CN105735501A - 钢结构建筑物热管网络防火灾倒塌装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种钢结构建筑物热管网络防火灾倒塌装置，将测试合格的带有热管的钢构件进行安装，从第一层安装起，其每层的钢构件均为安装有热管的钢构件，当其建造到了设备层或避难层时，在设备层或避难层的外墙上设有散热器，测试装置包括喷火枪放入口和红外线测温仪放入口，其特点为被测的钢构件穿过测试室上的封头板后装入测试室中；钢构件下端置于测试室中且立于乘压底座的槽中，压杆的一端与支撑杆的顶端活动连接，支撑杆底端固定在围墙外的地上，压杆的另一端即右端与重力杆的上端活动连接，压杆的中间部分的底部压在露于围墙上方的被测的钢构件的顶端上，重力杆的下端挂有重力锤。本发明能把热量从建筑物内转移到建筑物外，具有防火灾倒塌。

Description

钢结构建筑物热管网络防火灾倒塌装置

技术领域

本发明技术属于火灾消防技术领域，尤其属于一种钢结构建筑物的热管网络法的防火灾倒塌的技术领域。

背景技术

钢结构建筑物，特别是高层建筑和超高层建筑、宽跨度建筑在国外已有百余年的历史。在我国也有近半个世纪的建筑经验。由于钢结构建筑物，具有较明显的优势：能减少建筑物的占地面积、降低基础工程造价、缩短建筑施工时间、抗地震能力强以及能适用于大跨度和高层、超高层建筑物——机场、会场、展览馆、体育馆、仓库等优势，这些优势是钢筋水泥建筑所难以实施的，所以近世纪钢结构的建筑发展迅猛，由此带来了对建筑用的钢结构件用量迅猛提高。目前，从国内、国外钢材料用量比例趋势看：建筑业的钢结构件在上升，而钢筋水泥用的钢筋在下降。

为了适应这种发展趋势，研究、创新建筑用的钢结构件新产品，并获得知识产权保护，成为本发明的目标。让我国钢材在国内外市场迅速回升。做到“你有我有，我有你无”的独占势头。

就目前钢结构建筑物现状看，虽然钢结构建筑物有上述优点，但也存在一个重要的至命的缺点——火灾发生时，特别是建筑物内有如汽油类可燃物时，这种建筑的耐火的能力有一定限度，超过这个限度，建筑物会烧塌。如美国的“9：11”纽约世界贸易中心被恐佈分子用带大量汽油的飞机撞击后，大厦并没有被撞倒，而是在撞击后，飞机内乘载的汽油和大厦内停放的汽车内的汽油燃烧，使钢结构的钢构件在大火中迅速升温，钢构件承受的温度未达到屈服温度之前，钢构件还能支撑上层建筑物的重力，温度上升，钢构件吸收的热能无法向外转移，温度上升达到其屈服温度强度点时，于是整座楼倒塌了。如果在燃烧时能迅速地把楼内的热能向楼外释放，就有可能避免或延缓大楼倒塌。

美国“9：11”事件只是类似事件的典型案例，实际上此类案例绝非仅此一例，因为许多钢结构建筑物的底层或地下室多为停车场，这停车场本体是由许多车内存放的汽油箱组成的“汽油库”，是可怕的火灾隐患。

因此在钢结构建筑物的设计规范中，对钢结构建筑物防火有明确规定。《钢结构建筑物设计规范》规定：当构件的表面在短时间内受到火焰作用或长时间受到150℃以上辐射热作用时，应采取有效措施进行防护，以确保钢结构件在其使用期内的可靠性。

目前，世界各国对钢结构采取保护措施的方法，从原理上可归纳为两种：

第一种方法是：隔温法。

即在火源（热源）与钢构件之间设置一层一定厚度的导热系数较小的保温隔热材料层，以阻滞热量向钢构件传导，用以减缓钢构件在火灾发生时迅速升温，这种方法只能减缓热能向钢构件传递，而不能把热能向楼外散热。

其隔温法的措施有三：

其一措施是喷涂防火涂料。即在钢构件物表面喷涂上防火涂料。其喷涂工艺在规格中有具体要求。

其二措施是包封法。即用防火板材、混凝土或砖用钢丝网包捆后再用砂浆涂抹，以延缓钢构件在火灾发生时火熖的热能向钢材传导的时间。此法多在梁、柱、压型钢板的楼板应用。

其三措施是屏蔽法。此法是用耐火材料板建一层吊顶层，以阻断火焰与楼板和横梁的直接燃烧。

第二种方法是：水煮法。也称水冷法。

此方法的原理是导走由火灾时的已导入钢构件的热能。此方法要求在用于该建筑的所有构件必须有一定容量的水管通容道，并且每构件的水通道要互相容通，不能有任何一根阻断或破漏，能用几十年上百年，在上百年内不能有一处破或漏，否则此功能失效。而且水通管管径必须够大。此措施从原理上可行，但在实施中存在许多难点。如：燃烧时水蒸气会把管内的水顶上去，使水无法下降到管下部，管下部会缺水。另一难点是在安装时通水管道难以口对口对接，或即使接上了也难接准，有时钢材接准了，但管道口又接不准，难做到钢构件对准，管道口也对准。其次，按工艺要求，钢件的每一件的水通道接准，焊接不漏而牢固，经得起几十年上百年耐用，还必须使用化学方法：在水中加入一定配比的防蚀剂、防锈剂。但任何化学药剂都是有时效的，还没有一种化学药剂能保持几十年有效。

