[發明專利]地鐵車輛段鋼筋混凝土雙向分隔樓板耐火優化設計方法

有效

• 申請號: 201310428808.5
• 申請日: 2013-09-18
• 公開（公告）號: CN103469918A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 施毅;張巍;周明保;陸衛;王浩;李惠鑫;張云聰;朱守兵
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: E04B1/94
• 分類號: E04B1/94;E04B5/00;G06F17/50
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳建和

技術領域

本發明涉及消防領域，尤其是建筑消防設計，具體而言涉及一種地鐵車輛段上蓋建筑物業鋼筋混凝土雙向分隔樓板耐火性能的優化設計方法。

背景技術

近年來國內地鐵建設已進入快速發展階段，為了充分利用城市土體資源，地鐵建設單位通常會進行地鐵車輛段上蓋建筑物業的開發。具體而言，就是在集中停放地鐵列車的管理中心建筑上部建造大型的鋼筋混凝土分隔樓板進行結構型式轉換，并在轉換層頂部建造民用建筑作為商品住宅銷售。

為了確保上蓋物業建筑在火災發生時具有足夠的安全性，鋼筋混凝土分隔樓板必須滿足3小時以上耐火極限時間的要求。然而，目前我國的建筑耐火設計標準大多僅僅針對普通住宅鋼筋混凝土雙向樓板，并沒有對上蓋建筑物業這種特殊情況做出專門的設計規定，因此目前能從規范上查到的最長的鋼筋混凝土樓板耐火時間僅為2.5小時。通常需要采用額外的工程措施進行防火處理，具體包括：分隔樓板下表面全面涂抹防火漆、增大混凝土保護層厚度以及在保護層內設置鋼筋混凝土網片等。這些工程措施所增加的建設成本往往高達上千萬元。而實際上，對于鋼筋混凝土雙向分隔樓板，其四周固結約束對有效延長板的耐火時間會產生顯著的有利影響，同時在鋼筋屈服出鉸后板面的薄膜效應也可以有效地延長板的耐火時間，而在目前鋼筋混凝土雙向樓板的耐火性能實際設計中，通常會保守地忽略這兩種有利作用，而縮短了這種分隔樓板的設計耐火時間。目前亟待發展一種優化設計方法，可以精細化地考慮這種鋼筋混凝土雙向分隔樓板的實際耐火性能，以達到科學設計、節約造價的目的。

發明內容

本發明目的在于提供一種地鐵車輛段鋼筋混凝土雙向分隔樓板的耐火優化設計方法，通過有限元計算，充分考慮鋼筋混凝土雙向板四周固支約束與薄膜效應的有利作用，精細預測鋼筋混凝土雙向分隔樓板的實際耐火時間與過火后的剩余承載力，且降低為了達到3小時以上耐火極限時間所需要增加的建設成本，節約造價。

為達成上述目的，本發明所采用的技術方案如下：

一種鋼筋混凝土雙向分隔樓板的優化設計方法，包括以下步驟：

步驟1：采用有限元方法，建立樓板的有限元數值模型，并將模型劃分網格，設置材料屬性、約束屬性和荷載屬性；

步驟2：對劃分好網格的模型按照標準溫度荷載曲線施加火荷載，并進行結構計算，獲得樓板在過火時間段內的不同階段的撓度值，并據此繪制過火樓板的撓度—時間關系曲線，數據均采集自樓板的有限元數值模型；

步驟3：標明前述過火時間——撓度關系曲線中曲率的拐點；

步驟4：利用剖分節點搜索法，獲取前述拐點所對應的塑性鉸線位置，即：塑性鉸線的區域與樓板邊緣的距離；

步驟5：根據已得的拐點所對應的塑性鉸節點位置，繪制塑性鉸線圖，并從計算結果中提取出現塑性鉸相應時間的節點轉角量；提取的方法是通過模型生成的結果數據文件中提取；

步驟6：根據塑性鉸線位置的截面抗力與薄膜力，確定樓板的的剩余承載力。

前述方法中，對樓板采用一定數量的網格劃分有限元模型，約束情況采用四邊固支。

前述方法中，在采用剖分節點搜索法確定拐點所對應的塑性鉸線位置時：首先將樓板樓板模型沿某一方向（如X向）均分為若干個區域，依次編號，然后先對第1區域進行網格加密，其余區域網格不變，對樓板模型進行有限元數值計算；具體步驟為：對劃分好網格的模型加載標準溫度荷載曲線，在預定過火時間內進行溫度場與撓度計算；此后對各區域進行相同操作，即通過建立多個模型進行加密區的平行移動；通過若干次運算將整個樓板的加密后的撓度變化綜合對比，若鋼筋屈服后截面曲率激增，則表明截面已經出現塑性鉸，塑性變形集中發展；此步驟也就是在板內找出X、Y方向上曲率開始變化且短時間內激增的節點，據此分析得到出現塑性鉸的區域與樓板邊緣的距離，實現塑性鉸線平面定位。

前述方法中，采用如下方式確定樓板的剩余承載力：

1）出鉸截面考慮薄膜效應的抗力q_r：

q_r=eq_f