建筑钢结构防火技术规程及其编制原理

1、获奖简介1. 钢结构框架体系分析理论与计算机辅助设计获2002年度教育部提名科技进步一等奖。本项目属于土木建筑领域的研究成果。项目研究的对象为在我国各种工业与民用建筑中日益广泛应用的钢结构框架体系，研究的目的旨在解决钢结构框架体系设计中的理论及应用问题，提高钢结构框架体系设计的安全性、经济性与效率。本项目的主要内容为：1）建立了较完整的钢结构框架体系分析理论，解决了一系列国际上钢结构框架体系工程实用分析与计算的难题。重要成果包括：构建了较完整的钢结构框架体系弹性及弹塑性分析单元集；建立了钢结构框架体系的统一非线性分析理论；建立了较完善的钢结构框架体系弹塑性地震反应分析理论；建立了较系统的钢结构

2、框架体系整体稳定分析理论；建立了火灾下钢框架整体非线性分析理论。2）进行了系统的钢结构框架体系试验研究，对分析理论进行了验证。试验包括：9个钢柱空间滞回特性试验；3 榀门式刚架、 3 个多层平面钢框架和3 个多层空间钢框架极限承载力试验；2 个多层钢框架、1 个高层钢框筒、1 个高层钢混凝土混合结构模拟地震振动台试验；6 榀钢框架抗火试验。3）开发了由钢结构框架体系所构成的多高层钢结构计算机辅助设计系统MTS ，为钢结构框架体系各类结构的设计提供了一种高效实用手段。该系统适用于钢结构框架体系的各种结构设计， 包括： 纯框架结构、 支撑框架结构、 框筒结构、 钢框架混凝土剪力墙 （芯筒）混合结构

3、等，且能够考虑结构楼盖的弹性变形，进行罕遇地震下的结构弹塑性变形验算及结构的抗火设计。本项目 理论研究成果 ，汇集成 专著 1 部，在国内外学术刊物及国际学术会议上发表论文 70 篇，其中 SCI 论文 6 篇， EI 论文 9 篇， ISTP 论文 4 篇，中国科学引文数据库收录论文 18 篇，被国内外同行引用 40 次 。成果经国内外知名同行专家函审（包括美国和中国工程院院士），认为达到 国际先进水平 。本项目研究成果， 被用于编制了国家标准建筑抗震设计规范 （ GBJ50011-2001 ）和高层民用建筑钢结构技术规程 （ JGJ99-98 ）及 4 本上海市标准， 在我国的工程建设中发

4、挥了重要作用 。项目开发的设计软件已被 39 家设计、科研、施工单位采用， 用于大量多高层建筑钢结构设计， 产生了不少于 1152.6 万元的经济效益 ，同时被香港科技大学采用， 开发该软件产品的海外版，打入国际市场。2. 高层建筑安全性动力检测理论与应用 ，获 2002 年度上海市科技进步三等奖。本项目属于土木工程安全性与耐久性领域的研究成果。项目研究的目的在于建立高层建筑安全性先进检测技术的基础理论与应用技术，即通过综合利用高层建筑整体及局部的动力反应信息，检测结构物的运行状态参数与损伤信息，给出高层建筑结构健康状况诊断结果及安全性评价结果。项目主要研究成果包括：1）提出了三类结构损伤概念

5、，在此基础上， 创造性地发展了一类基于结构柔度矩阵的结构损伤识别算法， 这类方法仅需已知一阶模态参数便可识别离散质量悬臂型结构体系的第一类损伤参数，最多仅需三阶模态便可识别常规高层建筑结构的三类损伤参数；2）提出了框架结构损伤识别地两阶段方法和基于BP 网络的框架结构损伤分步识别理论；3）提出并建立了基底输入未知时的高层建筑结构物理参数识别算法。这类算法可以同时识别高层建筑结构的层间损伤参数，且可以理想地对地动脉、地震动输入加以反演；4）从理论上提出并证明了风作用未知条件下的结构动力复合反演算法。将这一方法与子结构方法相结合，建立了弯曲型与望剪型结构层间物理参数的识别算法；5）建立了整体结构转

6、角响应未知时的高层建筑结构物理参数识别算法，形成了基于动力复合反演观念的一般时域路线结构损伤识别方法；6）进行了结构局部激振的损伤检测方法研究，建立了构件损伤识别的解析算法与优化方法，并将解析法与优化法相结合，建立了基于结构局部激振的损伤检测方法；7）提出了基于有限元列式的参数识别建模方法和基于微分方程变换的参数识别算法；8）提出了联肢剪力墙结构动力分析的实用方法；9）在频域路线和时域路线研究的基础上，提出了利用层间抗侧移刚度估计框架结构层承载力的思想，分别建立了钢框架结构与钢筋混凝土框架结构层水平承载力的统计预测公式；10） 针对国内外现有测振系统的弱点，专门研制了适用于高层建筑现场动力检测

