Системы структурного стекла под огнем

Дата: 27 февраля 2023 г.

Автор: Кьяра Бедон

Академический редактор:Рафик Беларби

Источник: Хидави - Достижения в гражданском строительстве | Том 2017 | Код статьи 2120570

ДОИ:https://doi.org/10.1155/2017/2120570

Концепции архитектурного проектирования, включающие стеклянные балки, панели или вообще несущие элементы и ребра жесткости для зданий, облицовку, окна и перегородки, широко учитываются в современном высотном строительстве. Множество аспектов, в том числе мотивы, связанные с прозрачностью, эстетикой, освещением и энергосбережением, постепенно увеличивали использование и интерес к такому, все еще довольно инновационному строительному материалу. Однако по сравнению с другими традиционными материалами для строительства стандартное стекло обычно характеризуется хрупкостью и ограниченным сопротивлением растяжению. Кроме того, внутренние свойства стекла вместе с типично ограниченным соотношением толщины и размера элементов остекления или взаимным взаимодействием компонентов стекла с соседними конструкционными элементами в составе полных узлов, к которым они принадлежат (т. е. систем крепления, герметиков и т. д.). .), а также сочетание механических и термических явлений делают стеклянные конструкции весьма уязвимыми. Поэтому требуются особые правила проектирования безопасности, особенно в условиях экстремальных нагрузок. В этом обзорном документе представлено современное состояние систем структурного стекла, подвергающихся воздействию огня. Особое внимание уделяется актуальным методам проектирования и общим правилам, а также существующим результатам исследований — как на уровне материалов, так и на уровне сборки, — свидетельствующих о текущих проблемах, проблемах и разработках.

Стекло широко используется в зданиях в качестве строительного материала для замены и/или взаимодействия с традиционными структурными элементами, состоящими из стали, алюминия, дерева и бетона. Основные применения стекла в зданиях связаны с множеством аспектов, включая эстетику, освещение, прозрачность и изоляционные мотивы (см., например, рисунки 1(a) и 1(b)).

В целом стекло, как известно, ведет себя как хрупкий материал с относительно высоким сопротивлением сжатию и ограниченной прочностью на растяжение, поэтому оно разбивается на множество опасных осколков [1, 2]. В этом смысле концепции отказоустойчивого проектирования являются обязательными как при обычных, так и при экстремальных нагрузках.

В связи с этим за последние годы было проведено несколько исследований, посвященных разработке и/или оценке конкретных правил проектирования и новых концепций проектирования систем конструкционного стекла, включая расширенные экспериментальные и численные исследования методом конечных элементов (FE), связанные с соединениями, композитными материалами. сборки и гибридные системы [3–6].

Особое внимание также уделялось анализу и проектированию систем остекления, подвергающихся экстремальным нагрузкам, таким как взрывные явления [7–9], сейсмические нагрузки [10–13], природные опасности и климатические нагрузки [14, 15], пожар [16]. , 17] и воздействия [18–20].

Фактически, необходимо обеспечить специальные повышенные уровни безопасности, особенно в случае пожаров, чтобы обеспечить возможность эвакуации из зданий (рис. 1(c) и 1(d)).

Однако в общей огнестойкости данной системы конструкционного стекла сочетаются несколько аспектов, таких как типичное хрупкое поведение материала, высокая чувствительность его механических свойств к температуре, высокая чувствительность огнестойкости к геометрическим характеристикам, типу стекла и взаимное взаимодействие между всеми компонентами системы (т. е. сборкой структурного стекла, включая опоры и компоненты здания).

Кроме того, что касается особых проблем стеклянных систем, их огнестойкость не может быть получена аналитически, а требует оценок огневых испытаний. В этом отношении расширенное моделирование методом конечных элементов может представлять собой реальную альтернативу трудоемким и дорогостоящим экспериментам. Однако основные проблемы анализа методом КЭ структурных стеклянных элементов при пожаре возникают из-за отсутствия в настоящее время стандартизированных руководств и общих правил, способных обеспечить надежные результаты [21], а также хорошо известных механических и термических свойств используемых материалов. Кроме того, работы в литературе по FE, посвященные огнестойкости систем конструкционного стекла, очень ограничены (см., например, [22]).