目前，大跨空间钢结构抗火性能是国内外学者研究的一个热点课题。众所周知，钢结构抗火性能较差，在火灾作用下很快便丧失承载力。传统的钢结构防火采用耐火极限设计方法，即在标准火(ISO834)作用下，钢构件应达到规定的耐火时间不致破坏。对火跨空间钢结构而言，由于顶棚较高、室内面积较大，大空间建筑火灾的空气温度分布与小空间建筑火灾相差很大。传统的耐火极限设计方法已难以适用于其抗火设计。在此基础上，本文结合高大空间火灾的特点，对空气温度分布规律、钢构件升温影响参数、高温下钢材的特性以及大跨空间钢结构整体抗火性能等问题进行了较为深入的研究与分析。 本文详细地描述了高大空间发生火灾时的各种现象，表明高大空间火灾具有燃烧猛烈、持续时间长以及局部效应明显等特点。在总结国内外学者研究成果的基础上，本文根据空气热动力学和传热学理论，建立适用于高大空间火灾的火源燃烧模型、火羽流运动模型、顶棚浮射流运动模型以及烟气层运动模型，最终得到顶棚附近烟气层温度分布规律，并给出相应的计算公式。火源热释放功率、建筑室内面积和顶棚高度对高大空间火灾顶棚处空气温度场分布影响最大。空气温度分布局部效应明显，以火源正上方最高，随与火源水平距离增大而逐步递减。本文提出的公式可计算顶棚高度大于12m、室内面积大于500m、火源热释放功率火于5MW的建筑室内火灾空气温度场。最后，本文利用上海地区《建筑钢结构防火技术规程》中的推荐公式和中国科学技术大学火灾数值试验数据验证本文研究成果。 本文研究与分析了影响钢构件升温的对流换热系数，考虑了热烟气流速和钢构件截面形状对对流换热系数的影响，并给出相应的计算公式。根据热辐射理论，本文研究了火焰对钢构件的直接辐射作用，以及热烟气和钢构件之间的相互辐射过程。结合以上研究结论，给山有保护层和无保护层时大跨空间钢结构顶棚处钢构件的升温公式，共考虑三种换热作用，即热烟气与钢构件之间的对流换热和辐射换热以及火源对钢构件的直接辐射换热。同时，区分受火焰直接作用和非火焰直接作用两种情况。 本文收集了国内外已有的高温下钢材材料性能试验数据，重点对钢材的热膨胀系数、密度、比热、导热系数，屈服强度以及弹性模量随温度的变化关系进行对比分析，并给出推荐值或计算公式。 结合背景工程——江苏省科学历史文化中心主展馆，本文进行人跨空间钢结构基于性能的整体抗火分析与计算。在分析中，考虑了高温引起结构构件膨胀变形的几何非线性，以及钢材屈服强度和弹性模量随温度升高而下降的材料非线性。在有限元分析中按照结构受力不利原则，考虑火源位置不同的两种火灾场景以及有轻质防火保护层和无防火保护层两种情况，并对分析结果进行对比。分析结果表明，少量构件屈服并未引起整体结构丧失承载力，结构整体抗火性能要明显优于单根构件。当结构设计以防止整体结构倒塌为目标时，结构抗火分析应以整体结构为对象。 最后，通过对火跨空间钢结构基于性能的抗火研究，本文给出一些抗火设计的结论和建议。