بررسی رفتار قاب‌های مهاربندی همگرا فولادی بلندمرتبه تحت اثر بار آتش

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 گروه عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

2 دانشیار، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

چکیده

درک رفتار سازه‌های فولادی تحت بارگذاری آتش بسیار مهم است زیرا بسیاری از حوادث اخیر نشان‌دهنده آسیب‌پذیری سازه‌های فولادی در برابر چنین خطری است. مطالعات عددی و تجربی گسترده برای بررسی رفتار انواع مختلفی از المان‌های سازه فولادی به‌صورت مجزا، اتصالات سازه فولادی و همچنین قاب‌های خمشی فولادی در شرایط آتش‌سوزی انجام‌شده است. بااین‌حال، پاسخ قاب‌های مهاربندی فولادی هم‌محور در شرایط آتش‌سوزی قبلاً موردمطالعه قرار نگرفته است. این مقاله پاسخ کلی و رفتار موضعی قاب‌های مهاربندی هم‌محور بلندمرتبه را تحت یک سری سناریو آتش‌سوزی یکنواخت با در نظر گرفتن فازهای گرم شونده و خنک شونده در سطوح تراز مختلف طبقات به کمک تحلیل عددی به روش اجزای محدود بررسی می‌کند. تحلیل‌ها نشان می‌دهد کمانش تیرها و مهاربندهای در معرض درجه حرارت بالا به دلیل نیروی محوری فشاری بزرگ در اثر محدودیت‌های انتهایی در برابر انبساط رخ می‌دهد. همچنین مقاومت در برابر آتش قاب‌های مهاربندی تحت تأثیر موقعیت آتش قرار می‌گیرد چنانکه با افزایش بار ثقلی در ترازهای پائین تر، اثر P-Δ که عامل مؤثر در تخریب سازه است، افزایش‌یافته و بنابراین رخ داد سناریو حریق در طبقات پایینی می‌تواند پتانسیل خطر تخریب زودهنگام سازه را افزایش دهد. نتایج تجزیه‌وتحلیل‌ها می‌تواند به مهندسان در درک پاسخ‌های موضعی و کلی از قاب‌های مهاربندی فولادی تحت بارگذاری آتش کمک کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigating the behavior tall steel concentrically braced frames exposed to fire

نویسندگان [English]

  • Rasul Kaffash 1
  • Abbas Karamodin 2
1 Department of civil engineering, Faculty of engineering, Ferdowsi university of masshad, Mashhad, Iran
2 Associate Professor, Department of Civil Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
چکیده [English]