发明内容

针对上述现行的国内外对钢结构建筑物通用两种方法，即隔温法和水煮法的缺点，本发明的目的是提供一种钢结构建筑物热管网络防火灾倒塌装置和方法，使用了热管网络独立并紧贴钢构件上的方式贯穿于整座钢结构建筑物中，当发生火灾时，热管网络不断地把热量向外散热，不让热量积存在建筑内以此达到防倒塌和延缓倒塌的目的，保护了建筑或者给建筑物内的人员疏散延长时间。

本发明的目的是这样实现的，所述的钢结构建筑物热管网络防火灾倒塌方法，包括如下步骤：

1）热管制作，将管壳内填充有工作液而形成热管，热管测试合格后待用；所述热管有圆形热管和方形热管；所述的圆形热管的一端设置有漏斗形的凹槽，圆形热管的另一端设置有锥形头形的凸头，一圆形热管的一端的漏斗形的凹槽能与另一圆形热管的锥形头形的凸头通过凸凹槽形式匹配插接；所述的方形热管的一端设有╖扣，方形热管的另一端设有╘卡扣，一方形热管的一端设有的╖扣与另一方形热管的另一端设有的╘卡扣能进行对扣匹配连接；

2）将测试合格的热管与钢结构建筑物中常用的钢构件连接，所述的连接按下述之一方法连接，（1）把热管直接嵌入到钢构件侧面已预留的半扣形凹槽中固定连接；（2）在钢构件上通过抱扎带捆扎有热管；（3）热管缠绕在圆形钢构件的外圆上固定；（4）把热管贯穿入圆形钢构件内腔所设有的水通道内而形成带热管的钢构件；

3）设计与热管连接的散热器的形状，所述散热器形状有如下几种：（1）圆形；（2）扁形；（3）三角形；（4）矩形；（5）梯形；（6）风扇形；（7）花草、人物或动物雕像形；（8）盘形，在冷水池中用；

4）对步骤2）制得的带有热管的钢构件进行性能测试

测试方法：

（1）把被测的钢构件穿过测试室上的封头板后装入测试室中，测试室由围墙围成，测试室顶部有封头板，钢构件下端置于测试室中且立于乘压底座的槽中，压杆的一端与支撑杆的顶端活动连接，支撑杆底端固定在围墙外的地上，压杆的另一端与重力杆的上端活动连接，压杆的中间部分的底部压在露于围墙上方的被测的钢构件的顶端上，重力杆的下端挂有重力锤，重力锤上挂有铊块，当被测钢构件是测量带热管的钢构件时，则把热管的散热端浸入冷水池内，并保持不缺水，或把热管散热端置于吹风口上，以便散热；

（2）打开进风口，出风口，开启从喷火枪放入口放入到测试室中的喷火枪，并记录喷火枪消耗的油或气量，同时记录从红外线测温仪放入口放入到测试室中的红外线测温仪的温度变化过程，直至被测件弯曲熔化时的温度；并计算被测钢构件弯曲熔化时，重力锤加上所挂上的若干重量铊块的重量；

5）钢结构建筑物的建设，将步骤3）测试合格的带有热管的钢构件进行安装，从第一层安装起，其每层的钢构件均为安装有热管的钢构件，当其建造到了设备层或避难层时，在设备层或避难层的外墙上设有步骤3）所述的散热器，然后在钢构件上复盖保温材料，散热器不覆盖；最后再往上一层一层安装，当其再建造到了设备层或避难层时，在设备层或避难层的外墙上设有步骤3）所述的散热器，最后安装成整体的钢结构建筑物，在钢结构建筑物的顶层安装有带有保水功能的散热水池，然后将钢结构建筑物中的顶部几层的热管末端连接有若干个美术设计的散热器，将所有未连接有散热器的热管连接上散热器，并将热管所连接的散热器置于散热水池中。

上述热管在钢结构建筑物中的散热的方式有以下两种：

1）水冷式，把热管的散热端与所述的匹配的散热器连接布置在楼顶或楼沿的冷水池内，把楼内高温的热能传递到冷水池，冷水池受热煮沸到100℃，此时受火灾烧热的钢柱、钢楼板的温度通过热管受热端传出，其温度会降到100℃多度，钢材的烧塌时间会延缓或不至于烧塌，起到防塌或延缓倒塌的作用；

