門式剛架鋼結(jié)構(gòu)火災(zāi)下整體力學(xué)性能分析

李莉

【摘 要】 當(dāng)前，隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的生活觀念在不斷更新，對人身安全、防火防災(zāi)的重視力度在不斷提高，在各種建筑物中都開展各種方式的防火設(shè)計。但是，當(dāng)前，在門式剛架結(jié)構(gòu)中防火設(shè)計存在著一定的經(jīng)濟(jì)性和科學(xué)性的問題，為了解決這一問題，本文就對門式剛架結(jié)構(gòu)火災(zāi)下整體力學(xué)性能進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，希望通過對門式剛架結(jié)構(gòu)的調(diào)整實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)實用的防火性能要求，本文主要通過理論敘述和案例分析的方式對這一題目進(jìn)行研究，希望本文的研究能夠給實際工作人員更多的啟示。

【關(guān)鍵詞】 門式剛架結(jié)構(gòu)；整體力學(xué)性能；分析

最近幾年，我國建筑行業(yè)的發(fā)展速度在急劇提高，不但建筑技術(shù)和建筑質(zhì)量有所提高，對建筑結(jié)構(gòu)也進(jìn)行了很大的改善，目前，門式剛架結(jié)構(gòu)是我國建筑工程中比較常使用的一種輕鋼結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的發(fā)展速度也相對較快，其在建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用主要是作為主要承重結(jié)構(gòu)，其主要使用范圍為大型體育場館、娛樂場所、商業(yè)服務(wù)公共場所、倉儲設(shè)施等等。

一、建立計算模型

在門式剛架結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計之前一定要對其所承受的各種荷載量、貨源熱釋放量以及各種尺寸的設(shè)計等都進(jìn)行完整的計算和預(yù)測，建立一個完整的計算模型，以方便各種數(shù)據(jù)的計算。那么，計算模型的建立主要有以下幾項內(nèi)容：

第一，荷載的計算。在模型中的各個組成構(gòu)件的尺寸都需要以常溫狀態(tài)來進(jìn)行確定，同時還要以我國相關(guān)規(guī)范為參照基礎(chǔ)。在《門式剛架技術(shù)規(guī)程》中做出了詳細(xì)的規(guī)定：“房屋面恒、活荷載均取0.3kN/m2，風(fēng)荷載則是按北京地區(qū)的風(fēng)壓進(jìn)行取值為0.45kN/m2，風(fēng)荷載的體型系數(shù)為—0.5，地面的粗糙度以D類為考慮基礎(chǔ)，雪荷載取值為0.4kN/m2?！?/p>

第二，火源熱釋放率。根據(jù)對商場以及大型建筑物的實際情況進(jìn)行分析，了解到在門式剛架計算模型中的火源熱釋放率為5和25MW。

第三，幾何尺寸的設(shè)計也要根據(jù)實際情況來設(shè)計，在該案例中，不同的門式剛架結(jié)構(gòu)都是屬于單層的房屋，所以最好應(yīng)該選擇以下幾何尺寸和材料，鋼為Q235，柱體間距為18米，鋼架梁的坡度可以為1/20，同時，為了確保該鋼架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，防止出現(xiàn)變形，梁和柱的接頭都選擇工字型，柱的截面為“H（300——450）mm×240mm×6mm×8mm”梁的截面積為H240mm×6mm×8mm×400mm。而這種鋼架結(jié)構(gòu)檐口的高度需要設(shè)置為6米和2米兩種不同類型的，而其所對應(yīng)的建筑物主要是倉儲和廠房兩種，具體如表1所示：

二、計算結(jié)果

在火災(zāi)作用下，門式剛架結(jié)構(gòu)的位置、應(yīng)力以及性能等都會發(fā)生很大的變化，所以，本文主要對計算結(jié)果進(jìn)行簡要的討論。

1.火災(zāi)作用下鋼結(jié)構(gòu)位移分析

在鋼梁中出現(xiàn)較大位移狀況的就是豎向位移，所以，本文就以模型中的豎向位移為基本討論點。如圖2 所示，在不同的火源下剛架結(jié)構(gòu)的位移狀況是不同的。