Understanding the behavior of steel structures under fire loading is very important because many recent events indicate the vulnerability of steel structures to such a hazard. Extensive numerical and experimental studies have been conducted to investigate the behavior of different types of structural steel elements individually, steel structure connection, and steel moment frames in fire conditions. However, the response of concentrically braced frames in fire conditions has not yet been investigated. This paper examines the global response and the local behavior of the concentrically braced frames under a series of uniform fire scenarios considering the heating and cooling phases at different levels of floors by numerical analysis of finite element method. The analyzes show that the buckling of the beams and braces is exposed to high temperatures due to the large compressive axial force due to lateral constraints to expansion. Also, the fire resistance of the braced frames is affected by the position of the fire. As with increasing gravity load at lower levels, the effect of P-Δ, which is an effective factor in the destruction of the structure, has increased and thus the fire scenario in the lower levels could potentially risk the early destruction of the structure Increase. The results of analyzes can help engineers understand the local and global responses of steel bracing frames under fire loading.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Fire
  • Sequential Analysis
  • Fire resistance
  • Braced Frames
  • Overall Behavior
[1] M.A, O. C., and D.M, M. (1998). Behaviour of a Multi-storey Steel Framed Building Subjected to Fire Attack.
[2] Gu, L., and Kodur, V. (2011). "Role of Insulation Effectiveness on Fire Resistance of Steel Structures under Extreme Loading Events." 25(4), 277-286.
[3] Huang, Z., Burgess, I. W., and Plank, R. J. (2000). "Three-Dimensional Analysis of Composite Steel-Framed Buildings in Fire." 126(3), 389-397.
[4] Liew, J. Y. R., and Ma, K. Y. (2004). "Advanced analysis of 3D steel framework exposed to compartment fire." 28(2‐4), 253-267.
[5] Saab, H. A., and Nethercot, D. A. (1991). "Modelling steel frame behaviour under fire conditions." Engineering Structures, 13(4), 371-382.
[6] Wang, Y. C., and Moore, D. B. (1995). "Steel frames in fire: analysis." Engineering Structures, 17(6), 462-472.
[7] Alderighi, E., and Salvatore, W. (2009). "Structural fire performance of earthquake-resistant composite steel–concrete frames." Engineering Structures, 31(4), 894-909.
[8] Röben, C., Gillie, M., and Torero, J. (2010). "Structural behaviour during a vertically travelling fire." Journal of Constructional Steel Research, 66(2), 191-197.
[9] Hong, S., Varma, A., Agarwal, A., and Prasad, K. (2008). "Behavior of steel building structures under realistic fire loading." ASCE Struct Congr.
[10] Sun, R., Huang, Z., and Burgess, I. W. (2012). "Progressive collapse analysis of steel structures under fire conditions." Engineering Structures, 34, 400-413.
[11] Wong, M. B. (2001). "Plastic Frame Analysis under Fire Conditions." 127(3), 290-295.
[12] Wong, M. B. (2001). "Elastic and plastic methods for numerical modelling of steel structures subject to fire." Journal of Constructional Steel Research, 57(1), 1-14.
[13] (2014). ABAQUS 6.14 Documentation, Dassault Systèmes Simulia Corp.
[14] Behnam, B., and Ronagh, H. R. (2014). "Post-Earthquake Fire performance-based behavior of unprotected moment resisting 2D steel frames." KSCE Journal of Civil Engineering, 19(1), 274-284.
[15] (2010). "ASCE 7-10: Minimum design loads for buildings and other structures." American Society of Civil Engineers, Virginia, US.
[16] (2005). "EN 1993-1-2, Eurocode3: Design of Steel Structures, Part1–2: GeneralRules- Structural Fire Design." European Committee for Normalization, Brussels, Belgium.
[17] Al-Jabri, K. S., Davison, J. B., and Burgess, I. W. (2008). "Performance of beam-to-column joints in fire—A review." Fire Safety Journal, 43(1), 50-62.
[18] Quiel Spencer, E., and Garlock Maria, E. M. Modeling High-Rise Steel Framed Buildings under Fire.
[19] Rubert, A., and Schaumann, P. ( September 1985). "Tragverhalten stählerner Rahmensysteme bei Brandbeanspruchung " Stahlbau, 54, 280-287
[20] Ghosh, S. K. (2006). "Assessing ability of seismic structural systems to withstand progressive collapse: design of steel braced frame buildings."Report Submitted to the Building and Fire Research Laboratory, the National Institute of Standards and Technology.
[21] (2005). "ASCE 7-05: Minimum design loads for buildings and other structures." American Society of Civil Engineers, Virginia, US.
[22] (2005). "ANSI/AISC 341-05: Seismic provisions for structural steel buildings." American Institute of Steel Construction, Chicago, US.
[23] (2005). "ANSI/AISC 360-05: Specifications for structural steel buildings." American Institute of Steel Construction, Chicago, US.
[24] (2006). "AISC Steel construction manual, 13th ed." American Institute of Steel Construction, Chicago, US.
[25] (2006). "International Building Code (IBC)." International Code Council.
[26] Almand, K., Phan, L., McAllister, T., Starnes, M., and Gross, J. (2004). " NET-SFPE Workshop for Development of a National R&D Roadmap for Structural Fire Safety Design and Retrofit of Structures."National Institute of Standards and Technology.