在2012-2016年期间，我们课题组开展了一些高层建筑火灾安全性的研究，这是当时英明鉴、李易等完成的一篇研究论文。
Progressive collapse analysis of a typical super-tall reinforced concrete frame-core tube building exposed to extreme fires. Fire Technology, 2017, 53(1): 107-133. DOI: 10.1007/s10694-016-0566-6
针对火灾引起高层建筑结构失效的安全问题，我们研发了整体结构火灾安全分析方法，其关键科学难题是火灾的长持时热-力耦合准静力行为和倒塌瞬时强非线性动力行为的模拟难题。即我们的计算程序，既要能够模拟几个小时（也就是成千上万秒）的长时间火灾作用，也要能够模拟几秒钟的快速倒塌过程。这给程序的编写和计算造成了很大的挑战。为此，我们开发了如图1所示的计算框架。
图1 整体结构火灾破坏计算方法
此外，我们还开发了可以用于整体结构火灾热-力耦合非线性行为模拟的纤维梁和分层壳单元（图2）。
图2 火灾纤维梁+分层壳程序
我们以一个42层的钢筋混凝土框架-核心筒超高层建筑（图3）为例，开展了火灾破坏全过程模拟研究。由于该类建筑具有很强的抗火能力，因此我们假定了非常大的火灾影响范围和非常长的火灾持续时间（图4）。
图3 研究对象42层框架-核心筒超高层建筑
图4 设定的受火区域
大量案例分析表明，只有当火灾作用时间和火灾作用范围远超常规火灾设计工况时，才可能引起钢筋混凝土框架-核心筒的整体结构破坏。图5是一个典型计算工况，可见在火灾持续7.7个小时后，才进入倒塌破坏状态。
图5 典型模拟工况，7.7个小时火灾作用后进入倒塌
对于此类超高层建筑而言，其整体结构火灾行为研究是非常有必要的。因为构件之间存在复杂的相互影响和约束，使得其破坏机理与常规概念差异显著。例如，一个典型的破坏过程是首先火灾引起梁和楼板的膨胀，进而造成柱子变形，形成很大的附加弯矩。而后当梁和板在长时间高温作用下失效后，柱子失去侧向约束，在轴力以及温度变形引起的二阶效应下，柱子出现倒塌破坏。但是，由于整体结构内力重分布能力很好，因此即便柱子破坏后仍具有较好的抗连续倒塌能力。
图6 倒塌破坏机理分析
根据我们的分析结论，超高层钢筋混凝土框架-核心筒结构的耐火能力还是很强的。构件本身就具有很好的抗火能力，再加上结构体系又有很好的内力重分布能力，因此常规火灾下不会出现美国世贸中心那样的连续倒塌破坏。但是结构构件仍然会受到不同程度的破坏，其火灾后的鉴定修复仍然需要开展大量研究。此外，整体结构受火行为和单独构件火灾试验有明显不同，建议进一步加强整体结构火灾行为的研究。
