高性能混凝土結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)原理

眾所周知，火災(zāi)會(huì)嚴(yán)重威脅人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生不良的社會(huì)影響，并對(duì)環(huán)境造成污染。在可能 發(fā)生的火災(zāi)中，建筑火災(zāi)的發(fā)生最為頻繁?；馂?zāi)之所以對(duì)建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生危害，實(shí)際上是由建筑結(jié)構(gòu)的功能屬性決定的?；馂?zāi)發(fā)生具有隨機(jī)性，面對(duì)火災(zāi)，人類需掌握其災(zāi)變機(jī)理，深入研究建筑結(jié)構(gòu)的抗火設(shè)計(jì)原理，進(jìn)行科學(xué)的抗火設(shè)計(jì)，從而使建筑結(jié)構(gòu)具備要求的"抗火"性能。?

組合結(jié)構(gòu)(Composite Structures)是目前在建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)用較廣泛且發(fā)展較快的一種結(jié)構(gòu)形式，是由兩種或兩種以上結(jié)構(gòu)材料組合而成的結(jié)構(gòu)。作者有幸在我國(guó)土木工程建設(shè)事業(yè)快速發(fā)展時(shí)期進(jìn)行了一些組合結(jié)構(gòu)方面的研究工作。關(guān)于鋼管混凝土構(gòu)件方面的研究成果在《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)》(科學(xué)出版社，2000年初版;2004年第一版;2007年第二版)中進(jìn)行了論述;有關(guān)一些新型組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件、組合結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)和平面框架、混合剪力墻結(jié)構(gòu)、混合結(jié)構(gòu)體系等方面的研究成果則在《現(xiàn)代組合結(jié)構(gòu)和混合結(jié)構(gòu)》(2009年，科學(xué)出版社)中進(jìn)行了闡述。本書主要論述作者在鋼?混凝土組合結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)原理方面取得的研究結(jié)果。?

建筑結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)的總體目標(biāo)可概括為最大限度地減少人員傷亡、降低財(cái)產(chǎn)的直接和間接損失、減輕對(duì)環(huán)境的污染和影響。以往，人們已在建筑結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)原理方面取得了不少成果，積累了不少工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，但對(duì)鋼?混凝土組合結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)原理方面仍有不少問題需要繼續(xù)深入研究，有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)程也需要制訂、補(bǔ)充或完善。?

鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)原理的研究包括其耐火性能、抗火設(shè)計(jì)方法和防火保護(hù)措施等方面，其中耐火性能研究是確定抗火設(shè)計(jì)方法的前提，而如何根據(jù)工程結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，"因地制宜"地采用適當(dāng)?shù)姆阑鸨Ｗo(hù)措施是最大限度地實(shí)現(xiàn)建筑投入經(jīng)濟(jì)性與結(jié)構(gòu)性能有效性統(tǒng)一的保證，是保證實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)目標(biāo)的基礎(chǔ)。?

掌握基本構(gòu)件的耐火性能是進(jìn)行組合結(jié)構(gòu)體系抗火性能研究的基礎(chǔ)。本書第2章論述了型鋼混凝土構(gòu)件的耐火性能和抗火設(shè)計(jì)方法;第3章論述了中空夾層鋼管混凝土、不銹鋼管混凝土、FRP約束鋼管混凝土和鋼筋混凝土構(gòu)件的耐火性能;第4章中論述了火災(zāi)后鋼管混凝土構(gòu)件修復(fù)加固方面的研究成果。?

