大跨度网壳结构满足大空间使用要求的同时,还具有结构轻巧、造型优美、受力合理等优点,多被用于体育馆、航站楼、会展中心等大型公共建筑的屋盖承重部分。金属夹芯板屋面凭借质量轻、组装方便等特点,与网壳结构经常共同使用构成建筑屋盖系统。如若发生火灾,钢材的耐火性能较差,无保护的钢构件很容易破坏,网壳结构可能发生整体倒塌。因此,大跨度网壳结构作为人员聚集的大型公共场所,对其整体结构的抗火性能进行研究十分有必要。应通过研究掌握火灾高温对整体结构产生的影响,为结构科学地进行抗火设计提供建议,从而有效降低火灾造成的生命财产损失。基于以上目标,本文对金属屋面角锥型、交叉桁架型双层球面网壳在火灾高温下的力学性能进行分析研究,主要研究内容如下:首先,利用火灾动力学软件FDS建立双层球面网壳结构模型,利用场模拟分析得到火灾下结构内部的空气温度场。通过网壳节点的温度时程曲线、火场稳定燃烧阶段沿屋面不同路径的空气温度随距火源距离变化曲线以及屋面的空气温度分布云图等,分析获得火源功率、火源位置、结构跨度、矢跨比、建筑高度等参数对火灾下空气温度场的影响规律。然后,基于有限元软件ABAQUS采用恒温加载、恒载升温的方式,分别对角锥型、交叉桁架型双层球面网壳进行火灾下的瞬态响应分析,对比火源功率、火源位置、结构跨度、矢跨比、建筑高度等参数对结构极限状态的影响,提出了基于极限位移和屋面温度分布的结构耐火极限表征方法,建立了金属屋面双层球面网壳结构火灾整体失稳的判断标准。最后,对金属屋面双层球面网壳结构进行考虑防火措施的研究,分析排烟条件、防火涂料对其抗火性能的影响。研究表明:考虑自然排烟和涂刷超薄型防火涂料的金属屋面双层球面网壳结构在火灾下均不会发生整体失稳破坏。排烟设计中,应优先选择屋顶排烟主导、高侧窗排烟协同的方案,其中屋面水平排烟口的排烟效率占比80%～90%时排烟效果最佳。