CN111472451A - 一种适用于气承式膜结构的充气管安全系统 - Google Patents

一种适用于气承式膜结构的充气管安全系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于气承式膜结构的充气管安全系统，包括快速支撑结构、控制系统（5）及高压充排气设备（6）；快速支撑结构包括主气管（1）、辅助气管（2）、梁式气管（3）、联通气管（4）。本发明突破气承式膜结构传统安全防护形式，优先采用嵌入式安装方式，在不影响结构外观质量的前提下达到快速预警、提供支撑、减缓坍塌及保障生命安全的目的。在气承式膜结构意外破坏坍塌的过程中，经控制系统（5）判断将启动指令传至高压充排气设备（6），支撑结构快速响应形成刚度，减缓结构坍塌、形成必要逃生空间，危险解除后经控制系统下达排气指令，支撑结构恢复至初始状态，保障人员生命及财产安全。

Description

一种适用于气承式膜结构的充气管安全系统
技术领域
本发明涉及气承式膜结构安全技术领域，具体是一种适用于气承式膜结构的充气管安全系统。
背景技术
充气膜结构建筑是当代社会热门的建筑形式，通过内压与外部气压保持相对平衡来保证其建构形态，因其具有节能、超大跨度、建筑形式多样以及节约成本等众多优点，在国内外获得了快速发展。气承式充气膜建筑是一种看似超级大棚，采用膜材作为墙面和外墙，内部无梁无柱，依靠空气为支撑的充气膜结构形式，其最大特点在于以空气为支撑。
暴风雪、台风、冰雹等恶劣天气下，气承膜结构极易受损破坏，致使结构膜面出现撕裂孔洞，甚至引起充气膜结构坍塌。此外，气承式膜结构膜面在服役过程中尖锐物的偶然刺破及风致碎片的损伤都有可能导致膜结构整体气压差失控，进而造成充气膜的坍塌；现有气承膜结构在发生上述损伤坍塌问题时，由于缺乏安全冗余支撑系统，内部人员存在缺乏安全空间和逃生通道的问题，由此对人民生命和财产安全构成重要威胁（比如，2012北京某科研院气膜体育馆、2018年广州充气膜网球馆等坍塌事故）。
气承式膜结构传统安全防护形式可归为主动防御，主要集中于提升建筑膜材的机械性能、结构气密和材料强度性能等，例如加强充气量、提升内压、选择高撕裂强度、穿刺强度的材料等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于气承式膜结构的充气管安全系统，突破气承式膜结构传统安全防护形式，优选嵌入式安装方式，在不影响结构外观质量的前提下达到快速预警、提供支撑、减缓跌落，形成必要逃生空间，保障人员生命及财产安全，并且系统稳定性、经济性、以及可靠性等方面性能优异。
本发明解决的技术问题所采取的技术方案为：
一种适用于气承式膜结构的充气管安全系统，包括快速支撑结构、控制系统及高压充排气设备；快速支撑结构包括主气管、辅助气管、梁式气管、联通气管，所述的快速支撑结构材料为柔性气膜材料，结构自然状态下优选嵌入在气承式膜结构双膜之间，并与内膜表面贴合，整个结构相联通，快速支撑结构可作为单元实现分区模块化设置，为保障足够的支撑强度，快速支撑结构可充入气压大于大气压1000~6000pa，具体充入气压值可依据工程需求设定，所述的高压充排气设备与联通气管相连，分布在快速支撑结构两侧，用于快速支撑结构的充、排气，所述的联通气管对称分布于安全系统底部且与气承式膜结构基础连接，连通主气管和辅助气管，并与高压充排气设备相连接，所述的主气管为高跨式管道结构，主气管路径与嵌入的气承式膜结构曲面贴合，在充气状态下沿气承式膜结构纵向跨度方向提供高度支撑，减缓顶端结构塌落，逐渐形成稳定支撑，所述的梁式气管分布在安全系统的两侧，与主气管相互连通，所述的辅助气管上与梁式气管连接，下与联通气管相连，与主气管共同构成辅助气管通道，在气承式膜结构塌落过程中，恐慌的逃生人群易向膜结构边部拥挤，借助主气管提供的侧向支撑力，辅助气管通道维持气承式充气膜边部结构处于安全高度，保证气承式充气膜结构边部具有足够的逃生空间及时间，构成安全屏障；主气管和辅助气管排列间距可根据气承式膜结构整体规模及安全等级确定，主气管和辅助气管的截面尺寸依据高压充排气设备供给强度及气承式膜结构整体规模、双膜间距等综合确定；所述的控制系统包括平衡杆、预警装置以及与高压充排气设备连接的传感器，平衡杆设置在气承式充气膜结构顶端，通常置于膜结构空间内，平衡杆安置的长度取决于气承式充气膜结构的纵向跨度，安置方式可采用间隔式或连续式，依工程需要灵活选取，所述的预警装置等距分散在平衡杆上，排布间距依据工程需要确定；预警装置具有塌落高度测量及气承膜内部气压检测功能，塌落预警高度为预警装置指令发出时气承式膜结构顶端垂直塌落高度，可依据实际应用环境调节；当结构达到塌落预警高度或临界气压值时，则预警装置将启动指令传送到与高压充排气设备连接的传感器，进而激活安全系统，控制高压充排气设备完成加压充气，危险解除后经控制系统下达排气指令，支撑结构恢复至初始状态，指令传送方式可采用有线或无线，具体实施可根据应用环境选用。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：