實(shí)際建筑結(jié)構(gòu)多為超靜定結(jié)構(gòu)，因此火災(zāi)作用下單個(gè)構(gòu)件的破壞并不等同于整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的破壞。例如，在局部火災(zāi)下，即使某一構(gòu)件達(dá)到耐火極限，往往也不會(huì)因?yàn)閱胃鶚?gòu)件的失效而導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)破壞;但節(jié)點(diǎn)的破壞卻使得整體建筑可能從結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)構(gòu)，從而失去整體穩(wěn)定性而倒塌。在對(duì)火災(zāi)下結(jié)構(gòu)體系的力學(xué)分析中，合理地模擬節(jié)點(diǎn)的工作機(jī)理往往是難點(diǎn)，也是關(guān)鍵點(diǎn)。本書第5章論述了型鋼混凝土柱?型鋼混凝土梁、鋼管混凝土柱?鋼筋混凝土梁連接節(jié)點(diǎn)的耐火性能;第6章論述了考慮升、降溫影響時(shí)鋼管混凝土柱?組合梁、型鋼混凝土柱?型鋼混凝土梁連接節(jié)點(diǎn)火災(zāi)后的力學(xué)性能;第7章則介紹了火災(zāi)后鋼管混凝土柱鋼梁連接節(jié)點(diǎn)的滯回性能。?

研究火災(zāi)下單層、單跨框架的力學(xué)性能是進(jìn)行多層、多跨框架以及空間框架結(jié)構(gòu)體系耐火性能和性能化抗火設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。本書第8章論述了鋼管混凝土柱?鋼筋混凝土梁平面框架結(jié)構(gòu)耐火性能的研究結(jié)果。?

本書第9章對(duì)鋼?混凝土組合結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)原理研究的一些關(guān)鍵問題進(jìn)行了探討和展望。

本書的研究工作先后得到國(guó)家杰出青年科學(xué)基金項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、國(guó)家重大基礎(chǔ)研究計(jì)劃("973"計(jì)劃)項(xiàng)目、國(guó)家科技支撐計(jì)劃子課題、高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金課題、公安部應(yīng)用創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目、清華大學(xué)"百名人才引進(jìn)計(jì)劃"資助課題、清華大學(xué)自主科研計(jì)劃課題等的資助，特此致謝!?

本書第一作者的博士后和研究生們對(duì)本書所論述內(nèi)容做出了重要貢獻(xiàn)，如王衛(wèi)華、譚清華和鄭永乾進(jìn)行了型鋼混凝土構(gòu)件耐火性能的研究(第2章);盧輝、廖飛宇、陶忠、楊有福、陳峰等進(jìn)行了組合柱耐火性能的研究(第3章);陶忠、林曉康和陳峰進(jìn)行了鋼管混凝土火災(zāi)后性能的研究(第4章);鄭永乾、王衛(wèi)華和譚清華進(jìn)行了組合框架梁?柱節(jié)點(diǎn)耐火性能的研究(第5章);霍靜思和江瑩等進(jìn)行了火災(zāi)后框架梁?柱節(jié)點(diǎn)力學(xué)性能的研究(第6章和第7章)，王衛(wèi)華和王廣勇進(jìn)行了組合框架結(jié)構(gòu)耐火性能的研究(第8章和第9章)等。作者在此謹(jǐn)向他(她)們致以誠(chéng)摯的謝意!?

作者感謝公安部天津消防科學(xué)研究所、國(guó)家固定滅火系統(tǒng)和耐火構(gòu)件質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，亞熱帶建筑科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，澳大利亞Monash大學(xué)土木工程系結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)中心等單位為進(jìn)行與本書內(nèi)容有關(guān)的火災(zāi)試驗(yàn)所給予的支持和幫助!?

組合結(jié)構(gòu)學(xué)科所包含的內(nèi)容廣泛，其抗火設(shè)計(jì)原理研究的內(nèi)容非常豐富。本書僅結(jié)合作者所熟悉的領(lǐng)域和取得的階段性研究結(jié)果進(jìn)行論述，內(nèi)容遠(yuǎn)非全面和系統(tǒng)。開展本書有關(guān)研究工作的目的:一則期望能解決一些具體的組合結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)原理研究方面的問題;二則期望能為有關(guān)領(lǐng)域研究工作的進(jìn)一步深入開展提供參考。隨著課題組研究工作的不斷深入，作者期望能對(duì)本書內(nèi)容進(jìn)行充實(shí)和完善。?

由于作者學(xué)識(shí)水平所限，書中難免存在不妥之處，作者懷著感激的心情期待讀者給予批評(píng)指正!??

于清華園