基于子结构的多高层钢结构耐火性能及倒塌破坏机理

本项目针对多高层钢结构的火灾安全，结合我国钢结构的结构形式特点，以整体结构的耐火性能和倒塌破坏机理为研究目标，从考虑整体高层结构影响的子结构模型入手，通过子结构模型的火灾试验研究，结合精细化的有限元分析方法，对考虑整体结构影响的构件耐火性能、局部火灾引起整体结构的破坏机理和倒塌机制、以及各种影响因素的影响规律等问题进行深入系统的研究。 本项目通过整体结构的火灾反应规律分析，以大型商业软件ABAQUS建立了整体结构有限元数值模型，分析了整体结构的耐火性能和反应规律，并对破坏形式进行分类，提出了两个能考虑整体高层结构破坏形式的子结构模型；通过相应子结构模型的耐火试验研究，分析了子结构模型的火灾行为特征以及变形破坏规律，并检验了现有基于构件的设计方法的有效性，完成参数影响分析，给出不同楼层高度、轴向约束刚度、几何物理和材料属性参数以及局部屈曲等各参数影响规律，提出了子结构耐火极限的计算方法；结合精细化的数值方法，对考虑整体结构影响的构件耐火性能、局部火灾引起整体结构的破坏机理及各种因素的影响规律等问题进行了研究，分析完成非线性边界条件下的结构破坏规律，提出了基于子结构模型的火灾下钢结构破坏倒塌的简化分析方法。 2100433B

对于多高层钢结构的火灾安全，目前主要是通过考虑单独构件在火灾下的承载力来实现，但由于单独构件的受力状态和约束条件与实际结构中的构件不同以及整体结构中受热构件与周围构件存在相互作用，所以单独构件的破坏并不代表实际结构的破坏。另外，由于多层结构上部楼层的影响，约束构件、单层或双层框架的破坏机制与整体结构的也不尽相同。直接通过整体结构的火灾试验来研究构件以及结构的耐火性能与破坏机理，费用昂贵，而采用子结构的方法可能为此提供一有效途径。因此，本项目以结构的耐火性能和倒塌破坏机理为研究目标，从考虑整体多层结构影响的子结构模型入手，通过子结构模型的火灾试验研究，结合精细化的数值分析方法，对考虑整体结构影响的构件耐火性能、局部火灾引起整体结构的破坏机理、以及各种因素的影响规律等问题进行深入研究。本项目的研究成果可以为多高层钢结构的防火设计以及火灾下整体结构的倒塌性能评估提供分析方法和参考依据

近年来，我国地震灾害频发，尤其西部地区连续遭受强震，造成了大量建筑结构破坏。其中，抗震性能较差的多层砖砌体结构出现大规模倒塌，不仅导致了惨重的人员伤亡，更引起了不可估量的负面社会效应。针对此背景，结合我国现行规范对砖砌体结构“大震不倒”性能目标无明确控制指标的情况，本课题采用现场调查、理论分析、数值模拟和模型试验相结合的手段，着力研究并解决以下问题：多层砖砌体结构的地震倒塌破坏机理、典型地震倒塌模式及其主体影响因素、不同类型砖墙的一致性恢复力模型、结构的地震倒塌判定准则、抗倒塌性能设计指标及关键参数。通过研究：揭示多层砖砌体结构的地震倒塌破坏机理及损伤演化规律、明确其地震倒塌模式、构建多层砖砌体结构地震倒塌分析计算框架并提出倒塌判定标准，最后通过确立其抗倒塌性能设计指标和关键设计参数，实现多层砖砌体结构抗地震倒塌的定量控制方法，以期切实落实“大震不倒”设防目标，减少人民群众的生命财产损失。