CN216948744U - 一种热管钢结构及建筑结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种热管钢结构及建筑结构，涉及钢结构技术领域，包括钢结构本体，所述钢结构本体内设置有空腔，所述空腔内设置有导热结构，所述导热结构为相变材料。本实用新型通过将钢结构的内部设置为密闭空腔形式，并在空腔内注入相变材料，形成具有超导性能的热管钢结构，能够大幅提钢结构的热传导性能，解决了火灾下集中热量的低效散热引起钢结构破坏的难题，达到延缓钢结构承受高温时间、提高抗火性能的目的。
Description
技术领域
本实用新型涉及钢结构技术领域，特别是涉及一种热管钢结构及建筑结构。
背景技术
钢结构具有强度高、塑性韧性好、易链接、工作化程度高、抗震性好等优点，被广泛应用于各类建筑中。但是，钢结构的一个非常显著的缺点是抗火性能差。火灾下钢构件的温度很快升到几百摄氏度，致使钢结构构件软化、强度降低，承载力不足而破坏。钢结构在火灾下也往往只有十几分钟的支撑能力，建筑结构将会迅速倒塌。建筑体系中任意一处发生火灾，都会到处某一位置的钢结构部材料承受集中高温热量。集中热量不能迅速有效的散发，往往只有十几分钟就能使得局部材料发生畸点破坏——软化、膨胀或碎裂，从而导致建筑结构将会迅速倒塌。
现有的钢结构均为实心结构，当发生火灾时，由于钢材料的导热系数仅为50W/mK左右，若发生火灾产生的集中热量无法有效传导出，引起钢结构局部范围(约20cm)长时间承受高温，产生破坏。
目前对钢构件进行耐火保护，主要方法是对结构材料的表面保护，其基本原理就是使构件在规定的时间温度升高不超过其临界温度。当前防火保护方法主要可分为两大类：截流法和疏导法。截流法是通过阻止热量向构件传输，主要包括喷涂法、屏蔽法和包封法等方法。注水疏导法需要大结构空间、复杂配套系统，虽然抗火性能最好，但是价格昂贵、操作性差、日常维护费用高。
屏蔽法，是把钢结构包藏在耐火材料组成的堵体或吊顶内。包封法，是在钢结构表面用现浇混凝土、防火板、耐火砖、矿物纤维、砂浆或灰胶泥等做耐火保护层把钢构件包裹起来，从而起到防火作用。喷涂法，是在钢结构表面喷涂一层较薄的涂料层，施工质量要求较高、材料容易腐蚀脱离。屏蔽法和包封法，需要占用大量的建筑空间，而且费用较高。屏蔽法、包封法和喷涂法，无法解决火灾集中热量的有效散发问题，因此抗火时间大多在1～3小时之内，而且会产生大量烟雾灾害。
充水冷却法，钢构件发生火灾，让水循环带走热量，保护钢构件，达到提高耐火极限目的。因此，此方法要考虑水对钢材的腐蚀、水的静压及水的循环控制系统及施工方面等问题，故不太适合采用。
自动喷淋系统，即在火灾时，结构体系空间内某一位置喷出水，降低空气温度和构件温度，从而减缓或阻断火灾的发生。但是根据《自动喷水灭火系统设计规范》，高度超过8m的大空间建筑物，安装自动喷水灭火系统的作用不大，喷淋系统受报警点设计和水量设计问题，可能存在整体抗火的遗漏风险。
综上所述，目前钢结构火灾抗火方法，认知到和处理火灾下钢结构破坏的关键科学问题——集中高温热量引起钢结构材料破坏，都是被动式承受火灾产生集中热量，无法从根本上解决火灾产生集中热量对材料的不良影响。
相关术语：
抗火性能：在火灾高温热作用下，材料保持自身性能、结构保持力学性能和变形性能等能力，都是抗火性能的一种体现。
火灾下结构破坏机理：火灾产生的集中高温热作用，使得某一位置的材料性能发生突变，导致该处的结构会产生变形，引发整体体系大变形垮塌。
抗火原理：抗火原理，一是延缓材料的受火时间，比如结构材料表面喷涂一层材料、或将钢结构封闭在另一种结构之内。另一种，是延长结构受热时间，比如喷淋水即能灭火源又能在大火时降低材料受热温度。
注水疏导式抗火法原理：通过内部结构中的水的流动或蒸发作用，降低火灾产生的局部高温热量，使得材料免受高温破坏。
热管疏导式抗火方法原理：将导热系数远远大于钢材料的热管结构附着于结构表面。当火灾发生时，可以高效迅速将集中高温热量的导出，直接降低材料承受高温破坏的可能性。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种热管钢结构及建筑结构，以解决上述现有技术存在的问题，能够大幅提钢结构的热传导性能，解决了火灾下集中热量的低效散热引起钢结构破坏的难题，达到延缓钢结构承受高温时间、提高抗火性能的目的。
为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：
本实用新型提供了一种热管钢结构，包括钢结构本体，所述钢结构本体内设置有空腔，所述空腔内设置有导热结构，所述导热结构为相变材料。
优选地，所述钢结构本体为工字钢，所述空腔包括所述钢结构本体的上翼缘板设置的第一空腔、所述钢结构本体的下翼缘板设置的第二空腔和所述钢结构本体的腹板设置的第三空腔。
优选地，所述第三空腔分别与所述第一空腔和所述第二空腔连通。
