Study on Fire Behavior of Steel Truss Assembled Waffle Slab

Qun XIE; Shoushuo ZHANG; Mingqiang LIN; Song XUE

doi:10.13409/j.cnki.jdpme.20210313002

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Study on Fire Behavior of Steel Truss Assembled Waffle Slab

更新时间：2025-09-25

- Study on Fire Behavior of Steel Truss Assembled Waffle Slab
- Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering Vol. 42, Issue 2, Pages: 372-382(2022)
- 作者机构：
  
  1.济南大学土木建筑学院，山东济南 250022
  2.莒县审计局，山东日照 276500
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.20210313002
  CLC： TU375.2
- Published：28 April 2022
- 稿件说明：
移动端阅览
谢群,张守硕,林明强等.钢筋桁架装配式密肋楼盖火灾行为试验研究[J].防灾减灾工程学报,2022,42(02):372-382.

XIE Qun,ZHANG Shoushuo,LIN Mingqiang,et al.Study on Fire Behavior of Steel Truss Assembled Waffle Slab[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2022,42(02):372-382.
谢群,张守硕,林明强等.钢筋桁架装配式密肋楼盖火灾行为试验研究[J].防灾减灾工程学报,2022,42(02):372-382. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20210313002.

XIE Qun,ZHANG Shoushuo,LIN Mingqiang,et al.Study on Fire Behavior of Steel Truss Assembled Waffle Slab[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2022,42(02):372-382. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20210313002.

摘要

为适应当前装配式建筑发展需求，提出了一种新型装配式密肋楼盖体系，该楼盖由预制钢筋桁架现场拼装形成钢筋骨架，纵横向钢筋桁架节点处采用特制螺栓连接件形成整体，并利用预制物理发泡轻质混凝土块作为填充物，置于相邻桁架之间起到隔热保温效果，在钢筋桁架和泡沫混凝土块上方铺设预制钢筋网，现场浇筑高流动混凝土形成楼盖肋梁和面层结构。同时，研发了与该装配式楼盖匹配应用的条带式、可循环使用的铝合金模板，避免了满堂模板布设，该楼盖具有节省自重、轻质高强、装配便捷的特点。为掌握该楼盖在火灾（高温）下的性能，对两块该楼盖试件进行自然火灾试验，研究了不同区格条件下混凝土温度场分布、钢筋温度、裂缝模式等火灾行为，试验结果发现，两个试件在均布荷载下经历了2 h的火灾作用后，楼盖结构未发生任何严重损伤，泡沫混凝土块未脱落，具有良好的抗火性能，能够满足现行规范对楼盖耐火极限要求。在火灾作用下沿肋板厚存在非线性温度场和较大的温度梯度，且越靠近板底温度梯度越大；与炉温相比，混凝土和钢筋均存在明显的温度滞后效应。采用有限元软件ABAQUS建立了该楼盖的温度场模型，模拟分析结果与试验进行对比，二者吻合较好，验证了温度场模型的有效性，能够为预测火灾（高温）下该楼盖的性能提供技术支撑。

Abstract

A new type of assembled waffle slab system consisted of steel truss， foamed concrete block， concrete rib and cast-in-situ concrete layer was proposed in order to meet the increasing requirement of prefabricated building. The orthogonal steel trusses which is connected at the cross joint by special bolts could be assembled to form reinforcing bar system. Precast foamed concrete blocks were arranged between adjacent trusses as filling materials with the function of heat insulation. There is steel bar mesh on the top of both trusses and foamed concrete block， and self-compact concrete would be cast for rib and top concrete layer. A specific formwork system composed of recycled aluminum alloy strips was also developed to adapt the construction of the slab system. Such waffle slab system is characterized by low self-weight， high strength and convenient assembly. In order to investigate the fire behavior of this type of slab， a test was carried out on two slabs with different compartment and different restraint type exposed to natural fire. The temperature field distribution of steel and concrete and crack pattern was studied. The experiment results showed that there was no obvious damage on slab surface after two-hour fire exposure and no spalling or bond failure of foamed concrete block occurred. The post-fire behavior of such slab system could meet the requirement of current fire code. The temperature field along the height of rib presented typically nonlinear distribution. The closer to slab bottom， the greater the temperature gradient was. There was temperature lag in the concrete and steel compared to the temperature development of furnace. The ABAQUS software was used to establish the temperature model of slab. The simulation result indicated a good agreement with the experimental data which verified its effectiveness in temperature prediction and the FE model could provide technical guidance for the fire performance analysis of this type of steel truss assembled waffle slab system.

