Page 26 - 电力与能源2022年第三期

第 43 卷第 3 期
电力与能源
2 1 6 2022 年 6 月

DOI : 10.11973 / dl y n y 202203006

110kV 变电站钢框架结构的抗火性能

汪 洋 , 李 攀 , 顾 瑜 , 张 凯 2
1
2
1
( 1. 苏州电力设计研究院有限公司, 江苏 苏州 215000 ; 2. 同济大学土木学院地下建筑与工程系, 上海 200092 )
摘 要: 依托某装配式变电站钢框架结构, 基于大型有限元软件 ANSYS 对钢框架结构进 行 热 - 结 构 耦 合 分
析, 研究了两种工况下钢框架受火后的温度场、 变形性能和力学性能。结果表明: 梁跨中、 柱脚及梁柱连接节
点区域都是火灾中比较薄弱的环节; 当钢框架单跨房间受火时, 需要在 20min 内采取措施控制火情, 当钢框
架双跨房间同时受火时, 需要在 16min内采取措施控制火情。研究成果可为同类装配式变电站钢框架结构
抗火设计和防火措施制定提供参考和借鉴。
关键词: 变电站; 钢框架; 火灾; 结构性能
作者简介: 汪 洋( 1988 —), 男, 硕士, 高级工程师, 从事变电站土建设计工作。
中图分类号: TU393 文献标志码: A 文章编号: 2095-1256 ( 2022 ) 03-0216-07
FireResistanceofSteelFrameStructurein110kVSubstation

1 2 1 2
,
WANG Yan g LIPan , GU Yu , ZHANG Kai
( 1.SuzhouElectricPowerDesi g n & ResearchInstituteCo. , Ltd. , Suzhou215000 , Jian g suProvince , China ;
2.SchoolofCivilEn g ineerin g , Ton gj iUniversit y , Shan g hai200092 , China )

Abstract : Forthesteelframestructureofa p refabricatedsubstation , thethermalandstructuralcou p lin g anal y -
sisofthesteelframestructurewascarriedoutbasedonANSYS , thelar g efiniteelementsoftware.Thetem-
p eraturefield , deformationp erformanceandmechanical p ro p ertiesofthesteelframeunderfirewerestudied.
Theresultsshowthattheweaklinksinthefireexistinthemiddleofthebeams p an , thecolumnfootandthe
j ointareaofthebeamandcolumn.Whenthesteelframesin g les p anroomisaffectedb yfire , firefi g htin g
measuresshouldbetakenwithin20minutes.Whenthedouble-s p anroom withsteelframeisunderfireatthe
sametime , firefi g htin gmeasuresshouldbetakenwithin16 minutes.Theresearchresultsp rovidereference
forthefireresistancedesi g nandfire p reventionmeasuresofsteelframestructureinsimilar p refabricatedsub-
stations.
Ke ywords : substation , steelframe , fire , structurep erformance

钢结构具有强度高、 塑性韧性好、 易连接、 机 究, 以及结构抗火性能设计与计算等。文献[ 2 ] 提
械化程度高、 抗震性能好等优点, 被广泛应用于各 出了的火灾在全盛升温过程中的温度计算模型。
类建筑中。如美国纽约的帝国大厦和旧金山的金 欧洲规范 EUROCODE 和美国土木工程师协会
[ 3 ]
门大桥, 法国巴黎的埃菲尔铁塔, 以及中国北京的 ASCE 分别给出了不同类型的火灾下建筑结构
[ 4 ]
国家鸟巢体育场、 首都国际机场航站楼和新央视 空间的升温计算模型。不同的经验模型描述火灾
大楼等都采用了大量的钢结构。然而, 钢结构的 升温过程虽有些差异, 但整体变化趋势一致。国
一个非常显著的缺点是抗火性能差。在实际情 外大多数建筑防火规范都采用解析法计算钢构件
况, 钢结构在发生火灾时往往只有十几分钟的支 表面的温度, 我国《 建筑钢结构防火技术规范》 同
撑能力, 之后建筑结构将会迅速倒塌 [ 1 ] 。 样采用解析法进行计算。在数值分析方法研究钢
结构抗火问题是一个非常复 杂 的 综 合 性 问 构件升温数值解时, 多采用有限差分法和有限元
题, 影响钢结构抗火性能的因素众多。国内外抗 法, 有限差分法在应用上有些局限, 有限元计算方

火理论研究, 主要包括火灾下室内温度场的研究、 法则有更好的适用性和通用性 [ 5 ] 。文献[ 6 ] 通过
高温下建筑结构钢材 物理性能和力学性能的研 不同钢材的拉伸试验, 给出了高温下钢材强度的