优选地，所述钢结构本体的外表面设置有防火涂层。
优选地，所述钢结构本体的腹板开设有若干通孔。
优选地，所述钢结构本体设置有连接孔。
本实用新型还提供了一种建筑结构，包括若干所述热管钢结构。
本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：
本实用新型通过将钢结构的内部设置为密闭空腔形式，并在空腔内注入相变材料，形成具有超导性能的热管钢结构，能够大幅提钢结构的热传导性能，解决了火灾下集中热量的低效散热引起钢结构破坏的难题，达到延缓钢结构承受高温时间、提高抗火性能的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型的热管钢结构侧视图；
图2为本实用新型的钢结构本体截面示意图；
图3为本实用新型的热管钢结构截面示意图；
其中：100-热管钢结构，1-钢结构本体，2-空腔，3-上翼缘板，4-下翼缘板，5-腹板，6-相变材料。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型的目的是提供一种热管钢结构及建筑结构，以解决上述现有技术存在的问题，能够大幅提钢结构的热传导性能，解决了火灾下集中热量的低效散热引起钢结构破坏的难题，达到延缓钢结构承受高温时间、提高抗火性能的目的。
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
实施例一
如图1-图3所示：本实施例提供了一种热管钢结构100，不仅能够用来传递热量，还能够用来传递冷量，包括钢结构本体1，钢结构本体1内设置有空腔2，空腔2内设置有导热结构，导热结构为相变材料，即空腔2内填充有相变材料6。
具体地，本实施例中，钢结构本体1为工字钢，空腔2包括钢结构本体1的上翼缘板3设置的第一空腔、钢结构本体1的下翼缘板4设置的第二空腔和钢结构本体1的腹板5设置的第三空腔。第三空腔分别与第一空腔和第二空腔连通。
本实施例中，钢结构本体1的外表面设置有防火涂层，防火涂层选用防火材料，以进一步提升抗火性能。
本实施例中，钢结构本体1的腹板5开设有若干通孔，形成蜂窝梁形式，通孔能够吸收热管钢结构100在受热膨胀时产生的变形，以妥善处理“悬链效应”，以进一步提升抗火性能。
本实施例中，钢结构本体1设置有连接孔，连接孔用于多个热管钢结构100连接时螺栓的穿过。
本实施例中，相变材料6可以根据建筑抗火要求进行选择，如水、液态二氧化碳、液氮等材料。钢结构本体1的空腔2可以根据需求进行不同的设计。热管钢结构100的长度可以根据建筑要求，进行不同长度、尺寸的设计。
本实施例的热管钢结构100由于在空腔2内填充了相变材料6，其导热性能是钢材料的20～200倍。当发生火灾时，受火点集中高温热量能够向四周全空间有效散发，使得散热面积将大幅度提高，从而在根本上降低了钢结构材料承受高温破坏的概率。
相对于常规采用石膏板材等整体式堵截式防火方法，本实施例的热管钢结构100具有占用空间小、比较经济性的优点；相对于涂层抗火方法，本实施例的热管钢结构100抗火性能明显提升；相对于喷淋式抗火方法，本实施例的热管钢结构100属于整体式无遗漏抗火；相对于注水疏导抗火方法，本实施例的热管钢结构100价格低廉，操作方便，导热性能更好，一次性安装，永久性使用，不需要任何日常维护。
实施例二
本实施例中，第一空腔、第二空腔和第三空腔不连通时，第一空腔、第二空腔和第三空腔内分别填充不同的相变材料6，也可以第一空腔、第二空腔和第三空腔中的任意两个填充的相变材料6与另一个填充的相变材料6不同。
实施例三
本实施例提供了一种建筑结构，包括若干实施例一或实施例二的热管钢结构100，相邻的热管钢结构100拼装时，可以对热管钢结构100进行焊接、螺栓连接等。
本说明书中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
Claims (7)
1.一种热管钢结构，其特征在于：包括钢结构本体，所述钢结构本体内设置有空腔，所述空腔内设置有导热结构，所述导热结构为相变材料。
2.根据权利要求1所述的热管钢结构，其特征在于：所述钢结构本体为工字钢，所述空腔包括所述钢结构本体的上翼缘板设置的第一空腔、所述钢结构本体的下翼缘板设置的第二空腔和所述钢结构本体的腹板设置的第三空腔。
3.根据权利要求2所述的热管钢结构，其特征在于：所述第三空腔分别与所述第一空腔和所述第二空腔连通。
4.根据权利要求1所述的热管钢结构，其特征在于：所述钢结构本体的外表面设置有防火涂层。
5.根据权利要求2所述的热管钢结构，其特征在于：所述钢结构本体的腹板开设有若干通孔。
6.根据权利要求1所述的热管钢结构，其特征在于：所述钢结构本体设置有连接孔。
7.一种建筑结构，其特征在于：包括若干如权利要求1-6任一项所述的热管钢结构。
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