鋼框架柱火災(zāi)下的穩(wěn)定分析

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1、大連理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文大連理工大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者及指導(dǎo)教師完全了解“大連理工大學(xué)碩士、博士學(xué)位論文版權(quán)使用規(guī)定”，同意大連理工大學(xué)保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交學(xué)位論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大連理工大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，也可采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編學(xué)位論文。作者簽名：巡翩簽名：隧：』年業(yè)月型日大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文引言建筑物一旦發(fā)生火災(zāi)將會(huì)對(duì)人身安全、財(cái)產(chǎn)和環(huán)境造成巨大威脅。日內(nèi)瓦協(xié)會(huì)在2002年

2、10月公布的一項(xiàng)世界各國(guó)火災(zāi)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，每年各國(guó)因火災(zāi)造成的直接經(jīng)濟(jì)損失占其GDP的O．1％【1】。倫敦的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)則表明每年英國(guó)因火災(zāi)造成的直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)其GDP的4％【2】。因?yàn)楦鞣N不確定性因素如人為縱火、恐怖襲擊等，現(xiàn)實(shí)生活中火災(zāi)的發(fā)生是不可避免的，但卻可以通過適當(dāng)?shù)拇胧┤绨惭b火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)、自動(dòng)滅火系統(tǒng)來減少火災(zāi)發(fā)生的概率，也能通過合理的建筑和結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)如設(shè)計(jì)安全通道、防火門和用防火材料保護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件等來減少火災(zāi)造成的損失?；馂?zāi)安全工程(fhsafetyengineering)便是這樣一門確定火災(zāi)下

3、建筑物安全策略的交叉學(xué)科，它通過實(shí)施主動(dòng)或被動(dòng)火災(zāi)防護(hù)措施(fireprotection)來維持火災(zāi)下結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和控制火災(zāi)的蔓延【3】。而結(jié)構(gòu)火災(zāi)工程(structuralfireengineering)則是專門研究被動(dòng)火災(zāi)防護(hù)的學(xué)科，它通過分析火災(zāi)對(duì)建筑物的熱作用來設(shè)計(jì)構(gòu)件使之具有足夠的承載力并控制火災(zāi)的蔓延【3】。結(jié)構(gòu)火災(zāi)工程是火災(zāi)安全工程的一部分，它隸屬于另一門同樣是火災(zāi)安全工程組成部分的學(xué)科一火災(zāi)防護(hù)工程(fn'eprotectionengineering)。三者的關(guān)系可通過圖1反映出來。圖1圖2火

4、災(zāi)前和燃燒中的WindsorTower圖3■indsorTower大火中未防護(hù)柱的破壞一l-鋼框架柱火災(zāi)下的穩(wěn)定分析實(shí)踐證明，運(yùn)用火災(zāi)安全工程相關(guān)知識(shí)對(duì)建筑物實(shí)施火災(zāi)防護(hù)是非常必要且必須的，通過這些措施能夠有效減少火災(zāi)損失并能控制火災(zāi)的發(fā)生和發(fā)展。圖扣3給出了2005年2月12日發(fā)生在西班牙首都馬德里市的蘊(yùn)莎大廈大火(WindsorTowerFire)【4，5，6】，該樓高106m，共32層，是一幢商業(yè)樓，結(jié)構(gòu)形式是外鋼柱內(nèi)RC核心的筒中筒結(jié)構(gòu)，內(nèi)核由RC柱和鋼梁支撐的雙向密肋樓板組成。火災(zāi)發(fā)生時(shí)17層以上

5、的外鋼柱均沒有防護(hù)。23：oo該火災(zāi)從21層開始起火，在不到一個(gè)小時(shí)的時(shí)間內(nèi)2l層以上的所有樓層均著火，之后火災(zāi)逐漸蔓延到2層以上的所有樓層，火災(zāi)持續(xù)時(shí)間約18～20個(gè)小時(shí)。該火災(zāi)造成17層以上大量的樓板坍塌，大樓被大火完全毀壞，造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)￡72m。火災(zāi)的起因一般認(rèn)為是21層的電路短路，也有跡象表明可能是人為縱火。按照西班牙1970年的建筑規(guī)范，該樓在最初建造時(shí)并未對(duì)鋼構(gòu)件進(jìn)行防護(hù)，也未安裝噴水滅火系統(tǒng)(sprinklerfireprotection)，原始覆蓋層和樓板之間的縫隙也未填充隔火材料。另

6、外因?yàn)榇髽遣捎瞄_放式樓層理念設(shè)計(jì)(約40X25m)，防火間只在樓層內(nèi)有用，豎向的防火間因樓板開口處原始覆蓋層與樓板間缺少阻火系統(tǒng)而不能完全起作用，也即只能實(shí)現(xiàn)水平隔斷而不能限制火災(zāi)在樓層間的傳播。該樓在火災(zāi)發(fā)生時(shí)正在進(jìn)行為期三年的整修，整修的主要工作包括對(duì)外圍鋼柱施加板系統(tǒng)(boardingsystem)防火保護(hù)、對(duì)內(nèi)鋼梁施加噴涂(spray)防火保護(hù)、安裝自動(dòng)滅火系統(tǒng)和涂抹新的鋁覆蓋層。但是，在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，防火間和結(jié)構(gòu)層與覆蓋層間阻火設(shè)施的建造并未完工，對(duì)17層以上(含17層)鋼構(gòu)件的保護(hù)還未實(shí)施，并且第

7、9層和第15層的鋼柱也未被保護(hù)，自動(dòng)滅火系統(tǒng)也仍在建造中不能發(fā)揮作用。因此，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)并沒有有效的措施來阻止火災(zāi)的蔓延和發(fā)展。對(duì)火災(zāi)后建筑物的調(diào)查表明，導(dǎo)致大火迅速蔓延到幾乎所有樓層的主要原因是：①缺少有效的抗火措施，如自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)；②樓層面積高達(dá)1000m2的“開放式樓層設(shè)計(jì)”；③表面和樓層開口處無效的豎向隔斷。調(diào)查認(rèn)為多個(gè)樓層同時(shí)著火和一些樓層未保護(hù)鋼柱的屈服一起觸發(fā)了17層以上樓板的倒塌。大火向17層以下蔓延時(shí)，實(shí)施了保護(hù)措施的鋼柱未被破壞，而沒有被保護(hù)的鋼柱(第9層和第15層的鋼柱)則發(fā)生了屈

8、曲破壞，見圖3。可見對(duì)鋼構(gòu)件實(shí)施防火措施的有利作用是很明顯的，如果該樓在火災(zāi)發(fā)生時(shí)已經(jīng)實(shí)施了有效的防火措施如整修工作已經(jīng)完成，則該火災(zāi)將不會(huì)造成這么巨大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至該火災(zāi)可能在開始時(shí)便被自動(dòng)滅火系統(tǒng)所撲滅。還有很多說明對(duì)建筑物實(shí)施火災(zāi)防護(hù)重要性的例子，如1988年5月4日洛杉磯第一洲際銀行大火[7】，和2001年的“911”事件[8，9】等，洛杉磯第一州際銀行大樓因?qū)︿摌?gòu)件噴涂了防火材料，因而雖然火災(zāi)發(fā)生時(shí)自