大空间钢结构性能化防火设计.pdf

第二届消防性能化规范发展研讨会,2005.11.24-25

大空间钢结构性能化抗火设计

殷颖智，赵月慈，罗明纯
奥雅纳工程顾问香港有限公司
传统的结构防火保护

•对主体结构框架进行防火保护
•根据规范规定的结构耐火极限确定
•结构耐火极限根据标准火灾试验而得到

燃烧性能和耐火极限(h)耐火等级
构件名称一级二级
防火墙不燃烧体3.00不燃烧体3.00
承重墙、楼梯间、电梯井和
不燃烧体2.00不燃烧体2.00
住宅单元之间的墙
墙
非承重外墙、疏散走道两侧
不燃烧体l.00不燃烧体l.00
的隔墙
房间隔墙不燃烧体0.75不燃烧体0.50
柱不燃烧体3.00不燃烧体2.50
梁不燃烧体2.00不燃烧体l.50
楼板、疏散楼梯、屋顶承重构件不燃烧体1.50不燃烧体l.00
吊顶不燃烧体0.25难燃烧体0.25
标准火灾试验

•根据标准温度-时间关系曲线进行升温

例如ISO834T=T0+345log(8t+1)
•对单一结构构件或组合进行测试

标准火灾试验的利弊
•是一种简单方便的确定构件抗火能力的方法
•标准升温曲线不能真实反应实际火灾的温度场
•单一构件试验不能反应整体结构在火灾下的性能
标准试验下构件的耐火极限
≠
真实结构在火灾下的耐火极限
标准升温曲线与实际火灾温度场的比较

实际火灾温度场取决于
•可燃物
•通风条件
•火灾分区的大小
60,1/4
•分隔材料的热性能
60,1/2
30,1/4
30,1/2
15,1/4
15,1/2
单一构件标准火灾反应与整体结构真实火灾
反应的比较

标准试验下钢梁在
450oC时破坏

受约束的钢梁在
850oC时破坏
性能化钢结构抗火设计

•确定实际火灾规模
•构件传热分析
•构件/结构力学性能分析
确定实际火灾规模
•局部火灾
•外部火灾蔓延
•参变量温度-时间曲线

T=20+1325(1−0.324e−0.2t*−0.204e−1.7t*−0.472e−19t*)

1400.000

Heating25%Aw820MJ/m2(C)

1200.000
Cooling25%Aw820MJ/m2(C)

1000.000Heating100%Aw820MJ/m2(C)

Cooling100%Aw820MJ/m2(C)
800.000

600.000
Temperature(C)Temperature

400.000补风

200.000

0.000
050100150200
Time(min)
1400.0
ProtCol
ProtShortSecBeam
传热分析1200.0UnpSecbeam
ProtPrimbeam
100%Aw820MJ/m2Atmospheretemp(C)
1000.0

800.0

600.0
Temperature(C)Temperature

400.0

200.0

0.0
05001000150020002500
低高Time(sec)
高Hp低AHpA
受热较快受热较慢
力学性能分析

•单一构件极限温度法
•关键构件失效，弹性分析法
•非线性有限元法
北京首都国际机场第三期
9m
航站楼

~5.5
•航站楼主体混凝土结构
•航站楼顶棚为空间钢框架结构，由间距为42米的钢柱支撑
•规范要求顶棚钢结构1.5小时耐火极限，支撑钢柱3小时耐火极限
场景火灾规模热辐射面
行李火灾1.5MW2.1mx1.2m

无喷淋系统的零售亭4.5MW3.3mx3.3m

零售舱(喷淋系统失效)根据通风情况(2.5m+0.6m)x6m

Distanceto
unprotectedsteel

Baggagefire

•通过对顶棚钢构件在设计火灾下的结构工程抗
火设计，建议对顶棚钢结构不进行防火保护，
对支撑钢柱采用1.5小时防火保护

天津奥林匹克水上中心

•建筑分为比赛厅、热身厅和商业区
三大区域，由观众走廊连在一起
•主体结构采用钢结构形式，由交叉
热身厅
拱（梁）、人形外柱、钢内柱和顶
部支撑交叉拱（梁）的环梁四个部
观众走廊
分组成商业区
•采用了性能化结构抗火设计方法，

确定了适当的钢结构防火保护措施比赛厅

人形外柱交叉拱（梁）
钢内柱人形外柱
交叉拱梁交叉拱梁
设计火灾场景
•比赛区-火灾危险性极小
•众席和休息平台等区域-桌椅、垃圾袋等火灾
•包厢、商店等区域-发生火灾轰燃

钢结构防火保护范围

媒体工作区
观众席
对外商业区
结论

真实火灾性能+整体结构反应
=
安全且经济的性能化结构抗火设计
weshapeabetterworld

谢谢！