Abaqus在建筑防火设计中的应用探索

概述

建筑物中的火的发展包括火灾起始、充分发展和衰灭三个阶段，是一个复杂的燃烧、传热、传质和湍流过程，其中涉及到各种非线性问题。火灾计算机模拟技术涉及结构工程、火灾科学、计算机科学等学科知识体系，相当复杂。目前规范中仅仅涉及到防火的措施，并没有具体设计的要求。随着建筑科技的发展，对建筑物整体的防火评估以及发生火灾之后可能破坏部位也是目前在建筑结构设计中考虑的重点。Abaqus强大的非线性功能可以很好的模拟火在建筑物中 的传递，以及整个结构和构件的变形直到其彻底失效。

钢结构构件的防火分析

钢材的承载性能会随着温度的升高而急剧降低，在高温条件下，无任何保护的钢结构很快会出现塑性变形，致使建筑倒塌。在9.11事件中，在强烈的高温作用下，钢结构筒体的承载强度迅速下降，二十分钟之后就出现彻底破坏。

以下是模拟钢框架梁发生火灾，以获得火灾设计失效时间以及特定条件下的火灾灾害分析。

四面受火包围的梁在受火时间的变形：

可以看到经过 25.15 分钟之后梁的承载能力完全丧失，达到最终的变形。

三面受火的梁在受火时间内的变形：

钢结构建筑防火分析

以下是八层钢框架结构在四层出现火灾时的有限元模拟，考虑到火的流动形式对变形的影响。最后计算了结构构件发生火灾时截面变形。可以看到火的流动方式不同导致整体结构失稳的形式也是不同的。

钢筋混凝土结构构件防火分析

钢筋混凝土结构在火灾下自我保护能力明显的高于钢结构，但是钢筋混凝土材料本身的非线性使得问题的分析要比单纯钢结构更加复杂，虽然属于热惰性材料，但由于火灾的高温作用，材料性能将严重劣化，在结构中将发生严重的内(应)力重分布，使结构性能大大削弱，危及结构的安全。以下是某自然资金项目，采用Abaqus分析梁柱节点在火灾下的变形和应力，以及破坏部位，进而探讨采取何种方法延缓破坏的发生。

钢筋混凝土建筑整体防火分析

使用Abaqus软件进行火灾分析， 以探讨在火灾情况下结构失效机理，发生部位，以及如何避免发生火灾后高层建筑结构可能失效的发生，从而帮助公司稳固在建筑结构行业的领先地位。以下是分析实例，十四层钢筋混凝土结构在三层受火下，结构的失效特征以及失效部位。

当三层受火时，构件在短时间内被加热到800℃，周边的柱以及拱顶达到400℃ 左右，受火一小时之后可以在最终破坏形式图中看到塑性铰的出现，从而导致结构的最终破坏。

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