梁柱式木结构框架抗火性能及火灾后评估方法研究中文摘要

木材的可燃性带来的木结构建筑防火问题是不容回避的焦点。长期以来，我国木结构火灾性能研究欠缺，木结构防火设计的规范条文只能参考国外相关规范，而不能很好的结合国内树种和木结构特点，导致木结构建筑存在一定的防火隐患，对受火后的木结构也无鉴定标准。本课题拟在前期研究基础上，对两面受火木柱、三面受火木梁、燕尾榫节点、螺栓-钢填板节点、榫卯连接框架、钢填板连接框架、钢填板连接斜撑框架等，进行不同受火时间、以及耐火极限试验研究，建立炭化延时模型，研究受火破坏机制；通过对受火后试件的炭化层厚度检查、阻抗仪无损检测、以及基于框架动态特性的损伤诊断，并与标准小试件力学强度试验、试件剩余承载力试验建立联系，建立完善火灾后梁柱式木结构评估方法；建立并完善给定环境温度场作用下的木框架抗火数值计算方法，并系统集成其它火灾模拟软件，建立统一的梁柱式木结构框架火灾结构安全模拟软件平台，进一步提高我国木结构抗火研。

木材的可燃性带来的木结构建筑防火安全问题是不容回避的焦点。长期以来，我国木结构防火性能研究欠缺，木结构防火设计的规范条文只能参考国外相关规范，而不能很好的结合国内树种和木结构特点，导致木结构建筑存在一定的防火隐患，对受火后的木结构也无鉴定标准。本课题在前期研究基础上，利用水平燃烧炉，进行不同持荷条件、不同表面处理方法（不处理、石灰膏抹面、防火涂料抹面）下的受弯木梁、受压木柱受火试验，研究内部关键部位温度时程规律、跨中挠度时程曲线，研究其破坏历程、最终破坏特征、炭化层分布状况等破坏机理，并改进木构件抗火数值计算方法；利用垂直燃烧炉，进行不同持荷条件、不同表面处理方法的足尺比例木结构节点受火试验。在前述木梁、柱抗火研究基本内容基础上，重点研究节点不同组件之间温度场分布规律、变形特点、炭化层分布特点、耐火极限和变形特征，并改进热传递模型，使其包括对钢材、空气等不同物质热物性的考虑，准确体现热量在节点各组件间的传递规律；利用水平燃烧炉，对 1:2 比例的单层单跨框架-钢填板纯框架、框架-榫卯连接纯框架、框架-钢填板斜撑框架，进行不同持荷条件、不同表面处理方法的耐火极限试验。重点研究火灾中框架温度场、位移反应、内力重分布情况，以及火灾后框架表面裂缝、炭化层分布、残余变形等，分析不同持荷条件、不同表面处理方法对框架结构火灾反应和抗火性能的影响，完善给定环境温度场下木框架数值模拟方法，分析火灾情况下框架结构的非线性性能，考虑几何非线性、依赖于温度的材料非线性、温度分布沿截面高度上的变化等；根据经典传热学理论及有限元基本理论，利用大型通用有限元软件ABAQUS建立热-结构耦合模型，分析榫卯节点连接形式的梁柱式木结构框架的温度场分布、木材炭化速度和耐火极限；对受火试验后木框架进行极限承载力试验，研究木框架荷载-位移曲线、截面应变变化等基本力学性能及受火后极限承载力变化情况与破坏规律，为木框架的剩余承载力评估提供试验依据。 2100433B

冷弯型钢作为建筑钢结构主要用材之一，具有截面高效、经济性好和工业化程度高、绿色环保等特点。近年来我国冷弯型钢行业发展迅猛，在低多层住宅、办公建筑和厂房以及小高层建筑领域呈现了广阔的应用前景，但有关冷弯型钢抗火方面的研究非常有限，相应设计技术标准还是空白。本项目对2mm以下预涂渡超薄板基本构件及龙骨式复合墙体及2mm以上冷弯型钢典型构件的抗火性能开展系统研究。主要内容及成果包括：1）完成了冷弯薄壁型钢不同工艺（热处理板、冷轧板）钢材的50个高温材性试验，得到了其高温下力学性能的退化规律；2）完成了钢材高温材性不同试验方法的36个材性试验，基于数据比较得到了适用性比较结论；3）完成了冷弯薄壁型钢钢材高温后系189个材性试验，得到了其力学性能的退化规律；4）完成了冷弯厚壁型钢钢材考虑不同强化水平的56个高温材性试验，得到了其高温下力学性能基于不同强化水平的退化规律；5）结合墙体抗火试验，完成16根冷弯超薄壁及8根冷弯厚壁型钢基本构件高温承载性能试验，得到了高温下不同龙骨构件温度场分布及承载性能；开展了数值模拟分析，形成了冷弯型钢构件高温承载力计算有限元模拟技术；6）开展了4片冷弯型钢龙骨式复合墙体（包含冷弯薄壁型钢立柱及冷弯厚壁型钢立柱）抗火性能试验及其有限元模拟技术研究，得到墙体各组成部件的温度场分布及墙体的力学性能实测数据；7）基于系列试验及理论研究成果，提出了冷弯型钢典型构件抗火设计理论及方法。研究成果为冷弯型钢结构典型构件抗火设计理论和设计方法提供了基础，为相关标准的修订提供基础数据和理论依据，对解决冷弯型钢用于建筑主构件时的制约性关键理论和技术问题，推进其在我国建筑钢结构领域的应用，具有重要意义。 2100433B

冷弯型钢作为建筑钢结构主要用材之一，具有截面高效、经济性好和工业化程度高、绿色环保等特点，在发达国家应用广泛。近年来我国冷弯型钢行业发展迅猛，在低多层住宅、办公建筑和厂房以及小高层建筑领域呈现了广阔的应用前景，但有关冷弯型钢抗火方面的研究非常有限，相应设计技术标准还是空白。本项目拟针对2mm以下预涂渡超薄板基本构件（含龙骨式复合墙）及2mm以上冷弯型钢典型构件的抗火性能开展系统研究。主要内容包括：①冷弯型钢不同工艺（热处理板、冷轧板、冷弯板、退火板）钢材高温下力学性能；②冷弯型钢基本构件抗火性能；③冷弯超薄壁型钢龙骨式复合墙体抗火性能及数值模拟技术；④冷弯型钢典型构件抗火设计理论及方法。研究成果将为冷弯型钢结构典型构件抗火设计理论奠定基础，为相关标准的修订提供基础数据和理论依据，解决冷弯型钢用于建筑主构件时的制约性关键理论和技术问题，推进其在我国建筑钢结构领域的应用，具有重要意义。