2）风冷式，把热管的散热端与所述的各种匹配的散热器布置在钢结构建筑物的楼顶或各层边沿的楼边上，使热管的散热端和散热器与楼外的自然风接触，通过楼外的自然风带走楼内火灾产生的热能，降低钢材的温度，楼外的自然风受热产生对流风，加快了风速，增强了热管散热效果，一座楼内布置多台的热管散热器以适应防灾目的；所述热管能实现无火灾时楼内空调的辅助作用。

所述热管中的工作液由二苯醚与联苯混合组成，能在350℃以下使用，为中温热管；或采用丙二醇，能在-58℃～188℃区间使用，为常温热管。

上述热管在钢构件上的排列方式有以下2种：1）单列式，是把两根热管的头尾对接以延长热管的长度；2）并排排列：采用两根或多根不同温域的热管并排排列，以扩大热管的温域，使其不但能在火灾时的较高温域具有的传热功能，而且还能在无火灾的平时的常温下以调节室内的温度，并能减小由于季节、昼夜温差变化造成对钢结构建筑物的结构内力变化而产生的破坏性效应，达到保护钢结构建筑物的效果。

本发明上述的方法中所用的带有热管的钢构件的测试装置，由乘压底座、封头板、围墙、进风口、出风口、喷火枪放入口和红外线测温仪放入口构成，围墙内为测试室，测试室顶部有封头板，其特征在于被测的钢构件穿过测试室上的封头板后装入测试室中；钢构件下端置于测试室中且立于乘压底座的槽中，压杆的一端与支撑杆的顶端活动连接，支撑杆底端固定在围墙外的地上，压杆的另一端即右端与重力杆的上端活动连接，压杆的中间部分的底部压在露于围墙上方的被测的钢构件的顶端上，重力杆的下端挂有重力锤，重力锤上挂有铊块，所述的喷火枪放入口和红外线测温仪放入口分别用于放置喷火枪和红外线测温仪；所述的热管有圆形热管和方形热管；所述的圆形热管的一端设置有漏斗形的凹槽，圆形热管的另一端设置有锥形头形的凸头，一圆形热管的一端的漏斗形的凹槽能与另一圆形热管的锥形头形的凸头通过凸凹槽形式匹配插接；所述的方形热管的一端设有╖扣，方形热管的另一端设有╘卡扣，一方形热管的一端设有的╖扣与另一方形热管的另一端设有的╘卡扣能进行对扣匹配连接；所述热管与钢结构建筑物中常用的钢构件连接，所述的连接按下述之一方法连接，（1）把热管直接嵌入到钢构件侧面已预留的半扣形凹槽中固定连接；（2）在钢构件上通过抱扎带捆扎有热管；（3）热管缠绕在圆形钢构件的外圆上固定；（4）把热管贯穿入圆形钢构件内腔所设有的水通道内而形成带热管的钢构件；所述的热管在钢构件上的排列方式有以下2种：1）单列式，是把两根热管的头尾对接以延长热管的长度；2）并排排列：采用两根或多根不同温域的热管并排排列，以扩大热管的温域，使其不但能在火灾时的较高温域具有的传热功能，而且还能在无火灾的平时的常温下以调节室内的温度，并能减小由于季节、昼夜温差变化造成对钢结构建筑物的结构内力变化而产生的破坏性效应，达到保护钢结构建筑物的效果。

本发明的有益效果是：本发明使用了热管网络独立并紧贴钢构件上的方式贯穿于整座钢结构建筑物中，当发生火灾时，用适用的热管把热量以很快速度，即时就能把热量从建筑物内转移到建筑物外，达到钢构件即时散热，大大地延缓或避免了钢材达到屈服点温度——钢材在200℃以内，其性能基本不变；430℃—540℃时，屈服点和强度显著下降；600℃钢失去了强度，失去了承载力。所以热管的控制温度应设定在200℃—350℃为准。也就是当火灾区的温度达到200℃时热管的传热功能就开始起动，不断地把热量向外散热，不让热量积存在建筑内以此达到防倒塌和延缓倒塌的目的，保护了建筑或者给建筑物内的人员疏散延长时间，“对于现代的高层建筑钢结构，由于常年使用空调系统，室内温度变化很小，而建筑的边柱，特别当为了满足建筑功能需要而将柱的局部或整体暴露在外时，随季节及昼夜气温的变化，边柱将产生轴向的伸长与缩短，边柱与内部的橫向构件之间将会出现竖向位移差，楼层越高，变形量越大。由于框架梁、柱之间通常采用刚性连接，边柱的竖面形变受到约束，从而在边跨中引起内力的变化。”这就是温度变化引起结构内力变化的效应。本发明应用常温热管的热开关制成二极管及可控恒温功能的技术优势来调节减缓由季节、昼夜、空调产生的温差度，减轻了这种温度变化引起结构的内应力变化效应和减小位移差。因此在无火灾发生时，也起到维护钢结构物的作用。

