[發明專利]一種基于火災蔓延區域的整體結構耐火時間分析方法

有效

• 申請號: 202010344437.2
• 申請日: 2020-04-27
• 公開（公告）號: CN111553100B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 蔣瓅;瞿革;丁嘉卿;蔣斌;蔡茂;朱偉華;李慶武;肖炳輝
• 申請（專利權）人: 中船第九設計研究院工程有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/13;G06Q50/08
• 代理公司: 上海藍迪專利商標事務所(普通合伙) 31215
• 代理人: 徐筱梅

本發明公開了一種基于火災蔓延區域的整體結構耐火時間分析方法，其特點是采用整體結構受火有限元分析，得到不同火災發展條件下的整體耐火時間，其具體分析包括：升溫區域及火災蔓延路線的設定、整體結構受火的有限元分析和建立速查表等步驟，通過速查表，為整體結構耐火時間是否滿足設計要求，以及對已發生火災的結構是否接近耐火時間進行分析和判斷。本發明與現有技術相比具有快速找出最不利的火災蔓延路徑，以及可能引起結構倒塌的極限火災蔓延范圍，快速評判過火后整體結構的安全性，尤其適用于高層鋼結構的耐火時間和安全性能分析。

技術領域

本發明涉及鋼結構整體抗火技術領域，尤其是一種基于火災蔓延區域的整體結構耐火時間分析方法。

背景技術

建筑火災是人類生產生活中危害最嚴重的災害之一，對人類生命財產安全構成了直接的危害，而發生的頻率則居各災害之首。由于鋼材的耐火性較差，高溫下會喪失大部分強度，因此鋼結構在火災下的安全性常常會受到威脅，甚至會造成結構倒塌并形成二次災害。實際火災事故情況表明，鋼結構建筑在火災下的坍塌會擴大受火面積、加大了救火難度、甚至造成消防員的犧牲。因此，在進行建筑防火設計時，需要重點關注結構在火災中的抗倒塌能力，避免由于結構局部或整體倒塌，造成滅火及人員疏散困難，甚至導致人員傷亡。

火災是一種區域性的且不斷發展的災害，由于其蔓延特性，火災發生過程中，受到高溫影響的構件數量可能并不單一，甚至一個防火分區內的構件都可能受到影響。而目前實際鋼結構工程主要采用的是基于構件的抗火設計方法，即確保構件在規定結構耐火極限時間內，承載能力不小于各種作用所產生的組合效應，規范還明確了不同耐火等級的建筑中各類構件的耐火極限，即在各種荷載效應組合下，結構或構件的耐火時間不小于其耐火極限；基于整體結構的抗火設計方法則是驗算在某一火災場景下，整體結構的抗倒塌能力。然而，對于如何計算整體結構的耐火極限，我國設計規范尚未給出明確要求和計算準則，火災影響的區域性、以及由于火災蔓延造成的荷載在時間上的變化性也少有體現。

現有技術的建筑防火設計不能得到不同火災發展條件下的整體耐火時間，找不出最不利火災蔓延路徑，以及極限火災蔓延范圍，對于已發生火災的建筑，不能快速評判整體結構是否接近耐火極限。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足而設計的一種基于火災蔓延區域的整體結構耐火時間分析方法，采用整體結構受火有限元分析方法，對火災升溫區域的位置及大小、火災蔓延路線和速度，以及火災升溫曲線進行整體結構耐火時間的分析，得到不同大小區域受火、不同蔓延路徑下的整體結構耐火時間，可對比找出最不利的火災蔓延路徑，以及可能引起結構倒塌的極限火災蔓延范圍，對于已發生火災的建筑，可快速評判過火后整體結構的安全性，并可根據評判結果即刻確定災后處理辦法、制定相關的加固方案，方法簡便，效率高，尤其適用于高層鋼結構的耐火時間和安全性能分析。

本發明的目的是這樣實現的：一種基于火災蔓延區域的整體結構耐火時間分析方法，其特點是采用整體結構受火有限元分析，得到不同火災發展條件下的整體耐火時間，其具體分析包括以下步驟：

a、升溫區域及火災蔓延路線的設定

在建筑規定的各個防火分區內，羅列可能形成的升溫區域及對應的火災蔓延路線，所述升溫區域按大小可分為小型升溫區和大型升溫區：所述小型升溫區可選單個功能塊或大空間中由橫向及縱向一個柱跨范圍內的區域；所述大型升溫區為多個相連的小型升溫區包含的區域，其中最開始受火的小型升溫區為始發升溫區，可選擇面積較小、高度較低、可燃物較多、電線密集等火災隱患較多的房間作為始發升溫區；所述火災蔓延路線為大型升溫區中火災從始發升溫區發展到其他小型升溫區的路線。

b、整體結構受火的有限元分析

對羅列的所有工況進行整體結構受火有限元動力時程分析，根據求解得到的整體結構動力響應情況，確定整體結構耐火時間t₀：當整體結構在某工況下的t₀時刻，開始發生較大變形，甚至大范圍倒塌破壞，則認定該時刻整體結構達到耐火極限。