响较小,而混凝土顶板的厚度对其温度分布的影响较大,板越厚,板的平均温度越低。
火灾高温作用下,随着组合梁截面温度升高,材料强度下降,组合梁承载力将下降。对于一般组合梁的抗火要求为:在规定的耐火极限时间内,组合梁的承载力应不低于梁上荷