附图说明

图1为本发明的带吸液芯的平行传递的热管示意图。

图2为本发明的重力式的不装吸液芯的热管示意图。

图3A为本发明的H型钢柱或主、次梁进行隔热防护处理的示意图。

图3B为本发明的H型钢材的翼缘之间不填实水泥沙浆、在钢材外面包附防火材料的示意图。

图3C为本发明的方型钢柱的外表面包附防火材料的示意图。

图3D为本发明的钢柱外先用钢丝网包附后再抹防火材料的示意图。

图3E为本发明的圆型的钢管外包附石棉作为防火隔热层的示意图。

图3F为本发明的H型的钢管内先填实砂浆水泥后再在钢柱外围包石棉毡的示意图。

图4-1为圆形散热器的结构示意图。

图4-2为扁形散热器的结构示意图。

图4-3为三角形散热器的结构示意图。

图4-4为矩形散热器的结构示意图。

图4-5为梯形散热器的结构示意图。

图4-6为风扇形散热器的结构示意图。

图4-7为花草、人物或动物雕像形散热器的结构示意图。

图4-8为盘形散热器的结构示意图。

图5为折弯型的圆形热管结构示意图。

图5-1为直型的圆形热管结构示意图。

图6为方形热管的结构示意图。

图7为圆形热管的一端设置有漏斗形的凹槽与另一折弯型的圆形热管的另一端设置有锥形头形的凸头插接的结构示意图。

图7-1为直型的圆形热管的一端设置有漏斗形的凹槽与另一直型的圆形热管的另一端设置有锥形头形的凸头插接的结构示意图。

图8为两方形热管连接的结构示意图。

图9-1为把热管直接嵌入到钢构件侧面已预留的半扣形凹槽中的结构示意图。

图9-2为在钢构件上焊上抱扎带抱住热管的结构示意图。

图9-3为把热管从圆形钢构件的外圆缠绕上热管的结构示意图。

图9-4为把热管贯穿入水通道内形成带热管的钢构件的结构示意图。

图9-5为采用两根或多根不同温域的热管并排排列的结构示意图。

图10为本发明的带有热管的钢构件上下连接的结构示意图。

图11为本发明的热管钢构件性能测试室的结构示意图。

图12为本发明的热管网络在钢构件建筑中的防止火灾倒塌的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

一）热管网络的工作原理

热管技术已是成熟技术，在相关的热传导领域已广泛应用。如：化工、工业锅炉、航天、航空、飞机制造、冻土铁路、电子科技等领域已普遍应用，其工作原理是：热管内的工作液（介质）在一定的真空度内在管的两端存在温差状态下发生液相D气相转化，把热量从热端向冷端传移，在冷端散热，以降低热端的温度。反之亦然。如图1、图2所示。

图1：带吸液芯的平行传递热管示意图。图中热管的管壳1为圆柱体金属材料制作，其选用的材质应与选用的工作液相容性优良、导热性好、造价低的金属材料。端盖2与管壳1同材质，与管壳可以用螺纹配垫片连接，也可以用螺栓加垫片连接，形成承压的密封体。管壳内壁可以贴附一层导液芯3，导液芯的材料与工作液4有较好兼容性，为纤维状多通道的结构，以提供尽量大的毛细力。可以选用复合导液芯为佳。在设计和加工时应考虑在长期使用时不容易脱落而能坚固地帖附在管壁上。设计时还应该充分考虑导液管的内腔留有适当的通道，以让工作液在气化或液化后有良好的通道，这个通道就是工作液气液转换的内腔下降道。为描述方便，人为地把连为一体的一根热管分为三个功能段，即三个部分来描述：头尾两段假设为冷凝段和蒸发段，中间段为隔热段，因为热管具有可逆性的特性，所以冷凝段和蒸发段在应用中可以调换功能。但这两段是热（冷）源和热（冷）汇的基本元素。中间段的隔热段只起到运行中过渡段防止散热（冷）的功能。其工作液（工作介质）根椐所需的温控范围（即温域）并结合与管材的相容性进行合理选择，例如：本项目在诸多配方中，本人认为优选配方是二苯醚与联苯的混合体，它可在350℃以下使用；丙二醇可在-58℃～188℃区间使用，此二配方都是无公害的环保型配方。

图2：重力式，不装吸液芯的示意图。图中热管的管壳1为圆柱体金属材料制作，其选用的材质应与选用的工作液相容性优良、导热性好、造价低的金属材料。端盖2与管壳1同材质，与管壳可以用螺纹配垫片连接，也可以用螺栓加垫片连接，形成承压的密封体。为描述方便，人为地把连为一体的一根热管分为三个功能段，即三个部分来描述：头尾两段假设为冷凝段和蒸发段，中间段为隔热段，因为热管具有可逆性的特性，所以冷凝段和蒸发段在应用中可以调换功能。但这两段是热（冷）源和热（冷）汇的基本元素。中间段的隔热段只起到运行中过渡段防止散热（冷）的功能。

