CN101482454B - 整体建筑结构抗火试验方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种整体建筑结构抗火试验方法与装置。它包括设置在建筑物内的与建筑物设计使用荷载等效的当量加载物和可移动拼装的炉体、控制采集部分组成，可移动拼装炉体包括炉壁、燃烧器、燃料管道、助燃风管道和助燃风机，燃烧器安装在炉壁上，燃料管道、助燃风管道连接燃烧器，助燃风管道连接助燃风机；控制采集部分包括控制主机、输入输出设备、热电偶和位移传感器，控制主机与燃烧器、热电偶、位移传感器连接。本发明适用于建筑整体结构火灾行为研究，通过对整体结构火灾行为的研究，可以研究整体结构构件之间相互约束对结构抗火性能的影响。

Description

整体建筑结构抗火试验方法与装置

(一)技术领域

本发明涉及建筑结构防灾减灾技术领域，具体适用于建筑结构在高温下抗火性能的研究领域。

(二)背景技术

我国所用的建筑防火设计规范对建筑物的耐火等级和使用性质、内部消防设施的要求逐条做出规定，并且这些工作主要由建筑师来完成，而对其火灾时的结构行为等不予关注。建筑构件的耐火等级主要是根据标准的耐火试验测得的，即在规定的升温条件、压力条件、加载条件、受火条件等要求下，检测墙、柱、梁、楼板等构件能否满足稳定性、完整性、绝热性等要求。

事实上，建筑结构是由众多构件构成的，构件之间是相互连接、相互作用的。而标准耐火试验中的试件与实际结构中构件的受力情况、边界条件完全不同，特别是整体结构的其它部分对各构件的约束作用。“9.11”以后，为搞清世贸大厦倒塌机理，美国标准技术研究院受美国政府委托，组织相关人员对国际上24家结构火灾实验室所完成的水平构件、竖向构件进行了综合分析，发现这些试验存在的主要问题有：①单个构件受尺寸限制；②无法确定构件间的连接影响；③试件在达到额定耐火极限后即停止试验，一般很难达到构件破坏；④试验所用的温度时间曲线均为标准曲线，与实际火灾情况不符。

单个构件的火灾试验所反应出的结构效应有很大的局限性，妨碍了人们正确认识整体结构火灾时的结构反应，不可能对结构进行合理抗火设计；在现行规范指导下，已进行了大量的单个构件火灾试验，但这些试验不能反映构件间的连接影响，如何正确合理利用这些试验数据，显得尤为重要。本发明整体建筑结构抗火试验技术与装置适用于整体结构足尺火灾试验，弥补了单个构件火灾试验不能有效反应整体结构效应的缺点。

(三)发明内容

本发明的目的在于提出一种适用于建筑整体结构火灾行为研究，通过对整体结构火灾行为的研究，可以研究整体结构构件之间相互约束对结构抗火性能影响的整体建筑结构抗火试验方法。

本发明的目的是这样实现的：它包括以下步骤：

(1)建造要试验的建筑整体结构；

(2)布置设置使用荷载，使试验建筑整体符合实际使用情况；

(3)在建筑整体楼内根据试验目的，对其中的部分构件可以是单个的柱、梁、楼板，也可以是联系的构件如连续梁、楼板，甚至是楼层某一区间，乃至整个楼层进行火灾试验，加温区可以通过构筑炉体升温，也可以采用木垛升温。

本发明工作原理是：按现行设计标准建造整体建筑物，给建筑物施加设计使用荷载，当研究整体建筑物某一构件或某一部分构件抗火性能时，用可移动炉壁包围该构件或该部分构件形成炉体，根据传热学原理计算需要燃烧器数量，对称安装在可移动炉壁上，保证围成的炉体内温度均匀，构件与炉壁保留一定距离，保证火焰不能接触构件。在待研究构件上布置热电偶以及预计变形较大的位置安装位移传感器，并在围成的炉体以外与待研究构件相连的构件上安装位移传感器，用电缆把控制主机与燃烧器、热电偶、位移传感器等连接起来。通过燃烧器燃烧燃料，在围成的区域内升温。通过采集软件采集研究构件以及高温区域外与研究构件相连构件的变形、温度等来研究整体建筑结构及构件的抗火性能。

本发明包括这样一些技术特点：

1、所述整体建筑结构抗火试验技术与装置不仅研究高温区域构件的抗火性能，还研究了非高温区域构件与高温区域构件相互之间的影响，即整体效应。

2、所述整体建筑物可以是钢结构、混凝土结构等各种材料建造的结构，也可以是低层、多层、高层建筑结构。

3、所述建筑物设计使用荷载等效的当量加载物可以是建筑物内实际设施，也可以是等效的铁块、沙石等加载物体。

4、所述的围成的升温区域可以包围一个柱子、一面墙体、一个房间、一榀框架等不同的研究目标。

5、所述的小区域的构件升温，可以用可活动的炉壁拼装成炉体通过燃烧器燃烧燃料升温，大区域可以采用木垛升温。

本发明的另一目的在于提供一种整体建筑结构抗火试验装置，它包括设置在建筑物内的与建筑物设计使用荷载等效的当量加载物和可移动拼装的炉体、控制采集部分组成，可移动拼装炉体包括炉壁、燃烧器、燃料管道、助燃风管道和助燃风机，燃烧器安装在炉壁上，燃料管道、助燃风管道连接燃烧器，助燃风管道连接助燃风机；控制采集部分包括控制主机、输入输出设备、热电偶和位移传感器，控制主机与燃烧器、热电偶、位移传感器连接。

