大空间火灾下结构抗火有限元计算

分享一个大空间结构抗火的有限元案例，不足之处还请批评指教。

有限元分析对象为肋环型单层网壳，建筑高度设为6m，建筑面积约为500m2，采用矩形钢梁200x200x10，材料为Q345，热工参数取自欧规。

升温曲线选择李国强老师、杜咏老师的大空间建筑火灾空气升温经验公式。 大空间火灾升温曲线简洁易懂，易于应用在工程计算中。

1、 大空间火灾升温曲线

参考文献：

李国强,杜咏.实用大空间建筑火灾空气升温经验公式[J].消防科学与技术，2005,24(3):5.DOI:10.3969/j.issn.1009-0029.2005.03.006.

高大空间定义：

高大空间是指高度不小于6m、独立空间地(楼)面面积不小于500m2的建筑空间。

火灾中热量传递：

火灾中热对流、热辐射引起空气升温，火源热量由空气媒介经瞬态传热过程传递给构件，导致构件的升温，从而引起构件的材性和热物性变化。

火灾中温度非定场的简化模型前提假设：

1) 火羽流呈对称上升；

2) 火灾发展at2增长型；

3) 建筑平面的长宽比≤2；

4) 火灾为燃料控制型，燃烧物为木材；

5) 墙壁及顶面为混凝土；

6) 无排烟及喷淋系统；

得出温度关于火源点呈极对称：T（x,y,z,t）→T（x,z,t）

大空间建筑的屋盖结构:

1) 对杆件结构而言,可按腹杆长度划分一个网格单元(双层腹杆可划分两个网格单元)；

2) 对平面梁板结构而言，楼(屋)面板的厚度相对很小,可视为平面问题，支撑楼(屋)面板的梁可视为杆单元主要沿杆长方向对构件离散化。

大空间建筑火灾下的空气升温经验公式：

T(x,z,t)-T(0)=T[1-0.8exp(-βt)0.2exp(-0.1βt)[η+(1-η)exp(-(x-6)/μ]

式中，

T(x,z,t)：对应t时刻距火源中心水平距离x、距地面垂直距离z处的空气温度,℃;

Tz：从火源中心距地面垂直距离z处的最高空气升温，℃,见附表;

β：由火源功率和按at2增长型火源确定的升温曲线形状系数,见附表;

η：距火源中心水平距离x的温度衰减系数,见附表;

t：时间,s;

b：火源形状中心至火源最外边缘距离,m,当x<6时,η=1;

x：距火源中心水平距离,m;

z：距地面的垂直距离,m;

μ：系数，见附表;

T(0)：火灾发生前的环境温度,取20℃。

2、 肋环形网壳受火有限元分析

火源位于建筑地面中心，火源半径为2m。建筑面积约500m2，建筑高度为6m，材料为Q345。

1) 导入模型

2) 添加材料特性

3) 装配：划分温度区间

4) 设置分析步

5) 设置温度场和边界条件

6) 提交作业并查看结果