其工作液（工作介质）根椐所需的温控范围（即温域）并结合与管材的相容性进行合理选择，例如：本项目在诸多配方中，本人认为优选配方是二苯醚与联苯的混合体，它可在350℃以下使用；丙二醇可在-58℃～188℃区间使用，此二配方都是无公害的环保型配方。

热管的制作：

如图1、图2，将管壳一端密封抽成1.3×10～1.3×10Pa的负压，充入适量的工作液（介质），工作液的选择配方应根据温控范围及其与管材、芯材的相容性确定。根椐需要把选用的细管多孔的吸液芯材装入并紧贴在管壁内。然后把另一端管口也封上。此时热管内形成含有吸液芯的负压工作液的密封体。经性能检测合格后这条热管就制作完成了。这种带吸液芯的热管应用在横向管为多。竖管可以不用吸液芯管，用重力无芯管。制作同上，不加芯材即可。

热管技术的优点

高导热性。热阻小，与金属银、铜、铝比，单位重量的热管可多传递几个数量级的热量。与水比，同截面积的管能多传递几十倍的热量。

有优良的等温性。即管的首尾区域温度近相等。

热流的密度可变。可以独立改变蒸发段（受热段）或冷凝段（散热段）的面积。可用较小的加热面输出较大的热量。反之亦可。在本项目中可以用小的热管作受热面，以较大的散热面在楼外散热。

热流方向可逆性。管的受热端与散热端，即蒸发端与冷凝端可逆向使用。

二极管与热开关。可以根据不同地域的气候条件，应用本特性，选择适宜温度范围起动热管功能。像使用开关一样使用。

恒温特性。可把某空间的温度控制在某温度范围内。

环境适应性。可以用不同形状的温控热管，适用于各种条件和环境，也可以作成分离热管连接成长距离热管，还可以用二种不同温域的热管并列在一起，互补各自温控范围，以扩大温控域。

独立性。因为热管两端封闭，一根损坏，不影响其它热管工作，各自行使其功能。可以头、尾对接，也可以两根热管并排摆列运行。

长期使用维护保养容易。因为工作液已被管封闭，不需要加水、加药、除锈清洗等的维护，保养简单方便。

二）主要钢构件简介

钢结构建筑物是由许多钢构件组成，不是铸造成型的整座建筑物。所以需要对常规的构件给予简介，以便提供本发明中实现的可行性依据。整座钢结构建筑物的构件主要有：钢柱（圆柱、箱形柱）、主梁、支撑、剪力墙板及压型钢板。这些构件大部份都由不同规格的H型钢材构成（除箱形柱可在工地用钢板造型焊接外），各构件在建造中都以焊接和用高强度螺栓连接而成。

立柱是承受整座楼重力的主体构件，对立柱防火性能要求特别高；横梁要承受楼面自重和楼面人与物的载重力，也很重要。因此都要有严格的防火要求。除了各楼层必须配备有自动火灾报警系统及喷淋装置外，还必须对各层钢构件进行隔热保护，以防一旦发生火灾时钢构件易被火烧塌或烧坏。通常用于建造钢结构建筑物的主要构件有如图3A、图3B、图3C、图3D、图3E、图3F，其现行的《钢结构设计规范》防火灾方法如下所述：

图3A为H型钢柱或主、次梁进行隔热防护处理的示意图。其防护方法为：在H型钢材的翼缘之间填实混凝土后，外包防火材料——石膏、硅石、珍珠岩。

图3B为型钢柱或梁在进行防护时，H型钢材的翼缘之间不填实水泥沙浆，而是在钢材外面包附防火材料。

图3C为方型钢柱的外表面包附防火材料。

图3D为钢柱外先用钢丝网包附后再抹防火材料。

图3E为圆型的钢管外包附石棉作为防火隔热层。

图3F为H型的钢管内先填实砂浆水泥后再在钢柱外围包石棉毡。

三）在钢结构建筑物中常用的与热管连接的散热器的形状。可以有以下常用的几种散热器形状，还可有其它未列其中的能与热管连接的散热器，都可以在本发明中使用。

1.圆形，用于圆型管中见图4-1；2.扁形，H型管的翼缘面见图4-2；3.三角形，H型管的翼缘及角缝处见图4-3；4.矩形，特殊型钢中用见图4-4；5.梯形，纵横转向交接口处用见图4-5；6.风扇形，末端散热用见图4-6；7.花草、人物、动物雕像形，散热处用见图4-7；8.盘形，在冷水池中用见图4-8。

四）钢结构建筑物的热管散热方式

热管在钢结构建筑物中，火灾发生时所吸收的热量传递到楼顶和楼层边沿进行散热，散热的方式有以下两种：

1）水冷式，把热管的散热端（即冷凝端）与上述三）所述的匹配的散热器连接布置在楼顶或楼沿的冷水池内，把楼内高温的热能传递到冷水池，冷水池受热煮沸到100℃，此时热管受热端，即受火灾烧热的钢柱、钢楼板等的温度被传出，其温度会降到100℃多度左右，钢材的烧塌时间会延缓或不至于烧塌。起到防塌或延缓倒塌的作用。