本发明突破气承式膜结构传统安全防护形式，将单一的主动防御转化为“主动+被动”防御并举，优先采用嵌入式安装方式，在不影响结构外观质量的前提下达到快速预警、提供支撑、减缓跌落及保障人员生命安全的目的。在气承式膜结构意外破坏坍塌的过程中，经控制系统（5）判断将启动指令传至高压充排气设备（6），支撑结构快速响应形成刚度，减缓结构坍塌、形成必要逃生空间，保障生命及财产安全，危险解除后经控制系统下达排气指令，支撑结构恢复至初始状态，系统的稳定性、经济性、以及可靠性等方面性能优异。
附图说明
图1是本发明的三维结构示意图。
图2是本发明的部分结构三维示意图，示意高跨支撑体系结构。
图3是本发明的部分结构三维示意图，示意辅助气管通道结构。
图4是本发明的部分结构三维示意图，示意控制系统及高压充排气设备结构。
图5是气承式膜结构三维示意图，示意气承式膜结构形态。
图6是气承式膜结构空间二维示意图，示意主气管空间布置。
图7是气承式膜结构横截面图，示意快速支撑结构的空间分布。
图中：1.主气管、2.辅助气管、3.梁式气管、4.联通气管、5.控制系统、6.高压充排气设备、7.平衡杆、8.预警装置。
具体实施方式
本发明突破气承式膜结构传统安全防护形式，将单一的主动防御转化为“主动+被动”防御并举，在气承式膜结构意外破坏坍塌的过程中，经控制系统判断将启动指令传至高压充气设备，支撑结构快速响应形成刚度，减缓气承膜结构坍塌、形成必要逃生空间，保障生命及财产安全，危险解除后经控制系统下达排气指令，支撑结构恢复至初始状态。安全系统优先选用嵌入式安装方式，与内外膜协调安装，在不影响结构外观质量的前提下达到快速预警、提供支撑、减缓跌落及保障人员生命及财产安全的目的。
下面结合说明书附图对本发明进行进一步说明。
如附图1-7所示，一种适用于气承式膜结构的充气管安全系统，包括快速支撑结构、控制系统5及高压充排气设备6；快速支撑结构包括主气管1、辅助气管2、梁式气管3、联通气管4，所述的快速支撑结构材料为柔性气膜材料，结构自然状态下嵌入在气承式膜结构双膜之间，并与内膜表面贴合，整个结构相联通，快速支撑结构可作为单元实现分区模块化设置，所述的联通气管4对称分布于安全系统底部且与气承式膜结构基础连接，连通主气管1和辅助气管2，并与高压充排气设备6相连接，所述的主气管1为高跨式管道结构，主气管1路径与嵌入的气承式膜结构曲面贴合，在充气状态下沿气承式膜结构纵向跨度方向提供高度支撑，减缓顶端结构塌落，逐渐形成稳定支撑，所述的梁式气管3分布在安全系统的两侧，与主气管1相互连通，所述的辅助气管2上与梁式气管3连接，下与联通气管4相连，与主气管1共同构成辅助气管通道，借助主气管1提供的侧向支撑力，维持气承式充气膜边部结构处于安全高度，保证气承式充气膜结构边部具有足够的逃生空间，所述的控制系统5包括平衡杆7、预警装置8以及与高压充排气设备6连接的传感器，平衡杆7设置在气承式充气膜结构顶端，通常置于膜结构空间内，预警装置8等距分散在平衡杆7上；当气承式膜结构顶部达到塌落预警高度，则预警装置8将启动指令传送到与高压充排气设备6连接的传感器，进而启动高压充排气设备6，支撑结构快速响应形成刚度，减缓结构坍塌、形成必要逃生空间，危险解除后经控制系统下达排气指令，支撑结构恢复至初始状态，保障人员生命及财产安全。
所述快速支撑结构材料为柔性气膜材料，自然状态下嵌入气承式膜结构双膜之间，并与内膜表面贴合。整个结构相联通；快速支撑结构可作为单元实现分区模块化设置，具体充入气压值可依据工程需求设定。
所述构成快速支撑结构的主气管1和辅助气管2纵向排列间距根据气承式膜结构整体规模及安全等级确定，主气管1和辅助气管2的截面尺寸依据高压充排气设备6供给强度及气承式膜结构整体规模、双膜间距等综合确定。
所述辅助气管2上端与梁式气管3连接，下端与联通气管4相连，同主气管1共同构成辅助气管通道，分布在安全系统两侧。在气承式膜结构塌落过程中，恐慌的逃生人群向膜结构边部拥挤，辅助气管通道支撑气承式充气膜边部结构处于安全高度，构成安全屏障。
所述主气管1为高跨式管道结构。在充气状态下沿气承式膜结构跨度方向提供高度支撑，减缓顶端结构塌落，逐渐形成稳定支撑；此外，提供辅助气管通道必要的侧向支撑力，维持气承式膜结构边部安全高度。
所述平衡杆7放置位置为气承式充气膜结构顶端位置，置于膜结构空间内，平衡杆7安置的长度取决于气承式充气膜结构的纵向跨度，设置方式采用间隔式或连续式，依工程需要灵活设置。
所述预警装置8具有塌落高度测量及气承膜内部气压检测功能，预警装置8排布间距依据工程需要确定；预警塌落高度为预警装置8指令发出时气承式膜结构顶端垂直塌落高度，可依据实际应用环境调节；当结构达到预警塌落高度或临界气压值时，预警装置8将启动指令传送到与高压充排气设备6连接的传感器，进而激活安全系统，危险解除后经控制系统下达排气指令，快速支撑结构恢复至初始状态，指令传送方式采用有线或无线，可根据具体环境选用。

