基于子结构的多高层钢结构耐火性能及倒塌破坏机理

对于多高层钢结构的火灾安全，目前主要是通过考虑单独构件在火灾下的承载力来实现，但由于单独构件的受力状态和约束条件与实际结构中的构件不同以及整体结构中受热构件与周围构件存在相互作用，所以单独构件的破坏并不代表实际结构的破坏。另外，由于多层结构上部楼层的影响，约束构件、单层或双层框架的破坏机制与整体结构的也不尽相同。直接通过整体结构的火灾试验来研究构件以及结构的耐火性能与破坏机理，费用昂贵，而采用子结构的方法可能为此提供一有效途径。因此，本项目以结构的耐火性能和倒塌破坏机理为研究目标，从考虑整体多层结构影响的子结构模型入手，通过子结构模型的火灾试验研究，结合精细化的数值分析方法，对考虑整体结构影响的构件耐火性能、局部火灾引起整体结构的破坏机理、以及各种因素的影响规律等问题进行深入研究。本项目的研究成果可以为多高层钢结构的防火设计以及火灾下整体结构的倒塌性能评估提供分析方法和参考依据

本项目针对多高层钢结构的火灾安全，结合我国钢结构的结构形式特点，以整体结构的耐火性能和倒塌破坏机理为研究目标，从考虑整体高层结构影响的子结构模型入手，通过子结构模型的火灾试验研究，结合精细化的有限元分析方法，对考虑整体结构影响的构件耐火性能、局部火灾引起整体结构的破坏机理和倒塌机制、以及各种影响因素的影响规律等问题进行深入系统的研究。. 本项目通过整体结构的火灾反应规律分析，以大型商业软件ABAQUS建立了整体结构有限元数值模型，分析了整体结构的耐火性能和反应规律，并对破坏形式进行分类，提出了两个能考虑整体高层结构破坏形式的子结构模型；通过相应子结构模型的耐火试验研究，分析了子结构模型的火灾行为特征以及变形破坏规律，并检验了现有基于构件的设计方法的有效性，完成参数影响分析，给出不同楼层高度、轴向约束刚度、几何物理和材料属性参数以及局部屈曲等各参数影响规律，提出了子结构耐火极限的计算方法；结合精细化的数值方法，对考虑整体结构影响的构件耐火性能、局部火灾引起整体结构的破坏机理及各种因素的影响规律等问题进行了研究，分析完成非线性边界条件下的结构破坏规律，提出了基于子结构模型的火灾下钢结构破坏倒塌的简化分析方法。