2）风冷式，把热管的散热端与上述三）所述的各种匹配的散热器布置在钢结构建筑物的楼顶或各层边沿的楼边上，使热管的散热端和散热器与楼外的自然风接触，通过楼外的自然风带走楼内火灾产生的热能，降低钢材的温度，楼外的自然风受热产生对流风，加快了风速，增强了热管散热效果，一座楼内可以布置多台的热管散热器以适应防灾目的。还可以应用热管的恒温、温控技术、热管的二极管技术等等实现温控的可选择性，甚至实现无火灾时楼内空调的辅助作用。

五）常用热管形状及其连接示意图

一．常用的两种热管形状示意图

1．圆形热管形状，见图5的折弯型和图5-1的直型。

圆形热管的一端设置有漏斗形的凹槽5，圆形热管的另一端设置有锥形头形的凸头6，一圆形热管的一端的漏斗形的凹槽能与另一圆形热管的锥形头形的凸头通过凸凹槽形式匹配插接。

2．方形热管形状，见图6。

二．热管与热管对接示意图，见图7、图7-1、图8。

1）圆形热管的一端设置有漏斗形的凹槽5，圆形热管的另一端设置有锥形头形的凸头6，一圆形热管的一端的漏斗形的凹槽能与另一圆形热管的锥形头形的凸头通过凸凹槽形式匹配插接，在接触处可以设有工作液填充料。

2）方形热管的一端设有╖扣7，方形热管的另一端设有╘卡扣8，一方形热管的一端设有的╖扣与另一方形热管的另一端设有的╘卡扣能进行对扣匹配连接。

三．热管与钢构件对接方法示意图。

方法1、嵌入法：见图9-1，此法是把热管9直接嵌入到钢构件11侧面已预留的半扣形凹槽10中。此钢构件的一侧已扎制出半扣形凹槽，可以把热管扣入钢构件的半扣形凹槽中。特别实用于H型钢构件的凹角处。

方法2、抱扎法：见图9-2，在钢构件上焊上抱扎带12，抱住热管9。

方法3、缠绕法：见图9-3，此法多用于圆形钢构件，把热管从圆形钢构件的外圆缠绕上热管9。

方法4、贯穿法：见图9-4，对于现在用的钢构件，有的预留有通道管，这种方法多用于“水煮法”的冷却水的通道。可利用现有的此通道，把热管9贯穿入水通道内形成带热管的钢构件。

方法5、热管在钢构件上的排列方式有以下2种：1）单列式，即是把两根热管的头尾对接以延长热管的长度（见图10）；2）并排排列：采用两根或多根不同温域的热管并排排列见图9-5，以扩大热管的温域，使其不但能在火灾时的较高温域（如300℃）具有传热功能，而且还能在无火灾的平时的常温下以调节室内的温度，并能减小由于季节、昼夜温差变化造成对钢结构建筑物的结构内力变化而产生的破坏性效应，达到保护钢结构建筑物的效果。

四．带有热管的钢构件上下连接

如图10所示，在钢构件上焊上抱扎带12抱住热管的带有热管9的钢构件上与有同样结构的带有热管的钢构件连接的结构示意图，在漏斗形的凹槽5能与另一圆形热管的锥形头形的凸头6的接触处可以设有工作液填充料，而方形的可以按方形方式连接。

五．带有热管的钢结构构件性能测试

带有热管的钢结构构件测试室

热管测试室图解

如图11所示，由于钢结构建筑物是由许多钢构件组装而成，所以防火倒塌的性能只能对每一物件进行防火灾倒塌的性能进行测试。为此设计了一座土办法建造的测试室，用以对每一构件的性能进行测试。

热管测试室图中：

测试室13，是放置被测件（带热管的钢构件或不带热管的钢构件）的实验室。此室的壳体为耐火材料建成，由乘压底座14、封头板15、围墙16、进风口17、出风口18、喷火枪放入口19、红外线测温仪放入口20构成。

测试方法：

按下面步骤进行：

1.把被测的钢构件11穿过测试室13上的封头板15后装入测试室13中，钢构件下端立于乘压底座14的槽中，压杆21的一端与支撑杆22的顶端活动连接，支撑杆22底端固定在地上，压杆11的另一端即右端与重力杆23的上端活动连接，压杆21的中间部分的底部压在被测的钢构件11的顶端上。重力杆23的下端挂有重力锤24，重力锤24上挂有铊块25，可把计算后的重力锤24的重量加上挂上若干重量的铊块25算出总重量，则被测钢构件若是测量带热管的钢构件，则须把热管9的散热端浸入冷水池26（盒）内，并保持不缺水，或把热管散热端置于吹风口上，以便散热。

