柔性支承体系点支式玻璃幕墙抗火关键技术与设计方法研究

The importance of fire-resisting design for point-supported glass curtain wall with flexible support system as it's widely used in large public buildings. In these days, the frequency and risk level of fire has been increased obviously with the rise of urbanization. The relative research urgents to develop. The research in China was mainly concentrated on destruction mode and failure temperature for this type of structure at ambient temperature. However, the global mechanical properties,dustruction mechanism, and influence factors are unclear under fire conditions. In this project, the destruction mechanism of point-supported double-layer glass panels under fire conditions will be obtained by bearing capacity experiments with high temperatures. The effective connection constrained rigidity numerical models and variable stiffness models considering the glass fracture due to high temperature will be established. The influence of glass panel rigidity, cable degeneration at high temperature, geometry and material non-linearity on global mechanical properties will be calculated by large numbers of global numerical analysis models. Based on numerical simulation results and mathematical derivation, the fire-resisting calculation formulae and design method for this kind of structure will be made.

随着柔性支承体系点支式玻璃幕墙结构在我国大型公共建筑中的广泛应用，其抗火设计重要性也逐渐凸显。近年来，火灾发生的频度和危险程度随着我国城市化水平的迅速提高有明显的增加，对于此类结构火灾高温下的研究工作亟待开展。目前已有研究多集中于此类结构常温正常使用状态下的受力性能研究与设计方法，而对其火灾高温下整体受力性能、破坏模式、影响因素等的认识尚不清楚。本项目拟通过对点支式双层中空玻璃和夹层玻璃进行火灾下承载力试验，获得点支式双层玻璃火灾下的破坏机理；创建火灾下有效的节点约束刚度模型以及考虑玻璃随温度升高发生破裂的变刚度数值模型，解决整体分析中的关键问题；建立整体分析模型，准确分析火灾升温过程中玻璃刚度、钢索高温退化、几何非线性和材料非线性等产生的影响；基于整体数值模拟结果和数学推导辅助，得到此类结构火灾下承载力的实用有效计算公式和抗火设计方法。

单层索网点支式玻璃幕墙结构凭借其轻巧、美观、良好的通透性等优点，被广泛应用于大型公共建筑、高层或超高层建筑的表面。目前已有研究主要集中于单层索网点支玻璃幕墙常温正常使用状态下的静力和动力受力规律及普通框支承火灾高温条件下玻璃的破坏特征，而对此类结构火灾高温下的整体受力性能、破坏模式及影响因素等的认识尚不清楚，因此，深入开展此类结构的火灾高温下性能研究具有十分重要的理论意义和工程实用价值。本项目结合理论分析、试验研究和数值模拟计算等多种方法，对单层索网点支玻璃幕墙结构火灾下的受力性能进行了深入研究。主要完成了以下几方面的工作：.（1）对单层钢化玻璃、双层中空玻璃及双层夹胶玻璃面板进行了火灾高温承载力试验，获得了玻璃面板近火面及背火面温度、中心点位移、记录玻璃发生破裂时间，且观察玻璃破裂全过程和记录玻璃的最终破裂方式，确定不同点支式玻璃面板火灾高温下的破坏机理。在试验数据基础上对玻璃面板进行有限元模拟分析，将所得计算结果与试验结果进行比较，两者吻合较好，保证了数值模拟模型的正确性和合理性，为后续整体结构的模拟打下基础。.（2）建立了单层索网点支玻璃结构中的玻璃与钢索节点约束模型，探讨了钢索与玻璃协同作用等因素对结构承载性能的影响，并建立了不同节点约束模型下的单层索网点支玻璃幕墙结构的有限元模型。.（3）利用FDS软件模拟火灾作用下温度场的分布，并编写接口程序，将温度场分析数据导入ANSYS计算软件，通过建立500余个数值计算模型，深入分析单层索网点支式玻璃幕墙结构在整体不均匀升温和局部升温两种温度场中的破坏全过程，研究结构最大位移和拉索最大应力变化规律，描绘幕墙结构中玻璃面板的破坏顺序并进行破坏先后分区，标出每个破坏分区对应的时间段，给出幕墙结构整体破坏的极限破坏时间。.（4）在数值模拟的基础上，给出了此类结构的不同参数下火灾高温破坏临界温度及相关抗火设计建议，可为相关规范标准的制定提供基础性的研究数据及重要参考。