清华大学硕士学位论文

题目：典型超高层混凝土框架－核心筒结构的抗火性能研究

姓名：英明鉴
指导教师：陆新征
2015年

摘要：近年来高层建筑发展迅速，研究其防灾减灾问题具有重要的科学意义和工程价值。火灾是超高层结构安全的主要威胁之一，本文以钢筋混凝土（RC）框架－核心筒结构作为主要研究对象，研究了其整体结构层次的抗火问题以及极端火灾下结构的抗倒塌性能，并基于本文提出的分析方法，对实际工程结构进行了抗火分析，为今后超高层建筑的抗火设计提供参考。本文的主要工作如下：
1、提出并介绍了可以用于超高层整体结构抗火分析的方法和流程，并对使用的数值模型进行了验证和讨论。
2、分析了材料热应变对火灾下RC梁、柱构件力学性能的影响。通过分析发现热应变对三面受火RC梁构件的影响最小，对三面受火RC柱和四面受火RC柱的影响都比较大。混凝土的热徐变对各种构件变形的影响都较小，简化计算时可以将其忽略。除钢筋的热膨胀应变外，梁构件的其他热应变在简化计算时可以忽略。
3、分析了典型的超高层混凝土框架－核心筒结构在常规火灾作用下的整体结构抗火性能。分析结果表明在常规的火场条件下，超高层混凝土结构自身具有良好的抗火性能，可满足承载力的要求。然而对于楼板构件和结构的上部构件，受火后会发生较大的变形而影响火灾后的正常使用，建议采取额外的防火保护措施。
4、分析了典型的超高层混凝土框架－核心筒结构在超常规火灾作用下的整体抗倒塌性能。在极端火灾作用下，结构处于火灾区域中的框架结构会发生连续倒塌，但是由于整体结构冗余度较大能够有效发挥替代传力路径的作用，使得其他部位不会继续发生连续倒塌。超高层框架-核心筒结构中框架部分的倒塌是由于楼盖系统热膨胀产生外推力而引发与其相连的外围柱的受弯破坏而引起的。
5、分析了实际工程的整体结构抗火性能。通过分析可知在受火过程中巨型构件截面内部的大部分区域没有显著的温度上升，因而具有良好的抗火性能；同时由于其抗侧刚度较大，所以巨型构件不会因为周围楼板系统的热膨胀而发生受弯破坏。次框架以及楼板等结构的次要构件需要进行相应的防火保护，否则在火灾下将因为发生较大变形而失效。

关键词：超高层混凝土结构；数值模拟；参数分析；抗火性能；抗倒塌性