Claims (6)

1.一种适用于气承式膜结构的充气管安全系统，其特征在于：包括快速支撑结构、控制系统（5）及高压充排气设备（6）；快速支撑结构包括主气管（1）、辅助气管（2）、梁式气管（3）和联通气管（4）；所述联通气管（4）对称分布在充气管安全系统两侧且与气承式膜结构基础牢固连接，联通气管（4）两侧水平向分别连接高压充排气设备（6）；所述主气管（1）等间距分布在联通气管（4）之间，且联通气管（4）与主气管（1）相连；所述辅助气管（2）等距分布在主气管（1）之间，联通气管（4）与主气管（1）和辅助气管（2）相连；所述梁式气管（3）为水平向管道且与主气管（1）和辅助气管（2）上部相互连通，梁式气管（3）对称分布在安全系统的两侧；所述控制系统（5）包括平衡杆（7）、预警装置（8）及与高压充排气设备（6）连接的传感器，平衡杆（7）沿着气承式膜结构内膜顶部固定设置，预警装置（8）等距分散在平衡杆（7）上，传感器置于高压充排气设备（6）内部。
2.根据权利要求1所述的适用于气承式膜结构的充气管安全系统，其特征在于：所述快速支撑结构材料为柔性气膜材料，自然状态下嵌入气承式膜结构双膜之间，并与内膜表面贴合。
3.根据权利要求1所述的适用于气承式膜结构的充气管安全系统，其特征在于：所述的辅助气管（2）上端与梁式气管（3）连接，下端与联通气管（4）相连，同主气管（1）共同构成辅助气管通道，分布在安全系统两侧。
4.根据权利要求1所述的适用于气承式膜结构的充气管安全系统，其特征在于：所述主气管（1）为高跨式管道结构。
5.根据权利要求1所述的适用于气承式膜结构的充气管安全系统，其特征在于：所述平衡杆（7）放置位置为气承式充气膜结构顶端位置，置于膜结构空间内，平衡杆（7）安置的长度取决于气承式充气膜结构的纵向跨度，设置方式采用间隔式或连续式。
6.根据权利要求1所述的适用于气承式膜结构的充气管安全系统，其特征在于：所述传感器集成于高压充排气设备（6）内，控制高压充排气设备（6）充气和排气。
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