2.打开进风口17，出风口18，开启从喷火枪放入口19放入到测试室13中的喷火枪，并记录喷火枪消耗的油（或气）量，同时记录从红外线测温仪放入口20放入到测试室13中的红外线测温仪的温度变化过程。直至被测件弯曲熔化。

3.把测试过程的用油（或气）量，温度，时间记录进行对比，就能初步体现有无热管的性能对比值。

六）热管网络在钢构件建筑中的布设

如图12所示，在钢结构建筑物27中，按步骤三（热管与钢结构对接）方法将热管6与钢构件对接，然后进行热管性能测试，同时也按步骤五（带有热管的钢构件性能测试方法）进行带有热管的钢构件的传热效果测试，（可用火焰加热，红外测温），测试达到预期效果后，然后将测试好的带有热管的钢构件对钢结构建筑物27的各层进行安装，安装时优先从第一层安装起，其每层的钢构件均为安装有热管9的钢构件，当其建造到了设备层或避难层时，在设备层或避难层的外墙上按步骤三）（在钢结构建筑物中常用的与热管连接的散热器的形状）所述的方法接上散热器，如树木形的散热器28、风扇形的散热器29等等，然后可以在钢构件上复盖保温材料（但热管的散热器不能覆盖）；最后再往上安装，最后安装成整体的钢结构建筑物27，在钢结构建筑物27的顶层可以安装有带有保水功能的散热水池30，同时还可以将顶部几层的钢结构建筑物27中的热管末端连接有若干个美术设计的散热器；且将所连接的散热器，如盘形散热器31置于散热水池30中。各层如上述完成后，每加一层后按上述方法接上，再进行第二层操作、测试。一直到顶层，完成后进行总体测试。

如图12所示，在钢结构建筑物27中，若发生了火灾，火灾区32产生的热源，即时传递到楼内的钢构件27中，钢构件27因为附有预设温控范围的热管，钢构件27达到设置温控范围温度（如300℃）时，因热管具有上述介绍的9大热管技术的优点，热管立即启动了热管传热功能，又因为热管的高导热性和热管的优良的等温性，就能用很小截面积的热管把原需大于其几十倍的截面积的水管的热量立即传递到各散热器中进行散热，实现了火灾区32的温度与室外温度的近似等温，就能及时地快速地降低室内钢构件的温度，防止或延迟了钢结构建筑物的火灾倒塌。

Claims (5)

1.一种钢结构建筑物热管网络防火灾倒塌方法，包括如下步骤：

1）热管制作，将管壳内填充有工作液而形成热管，热管测试合格后待用；所述热管有圆形热管和方形热管；所述的圆形热管的一端设置有漏斗形的凹槽，圆形热管的另一端设置有锥形头形的凸头，一圆形热管的一端的漏斗形的凹槽能与另一圆形热管的锥形头形的凸头通过凸凹槽形式匹配插接；所述的方形热管的一端设有╖扣，方形热管的另一端设有╘卡扣，一方形热管的一端设有的╖扣与另一方形热管的另一端设有的╘卡扣能进行对扣匹配连接；

2）将测试合格的热管与钢结构建筑物中常用的钢构件连接，所述的连接按下述之一方法连接，（1）把热管直接嵌入到钢构件侧面已预留的半扣形凹槽中固定连接；（2）在钢构件上通过抱扎带捆扎有热管；（3）热管缠绕在圆形钢构件的外圆上固定；（4）把热管贯穿入圆形钢构件内腔所设有的水通道内而形成带热管的钢构件；

3）设计与热管连接的散热器的形状，所述散热器形状有如下几种：（1）圆形；（2）扁形；（3）三角形；（4）矩形；（5）梯形；（6）风扇形；（7）花草、人物或动物雕像形；（8）盘形，在冷水池中用；

4）对步骤2）制得的带有热管的钢构件进行性能测试

测试方法：

（1）把被测的钢构件穿过测试室上的封头板后装入测试室中，测试室由围墙围成，测试室顶部有封头板，钢构件下端置于测试室中且立于乘压底座的槽中，压杆的一端与支撑杆的顶端活动连接，支撑杆底端固定在围墙外的地上，压杆的另一端与重力杆的上端活动连接，压杆的中间部分的底部压在露于围墙上方的被测的钢构件的顶端上，重力杆的下端挂有重力锤，重力锤上挂有铊块，当被测钢构件是测量带热管的钢构件时，则把热管的散热端浸入冷水池内，并保持不缺水，或把热管散热端置于吹风口上，以便散热；

（2）打开进风口，出风口，开启从喷火枪放入口放入到测试室中的喷火枪，并记录喷火枪消耗的油或气量，同时记录从红外线测温仪放入口放入到测试室中的红外线测温仪的温度变化过程，直至被测件弯曲熔化时的温度；并计算被测钢构件弯曲熔化时，重力锤加上所挂上的若干重量铊块的重量；