本发明整体建筑结构抗火试验装置还有这样一些技术特征：

1、所述的燃烧器包括偶数个燃烧器，对称安装在炉壁上；

2、所述的热电偶和位移传感器设在构件中部、端部。

本发明提出了一种适用于建筑整体结构火灾行为研究的试验技术，通过对整体结构火灾行为的研究，可以研究整体结构构件之间相互约束对结构抗火性能的影响，试验结果可以和已进行的大量单个构件的火灾试验结果对比，从而达到更有效的利用已有试验结果的目的。

(四)附图说明

图1为根据本发明建造三层建筑物平面示意图；

图2为三层内进行的某梁构件试验炉体位置示意图；

图3为炉体立面及某些仪器设置位置示意图。

(五)具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明：

本实施例装置包括：整体建筑物、与建筑物设计使用荷载等效的当量加载物、可移动拼装的炉体等、控制采集部分组成。所叙可移动拼装炉体包括炉壁1、炉底中间支点10、燃烧器2、燃料管道3、助燃风管道4、助燃风机5等；控制采集部分包括控制主机(内部控制程序)，及输入输出设备、位移传感器9、热电偶8等。燃烧物还可以是木垛。位移传感器可以设在构件中部、端部等需要的任何位置。

本实施例按以下步骤实施：

(1)建造要试验的建筑整体结构。

(2)布置设置使用荷载，使试验建筑整体符合实际使用情况。

(3)在建筑整体楼内根据试验目的，对其中的部分构件可以是单个的柱、梁6、楼板7，也可以是联系的构件如连续梁、楼板，甚至是楼层某一区间，乃至整个楼层进行火灾试验，加温区可以通过构筑炉体升温，也可以采用木垛升温。

具体操作如下：

(1)根据研究目的：钢结构抗火性能及破坏模式，建造试验用的三层建筑整体结构H型钢框架，建筑整体为3X3跨，跨度为4.5m，层高3.0m。如图1为整体实验楼平面图。

(2)采用砂袋作为当量加载物，施加设计使用荷载。

(3)在钢框架内进行了一系列的火灾试验，其中图2、图3为三层内进行的某梁试验炉体结构，其中为了节省燃料，炉体底部架空一段高度。

通过试验发现构件在整体结构中抗火性能比单个构件高很多，即结构整体效用等很多对结构抗火设计有实际指导意义的结论，并达到了大量可靠的试验数据。

Claims (3)

1.一种整体建筑结构抗火试验方法，其特征在于它包括以下步骤：

(1)建造要试验的建筑整体结构；

(2)布置设置使用荷载，使试验建筑整体符合实际使用情况；

(3)在建筑整体楼内根据试验目的，对其中的单个的柱、梁、楼板或连续的梁、楼板、楼层一区间或整个楼层进行火灾试验，加温区通过构筑炉体升温或木垛升温；

当研究整体建筑物一构件或一部分构件抗火性能时，用可移动炉壁包围该构件或该部分构件形成炉体，根据传热学原理计算需要燃烧器数量，对称安装在可移动炉壁上，保证围成的炉体内温度均匀，构件与炉壁保留一定距离，保证火焰不能接触构件，在待研究构件上布置热电偶以及预计变形较大的位置安装位移传感器，并在围成的炉体以外与待研究构件相连的构件上安装位移传感器，用电缆把控制主机与燃烧器、热电偶、位移传感器等连接起来，通过燃烧器燃烧燃料，在围成的区域内升温，通过采集软件采集研究构件以及高温区域外与研究构件相连构件的变形、温度等来研究整体建筑结构及构件的抗火性能。

2.一种根据权利要求1所述的整体建筑结构抗火试验方法的试验装置，其特征在于它由设置在建筑物内的与建筑物设计使用荷载等效的当量加载物、可移动拼装的炉体和控制采集部分组成，可移动拼装炉体包括炉壁、燃烧器、燃料管道、助燃风管道和助燃风机，燃烧器安装在炉壁上，燃料管道、助燃风管道连接燃烧器，助燃风管道连接助燃风机；控制采集部分包括控制主机、输入输出设备、热电偶和位移传感器，控制主机与燃烧器、热电偶、位移传感器连接。

3.根据权利要求3所述的整体建筑结构抗火试验装置，其特征在于所述的燃烧器包括偶数个燃烧器，对称安装在炉壁上。

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