7、的测试系统。测试系统具有频带宽、灵敏度高、抗干扰能力强、使用稳定等优点；进行了高层建筑检测与监测集成系统的软件开发工作。项目研究成果的可靠性与正确性经 4 个模型的风洞试验、 2 个模型的振动台试验和 6 个模型的自由振动试验检验后，已成功应用于一批具有典型意义的高层建筑现场动力实测工作，包括：上海金茂大厦 （国内最高建筑） 、上海三菱电梯试验塔楼（亚洲最高电梯试验塔楼）等在研究的成果基础上形成的学术专著通过专家评审获中国科学院科学出版基金全额资助出版 。3. 建筑钢结构防火技术规程及其编制原理，获 2001 年上海市科技进步二等奖。本课题由同济大学李国强教授主持，由上海市消防协会、上海市消防

8、局、上海市建筑科学研究院、上海市金属结构协会、公安部上海消防科研所和华东建筑设计研究院共同完成。本课题在1993 年 1 月至 1999 年 4 月的研究期间，对高层建筑钢结构抗火计算与设计理论方法进行了系统研究。在上海市青年科技启明星计划、国家自然科学基金和上海市建设和管理委员会的资助下开展了钢结构防火技术基本理论研究，在此基础上编制了钢结构防火设计标准。本课题完成的主要内容和取得的主要成果：1) 提出了基于高温承载力极限状态验算的钢结构抗火设计新思想；2) 获得了应用简便的火灾下钢构件升温计算公式；3) 通过大量试验研究，获得的钢结构用主要钢材高温基本性能参数，建立了数学模型，奠定了钢结构

9、抗火计算的基础；4) 提出了各类钢结构构件抗火极限承载力计算公式；5) 建立了火灾下钢结构整体非线性分析理论；6) 通过试验对所提出的理论进行了验证；7) 编制了建筑钢结构防火技术规程 。该规程为国内第一部钢结构防火技术规程。8) 对防火材料选用原则、防火保护、施工要求作出了明确的规定。上述研究成果， 已被上海市消防局采纳，作为审批全市钢结构防火措施的依据；也被全市建筑设计院采纳，作为钢结构抗火设计的依据；同时也被钢结构建设单位、防火材料生产企业和施工单位采纳，作为钢结构防火材料选用、生产和施工的依据。近三年新申请的纵向项目课题编号名称合同起止年月来源钢结构高强螺栓端板连接2004.1 200

10、6.1250308019的抗火性能国家自然科学基金新型组合墙填充组合框架2005.1 2007.1250408036抗震机理国家自然科学基金863 项目轨道结构可靠度及抗震设2005.5 2006.6上海磁浮交通工程技2005AA505101-844计标准的研究术研究中心05dz05812 （科委）2005.12 2007.122005BA908B12( 科世博场馆大空间结构安全技部）保障关键技术科技部、上海市科委近三年新申请的横向项目项目名称伊通墙板及砌块墙体的抗震性能试验研究上海铁路南站房屋屋面钢结构抗火验算上海铁路南站站房整体结构验算苏州国际博览中心钢结构抗火验算同济大学教学科研综合楼结

11、构抗火安全咨询上海环球金融中心结构验算杭州国际会议中心钢结构抗火性能评估与设计上海汽车会展中心展厅钢结构抗火安全性评估上海电气临港重型机械装备有限公司联合厂房结构整体分析方案比较北京奥林匹克公园（ B 区）国家会议中心部分钢结构（柱）抗火安全性能化设计明年广场项目结构调整后的计算分析上海光源项目屋顶钢结构抗火设计广州新电视塔火灾下结构安全评估浦东国际机场工程航站楼钢结构抗火验算沈阳奥林匹克体育中心（暂定名）体育场防火工程及钢结构抗火性能化设计同济广场 B 楼钢结构抗火验算与设计上海重型机器厂有限公司冶炼、造型浇注厂房自振频率测试来源合同起止年月上海伊通有限公司2004.02 2004.03上海铁路局上海南站建设指挥部2004.09 2007.09上海铁路局上海南站建设指挥部2004.09 2007.10苏州国际博览中心有限公司2004.12 2007.12同济大学建筑设计研究院2004.052005.01华东建筑设计研究院有限公司2005.012005.07加拿大 OTT/PPA建筑事务所2005.06 2007.05上海国际汽车城东浩会展中心有限公司2005.03 2007.12上海市机电设计研究院有限公司2005.08 2006.8北京北辰会议中心发展有限公司2005.10 2006.10深