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火灾高温下钢结构的承载能力会发生显著衰减,有发生局部倒塌的危险。针对索穹顶结构在火灾高温下力学性能研究较少,本文针对Geiger式和复合式索穹顶结构在火灾高温工况下的力学特征进行分析研究;利用基于理论计算的大跨度钢结构耐火设计分析方法进行结构高温力学响应分析,研究该方法存在的不足并对其进行改进,达到根据提供不同的耐火极限要求,确定不同的结构防火措施的目的。研究内容及得到结论如下:1.研究分析了现有基于实验的构件耐火设计方法的优点和局限性,引入更为先进的基于计算的钢结构耐火设计分析方法,并提出了本文需要解决的重点问题。阐述了基于计算的钢结构耐火设计分析方法的基本原理。2.通过高大空间火灾升温公式计算火灾温度场,利用ANSYS软件研究Geiger式和复合式索穹顶结构在火灾高温工况下的力学特征,共进行了47个算例运算,研究表明,Geiger式和复合式索穹顶在火灾高温工况下的竖向位移相较常温增加35%和59%。3.利用ANSYS软件进行分析对比得到,火源位置和火源功率的变化对于Geiger式索穹顶和复合式索穹顶的力学性能影响较大,而火源燃烧速率、火源单位面积释热功率两个参量的变化对索穹顶结构力学性能影响很小。研究在索穹顶结构进行静力分析时考虑火灾偶然荷载、火源不同位置、火源不同功率的必要性,并给出相应建议。4.利用Pyrosim软件进行火灾温度场的精确分析,设置三种典型火灾场景,探究天津理工大学体育馆在火灾进行时的温度场特征。通过ANSYS软件分析,研究复合式索穹顶结构在精确的火灾温度场中的力学响应特征,研究表明,不涂覆防火涂料的复合式索穹顶结构,达不到结构耐火承载能力的要求。按照《建筑防火设计规范》的构件防火要求,对结构涂覆1.21mm的超薄型防火涂料,结构达到耐火承载力要求。随之对于复合式索穹顶结构的防火措施进行改进,建议针对天津理工大学新建体育馆实际工程,防火涂层可以减小至1mm。