5）钢结构建筑物的建设，将步骤3）测试合格的带有热管的钢构件进行安装，从第一层安装起，其每层的钢构件均为安装有热管的钢构件，当其建造到了设备层或避难层时，在设备层或避难层的外墙上设有步骤3）所述的散热器，然后在钢构件上复盖保温材料，散热器不覆盖；最后再往上一层一层安装，当其再建造到了设备层或避难层时，在设备层或避难层的外墙上设有步骤3）所述的散热器，最后安装成整体的钢结构建筑物，在钢结构建筑物的顶层安装有带有保水功能的散热水池，然后将钢结构建筑物中的顶部几层的热管末端连接有若干个美术设计的散热器，将所有未连接有散热器的热管连接上散热器，并将热管所连接的散热器置于散热水池中。

2.根据权利要求1所述的钢结构建筑物热管网络防火灾倒塌方法，其特征在于

热管在钢结构建筑物中的散热的方式有以下两种：

1）水冷式，把热管的散热端与所述的匹配的散热器连接布置在楼顶或楼沿的冷水池内，把楼内高温的热能传递到冷水池，冷水池受热煮沸到100℃，此时受火灾烧热的钢柱、钢楼板的温度通过热管受热端传出，其温度会降到100℃多度，钢材的烧塌时间会延缓或不至于烧塌，起到防塌或延缓倒塌的作用；

2）风冷式，把热管的散热端与所述的各种匹配的散热器布置在钢结构建筑物的楼顶或各层边沿的楼边上，使热管的散热端和散热器与楼外的自然风接触，通过楼外的自然风带走楼内火灾产生的热能，降低钢材的温度，楼外的自然风受热产生对流风，加快了风速，增强了热管散热效果，一座楼内布置多台的热管散热器以适应防灾目的；所述热管能实现无火灾时楼内空调的辅助作用。

3.根据权利要求1或2所述的钢结构建筑物热管网络防火灾倒塌方法，其特征在于

所述热管中的工作液由二苯醚与联苯混合组成，能在350℃以下使用，为中温热管；或采用丙二醇，能在-58℃～188℃区间使用，为常温热管。

4.根据权利要求1或2所述的钢结构建筑物热管网络防火灾倒塌方法，其特征在于热管在

钢构件上的排列方式有以下2种：1）单列式，是把两根热管的头尾对接以延长热管的长度；2）并排排列：采用两根或多根不同温域的热管并排排列，以扩大热管的温域，使其不但能在火灾时的较高温域具有的传热功能，而且还能在无火灾的平时的常温下以调节室内的温度，并能减小由于季节、昼夜温差变化造成对钢结构建筑物的结构内力变化而产生的破坏性效应，达到保护钢结构建筑物的效果。

5.权利要求1-4任一所述的方法中所用的带有热管的钢构件的测试装置，由乘压底座、封头板、围墙、进风口、出风口、喷火枪放入口和红外线测温仪放入口构成，围墙内为测试室，测试室顶部有封头板，其特征在于被测的钢构件穿过测试室上的封头板后装入测试室中；钢构件下端置于测试室中且立于乘压底座的槽中，压杆的一端与支撑杆的顶端活动连接，支撑杆底端固定在围墙外的地上，压杆的另一端即右端与重力杆的上端活动连接，压杆的中间部分的底部压在露于围墙上方的被测的钢构件的顶端上，重力杆的下端挂有重力锤，重力锤上挂有铊块，所述的喷火枪放入口和红外线测温仪放入口分别用于放置喷火枪和红外线测温仪；所述的热管有圆形热管和方形热管；所述的圆形热管的一端设置有漏斗形的凹槽，圆形热管的另一端设置有锥形头形的凸头，一圆形热管的一端的漏斗形的凹槽能与另一圆形热管的锥形头形的凸头通过凸凹槽形式匹配插接；所述的方形热管的一端设有╖扣，方形热管的另一端设有╘卡扣，一方形热管的一端设有的╖扣与另一方形热管的另一端设有的╘卡扣能进行对扣匹配连接；所述热管与钢结构建筑物中常用的钢构件连接，所述的连接按下述之一方法连接，（1）把热管直接嵌入到钢构件侧面已预留的半扣形凹槽中固定连接；（2）在钢构件上通过抱扎带捆扎有热管；（3）热管缠绕在圆形钢构件的外圆上固定；（4）把热管贯穿入圆形钢构件内腔所设有的水通道内而形成带热管的钢构件；所述的热管在钢构件上的排列方式有以下2种：1）单列式，是把两根热管的头尾对接以延长热管的长度；2）并排排列：采用两根或多根不同温域的热管并排排列，以扩大热管的温域，使其不但能在火灾时的较高温域具有的传热功能，而且还能在无火灾的平时的常温下以调节室内的温度，并能减小由于季节、昼夜温差变化造成对钢结构建筑物的结构内力变化而产生的破坏性效应，达到保护钢结构建筑物的效果。