关键词

Keywords

references

朱崇绩，董毓利，朱崇钊 . 足尺平板无梁楼盖抗火性能试验研究［J］. 建筑结构学报， 2013 ， 34 （ 3 ）： 12 - 19 .

Zhu C J ， Dong Y L ， Zhu C Z . Experimental study on fire resistance properties of full-scale flat-plate floor subjected to fire ［J］. Journal of Building Structures ， 2013 ， 34 （ 3 ）： 12 - 19 . （in Chinese）

Hawileh R A ， Kodur V K R . Performance of reinforced concrete slabs under hydrocarbon fire exposure ［J］. Tunnelling and Underground Space Technology Incorporating Trenchless Technology Research ， 2018 ， 77 ： 177 - 187 .

Wang Y ， Yuan G L ， Huang Z H ， et al . Experimental study on the fire behaviour of reinforced concrete slabs under combined uni-axial in-plane and out-of-plane loads ［J］. Engineering Structures ， 2016 ， 128 ： 316 - 332 .

Wang Y ， Duan Y K ， Ma Sh ， et al . Behaviour of continuous reinforced concrete floor slabs subjected to different compartment fires ［J］. Engineering Structures ， 2019 ， 197 ： 109445 .

王新堂，周明，王万祯 . 轻骨料混凝土组合楼板的火灾响应及火灾后性能研究［J］. 自然灾害学报， 2012 ， 21 （ 2 ）： 200 - 206 .

Wang X T ， Zhou M ， Wang W Z . Study on fire response and post-fire behavior of lightweight aggregate concrete composite floor ［J］. Journal of Natural Disasters ， 2012 ， 21 （ 2 ）： 200 - 206 . （in Chinese）

Li G Q ， Zhang N S ， Jiang J . Experimental investigation on thermal and mechanical behaviour of composite floors exposed to standard fire ［J］. Fire Safety Journal ， 2017 ， 89 ： 63 - 76 .

吴波，段静，文波 . 新型防火涂料的研制及再生混合组合楼板的耐火性能试验［J］. 土木工程学报， 2014 ， 47 （ 2 ）： 82 - 92 .

Wu B ， Duan J ， Wen B . Preparations of new fireproof coating and fire-resistance tests on composite slabs filled with demolished concrete blocks and fresh concrete ［J］. China Civil Engineering Journal ， 2014 ， 47 （ 2 ）： 82 - 92 . （in Chinese）

吕俊利，董毓利，杨志年 . 整体结构中两跨钢梁火灾变形性能的试验研究［J］. 工程力学， 2012 ， 29 （ 3 ）： 110 - 114 .

Lyu J L ， Dong Y L ， Yang Z N . Experimental study on the deformation of a two-span steel beam in a structural system subjected to fire ［J］. Engineering Mechanics ， 2012 ， 29 （ 3 ）： 110 - 114 . （in Chinese）

王勇，董毓利，彭普维，等 . 足尺钢框架结构中楼板受火试验研究［J］. 建筑结构学报， 2013 ， 34 （ 8 ）： 1 - 11 .

Wang Y ， Dong Y L ， Peng P W ， et al . Fire test on floor of full-scale steel-framed structure ［J］. Journal of Building Structures ， 2013 ， 34 （ 8 ）： 1 - 11 . （in Chinese）

杨志年，董毓利 . 钢框架结构中钢筋混凝土双向板火灾试验研究［J］. 工程力学， 2013 ， 30 （ 4 ）： 337 - 344 .

Yang Z N ， Dong Y L . Experimental study of two-way reinforced concrete slab subjected to fire in a steel-framed building ［J］. Engineering Mechanics ， 2013 ， 30 （ 4 ）： 337 - 344 . （in Chinese）

李兵，董毓利，娄永杰，等 . 足尺钢框架中连续板格火灾实验研究［J］. 工程力学， 2015 ， 32 （ 1 ）： 145 - 153 .

Li B ， Dong Y L ， Lou Y J ， et al . A fire test of continuous panels in a full-scale steel-framed structure ［J］. Engineering Mechanics ， 2015 ， 32 （ 1 ）： 145 - 153 . （in Chinese）

Li B ， Dong Y L ， Zhang D S . Fire behaviour of continuous reinforced concrete slabs in a full-scale multi-storey steel-framed building ［J］. Fire Safety Journal ， 2015 ， 71 ： 226 - 237 .

Nguyen T T ， Tan K H ， Burgess I W . Behaviour of composite slab-beam systems at elevated temperatures： Experimental and numerical investigation ［J］. Engineering Structures ， 2015 ， 82 ： 199 - 213 .