從圖中數(shù)值我們可以看到，在剛架結(jié)構(gòu)銜接處的節(jié)點豎向位移是從一個由大到小的過程，在火源狀態(tài)為5MW時，鋼架梁升溫速度相對較慢，在發(fā)生火災(zāi)一個小時內(nèi)，所呈現(xiàn)出來的豎向位移速度較慢，主要是鋼材存在彈性模量和屈服強(qiáng)度，其在300度之內(nèi)，這種彈性模量和屈服強(qiáng)度相對比較高，所以膨脹現(xiàn)象也就非常明顯，如果火災(zāi)情況惡化，溫度升高，則彈性模量和屈服強(qiáng)度會快速降低，這樣在鋼架結(jié)構(gòu)中梁的豎向位移速度會加大，一直到完全損壞。根據(jù)對國際研究結(jié)果的分析，在鋼架結(jié)構(gòu)中梁的跨度為1/20時，如果火源狀態(tài)為25MW，不同模型下剛架結(jié)構(gòu)破壞的時間是不同的，大致會從30分鐘到25分鐘再到20分鐘，所以，這種狀態(tài)下一旦發(fā)生火災(zāi)，消防工作是很難開展的，所以，門式鋼架結(jié)構(gòu)下對于火災(zāi)的治理要采取必要的輔助措施。

2.應(yīng)力分析

在這一部分的分析主要是對在火災(zāi)狀態(tài)下，幾種不同的剛架結(jié)構(gòu)模型應(yīng)力狀況進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和結(jié)果分析。通常情況下，在鋼架結(jié)構(gòu)中，有兩個位置的應(yīng)力相對較大，一個是剛架梁的銜接處，另一個是梁和柱的交接處。圖3 就是幾個不同模型下應(yīng)力分析的數(shù)據(jù)結(jié)果。

剛架結(jié)構(gòu)在火災(zāi)作用下會發(fā)生比較明顯變化的就是鋼材屈服度以及彈性模量，而不便的是各個節(jié)點的應(yīng)力，因此，可以這樣認(rèn)為，這種門式剛架結(jié)構(gòu)在火災(zāi)的作用下將會在恒定應(yīng)力作用下出現(xiàn)嚴(yán)重的變形，甚至是損壞。從模型1中我們可以看到，溫度相對較小的狀態(tài)下結(jié)構(gòu)鋼材的屈服力還沒有在構(gòu)件的應(yīng)力之下，也就是說熱膨脹的影響力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)比以上兩個因素大。而在模型2和6當(dāng)中，溫度升高的速度比較快，結(jié)構(gòu)的破壞速度也較快，而在模型5當(dāng)中，雖然出現(xiàn)了屈服度在梁應(yīng)力之下，但是由于溫度升高的相對較慢，所以，在火災(zāi)發(fā)生1個小時內(nèi)并結(jié)構(gòu)并沒有被完全破壞。

結(jié)束語：

由于最近幾年，門式剛架結(jié)構(gòu)在我國的發(fā)展速度較快，應(yīng)用范圍交廣泛，很多實際工程建設(shè)過程中都在積極應(yīng)用門式剛架結(jié)構(gòu)，尤其是一些大型的娛樂場所、倉儲貨運等場所，但是，防火救火問題就成為了很多建筑單位頭疼的問題，所以，本文對門式剛架結(jié)構(gòu)在火災(zāi)狀態(tài)下的力學(xué)性進(jìn)行了簡單的分析，還望對火災(zāi)治理工作有所幫助。

參考文獻(xiàn)

[1] 張愛林，崔偉龍，饒雯婧.火災(zāi)下大跨空間結(jié)構(gòu)升溫模型的比較分析[J]. 工業(yè)建筑. 2009（S1）

[2] 張卓，魏金科，王楊. 門式鋼剛架局部火災(zāi)下三維整體結(jié)構(gòu)性能的響應(yīng)分析[J]. 工業(yè)建筑. 2009（S1）

[3] 卜令全，夏軍武，侯智超.門式剛架結(jié)構(gòu)抗地表變形性能分析[J]. 黑龍江科技學(xué)院學(xué)報. 2010（05）