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基于性能化分析的聚合物仓库网架结构的防火研究

作　者: 兰静
导　师: 王晓纯；白玉星
学　校: 北方工业大学
专　业: 结构工程
关键词: 性能化防火聚合物仓库火灾场景钢结构稳定验算
分类号: TU356
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 53次
引　用: 1次
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内容摘要

石化企业仓库多采用大型钢网架结构。但由于钢材耐火性差,一旦失火当温度达到500℃左右时,钢构件即发生软化,承载力急剧降低,导致屋顶塌落破坏。目前针对石化行业的钢网架防火设计时,设计部门主要采用“处方法”。这种方法的不足之处是有时过度设防,造成预算过高,而有时又设防不足,结构有隐患。以此相应的是针对不同结构,采用性能化分析的设计。目前性能化方法已得到业内的普遍重视。本文针对中国兵器集团辽宁华锦乙烯项目的大型聚合物仓库网架工程采用了系统的性能化分析方法,对该仓库的防火性能进行全面的分析和评价。主要研究内容有:1、研究了仓库一旦失火,仓库中的聚合物的燃烧特性,用FDS软件模拟了聚合物的不同堆放形式,对火场温度的影响。2、根据火灾动力学原理,设计了仓库聚合物堆放的合理间距,并且量化给出了在此堆放形式下,火场的最大热释放速率,为防火设计提供了比较准确的火灾荷载。3、运用FDS软件模拟火灾场景中的烟气流动和传热过程,计算出火灾下溫度场的升温曲线,以此作为结构分析的外界环境温度。4、将大型有限元软件应用到火灾情况下的强度计算中,给出了火灾下钢网架的模拟计算结果。5、依据传热学原理,模拟计算了钢网架构件随仓库内火灾温度上升时网架强度降低的变化情况,并论证了防火涂料对抗火的作用。6、给出了钢网架防火设计的具体指标,提出了“小火不坏,大火可修”的性能化防火设计指标。7、本文所给出的计算结果,已应用于辽宁华锦乙烯聚合物网架工程项目,并产生了实际工程价值。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
1 引言  10-18
  1.1 钢网架结构的简要综述  10-13
    1.1.1 钢网架结构的形式  10
    1.1.2 钢网架结构的特点  10-11
    1.1.3 钢网架结构的应用  11-12
    1.1.4 高温下钢网架结构的特点  12
    1.1.5 钢网架结构防火抗火设计方法  12-13
  1.2 建筑性能化防火设计  13-17
    1.2.1 性能化防火设计的基本内容  13
    1.2.2 性能化消防安全设计的基本步骤  13-14
    1.2.3 国内外性能化防火设计研究的现状  14-17
  1.3 本文的性能化防火设计目标、研究内容及方法  17-18
    1.3.1 本文的性能化防火设计目标  17
    1.3.2 本文的研究内容  17
    1.3.3 本文的分析方法  17-18
2 华锦乙烯聚合物仓库网架工程消防设计及存在的消防问题  18-30
  2.1 华锦乙烯聚合物仓库网架工程概况  18-23
    2.1.1 工程项目背景  18-19
    2.1.2 华锦乙烯仓库网架结构设计内容  19-23
  2.2 仓库内存放的聚合物的火灾特点及危害  23-28
    2.2.1 聚合物概述  23
    2.2.2 聚合物烃类火灾的特点  23-28
  2.3 华锦乙烯聚合物仓库消防设计及存在的问题  28-30
    2.3.1 消防设计  28-29
    2.3.2 聚合物仓库存在的主要消防问题  29-30
3 华锦乙烯聚合物仓库性能化分析—防火间距设计及火灾场景设计  30-51
  3.1 FDS软件概述  30-31
  3.2 防火间距设计  31-35
    3.2.1 基于火灾动力学原理计算的防火间距  31-32
    3.2.2 基于FDS模拟的防火间距  32-35
    3.2.3 小结  35
  3.3 火灾场景设计  35-51
    3.3.1 火灾场景设计的一般原则  35-36
    3.3.2 设计火灾  36-39
    3.3.3 火灾场景  39-50
    3.3.4 小结  50-51
4 传热学原理计算温度场下涂刷防火涂料对钢构件温度影响  51-70
  4.1 膨胀型钢结构防火涂料的应用  51-57
    4.1.1 膨胀型钢结构防火涂料的基本原理  52-53
    4.1.2 膨胀型钢结构防火涂料产品在工程中的应用  53-57
  4.2 涂刷防火涂料后的钢构件升温分析  57-64
    4.2.1 传热学原理在钢构件升温中的应用  57-58
    4.2.2 温度场下涂刷防火涂料后的钢构件升温计算方法  58-64
  4.3 计算结果及分析  64-70
    4.3.1 温度场下涂刷防火涂料后的钢构件升温计算结果  64-67
    4.3.2 温度场分布与防火涂料的启动  67-70
5 华锦乙烯聚合物仓库网架结构在温度场下的安全性分析  70-87
  5.1 温度场下的有限元分析  70-73
    5.1.1 ANSYS软件简介  70-71
    5.1.2 温度场的有限元分析  71-73
  5.2 华锦乙烯聚合物仓库网架结构计算模型选取  73-75
    5.2.1 结构模型选取  73-74
    5.2.2 温度场下材料本构  74
    5.2.3 边界条件施加及荷载组合  74-75
  5.3 华锦乙烯聚合物仓库网架结构静力场分析结果  75-77
  5.4 华锦乙烯聚合物仓库网架结构温度场分析结果  77-87
    5.4.1 火灾场景一温度场分析结果  77-79
    5.4.2 火灾场景二温度场分析结果  79-81
    5.4.3 火灾场景三温度场分析结果  81-83
    5.4.4 火灾场景四温度场分析结果  83-85
    5.4.5 火灾场景五温度场分析结果  85-87
  5.5 小结  87
6 华锦乙烯聚合物仓库网架构件在温度场下的稳定验算分析  87-92
  6.1 稳定验算依据及原理  87
  6.2 稳定验算结果  87-91
    6.2.1 稳定验算采用的主要公式  87-90
    6.2.2 稳定验算结果  90-91
  6.3 温度场下网架结构安全性分析  91-92
    6.3.1 小火场景  91
    6.3.2 大火场景  91-92
7 结论  92-96
  7.1 华锦乙烯聚合物仓库现有消防系统设计方案评估结果  92
  7.2 华锦乙烯聚合物仓库性能化防火设计方案  92-94
    7.2.1 防火分区与防火间距设置方案  93
    7.2.2 火灾探测与灭火系统方案  93
    7.2.3 钢结构保护方案  93-94
    7.2.4 其他建议  94
  7.3 有待进一步研究的工作  94-96
参考文献  96-100
附录  100-108
在校期间发表的学术论文与研究成果  108-109
致谢  109

基于性能化分析的聚合物仓库网架结构的防火研究

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