Tan K H ， Nguyen T T . Experimental and numerical evaluation of composite floor systems under fire conditions ［J］. Journal of Constructional Steel Research ， 2015 ， 105 ： 86 - 96 .

Mazen A M . A case study on fire damage assessment of a two-story building with precast pretensioned hollow core slabs ［J］. Journal of King Saud University - Engineering Sciences ， 2020 ， 32 （ 8 ）： 501 - 509 .

吕俊利，仲崇强，赵考重，等 . 四边简支现浇混凝土空心楼盖火灾试验研究［J］. 山东建筑大学学报， 2017 ， 32 （ 5 ）： 421 - 425，441 .

Lyu J L ， Zhong C Q ， Zhao K Z ， et al . Study on test of fire resistance of simply supported on four sides of cast-in-place concrete hollow floor ［J］. Journal of Shandong Jianzhu University ， 2017 ， 32 （ 5 ）： 421 - 425，441 . （in Chinese）

吕俊利，仲崇强，赵考重，等 . 柱支承现浇混凝土空心楼盖抗火性能试验研究［J］. 山东建筑大学学报， 2018 ， 33 （ 5 ）： 36 - 41 .

Lyu J L ， Zhong C Q ， Zhao K Z ， et al . Experimental study on fire resistance of column supported cast-in-suite concrete hollow floor ［J］. Journal of Shandong Jianzhu University ， 2018 ， 33 （ 5 ）： 36 - 41 . （in Chinese）

Lyu J L ， Wang Y ， Van CoileRuben ， et al . Experimental investigation on the fire resistance of cast‐in‐situ hollow core concrete slabs constructed using filler boxes and an assembly box system ［J］. Structural Concrete ， 2019 ， 20 ： 144 - 163 .

韩重庆，许清风，李梦南，等 . 受约束预应力混凝土空心板整浇楼面耐火极限试验研究［J］. 建筑结构学报， 2018 ， 39 （ 5 ）： 52 - 62 .

Han C Q ， Xu Q F ， Li M N ， et al . Experimental research on fire endurance of PC hollow-core slab integrated floor with constraints ［J］. Journal of Building Structures ， 2018 ， 39 （ 5 ）： 52 - 62 . （in Chinese）

Shakya A M ， Kodur V K R . Response of precast prestressed concrete hollow-core slabs under fire conditions ［J］. Engineering Structures ， 2015 ， 87 ： 126 - 138 .

周绪红，邓利斌，吴方伯，等 . 预制混凝土叠合楼板耐火性能试验研究及有限元分析［J］. 建筑结构学报， 2015 ， 36 （ 12 ）： 82 - 90 .

Zhou X H ， Deng L B ， Wu F B ， et al . Experimental research and FEA on fire resistance performance of precast concrete composite slabs ［J］. Journal of Building Structures ， 2015 ， 36 （ 12 ）： 82 - 90 . （in Chinese）

Li B ， Lin Y Q ， Zhang H L ， et al . Fire behavior of the assembled monolithic hollow-ribbed slabs ［J］. Advances in Civil Engineering ， 2019 （ 1 ）： 1 - 10 .

建筑设计防火规范： GB 50016—2014 ［S］. 北京：屮国建筑工业出版社， 2018 .

BS ENV 1991-1-2 ： 2002， Eurocode 1： Actions on structures-Part 1-2： General actions –Actions on structures exposed to fire ［S］.

泡沫混凝土应用技术规程： JGJ/T 341—2014 ［S］. 北京：中国建筑工业出版社， 2015 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Numerical Simulation of Temperature Field of Prestressed Concrete Box Girder Bridge After Fire Exposure

Study on the Heat Propagation Characteristics of Energy Pile‑Soil under Long‑Term Cycling Temperature

Numerical Simulation Study on Temperature Field of Steel Frame Building during Firefighting

Study on Dynamic Response of Reinforced Soil Subgrade under Cyclic Loading

Experimental Research on Temperature Field of Full⁃scale Steel Frame Building during Firefighting by Water Spraying

Related Author

WU Gang

ZHENG Shangmin

LIU Jiayi

RAO Wenzhen

YU Chenxi

LIU Xuzheng

JIN Gege

CHEN Yonghui

Related Institution

School of Civil Engineering and Architecture，East China Jiaotong University

State Key Laboratory of Performance Monitoring and Protecting of Rail Transit Infrastructure，East China Jiaotong University

Fujian Provincial Transportation Research Institute Co.Ltd.

Key Laboratory of Rock Mechanics and Dam Engineering, Ministry of Education, Hohai University

Institute of Ocean and Offshore Engineering, Nantong Hohai University

⁰