專利名稱：一種耐高溫的建筑鋼結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及建筑領(lǐng)域，特別是涉及一種耐高溫的建筑鋼結(jié)構(gòu)。當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)房屋發(fā)生火災(zāi)時(shí)，可防止或延緩房屋鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度因高溫而降低造成鋼結(jié)構(gòu)坍塌并危及人員生命。
背景技術(shù)：
根據(jù)《民用建筑設(shè)計(jì)通則》，高于24米或超過10層的建筑屬于高層建筑。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，又涌現(xiàn)出一批高于100米的建筑，它們被稱為超高層建筑，公眾習(xí)慣將其稱為“摩天大樓”。高層建筑一尤其是外觀怪異的高層建筑，一般是鋼結(jié)構(gòu)建筑或部分采用鋼結(jié)構(gòu)。常用的建筑結(jié)構(gòu)鋼為Q235、Q345等，由于鋼材中的碳在高溫條件下造成脫碳，造成鋼材強(qiáng)度降低，長期處在高溫環(huán)境中(600°C -900°C)會造成鋼材中鐵元素的氧化，完全 喪失鋼材的性能，當(dāng)溫度高于鋼材熔點(diǎn)時(shí)，會造成鋼結(jié)構(gòu)熔化坍塌。對于這些摩天大樓，盡管鋼結(jié)構(gòu)具備主體結(jié)構(gòu)比較輕、建造快、現(xiàn)場施工量小的優(yōu)點(diǎn)，但其致命弱點(diǎn)是怕火，雖然鋼本身并不燃燒，但普通鋼材在600°C的環(huán)境下，強(qiáng)度就很差，根本無法支撐建筑物重量。所以，鋼結(jié)構(gòu)安裝后會在表面噴涂一層厚厚的防火涂料，一般涂料保證的耐火時(shí)限為2 3小時(shí)，以供建筑內(nèi)部的人員逃生。一旦大火燒過，鋼結(jié)構(gòu)往往嚴(yán)重受損。例如，2001年9月11日，美國世貿(mào)中心雙塔被恐怖份子用民航客機(jī)自殺式撞擊最終倒塌。一架起飛重量160噸，滿掛油料是45噸的波音767型飛機(jī)，撞擊北塔；18分鐘后，另一架起飛重量100噸，滿掛油料是30噸的波音757型飛機(jī)，撞擊南塔。刨除飛行消耗，雙塔被撞時(shí)各被澆灌了小于30多噸高燃值的航空燃油，燃燒時(shí)高達(dá)1000°C的高溫，使鋼結(jié)構(gòu)變軟，鋼結(jié)構(gòu)承受不了上面的重量，瞬間倒塌。再如，2009年2月9日，在建的中國中央電視臺新臺址園區(qū)文化中心發(fā)生特別重大火災(zāi)事故。造成直接經(jīng)濟(jì)損失巨大，要想保證整個(gè)大樓的結(jié)構(gòu)，首先必須補(bǔ)償因受火災(zāi)導(dǎo)致的鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低的問題。為了增加鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，不得不耗費(fèi)巨資，采用多層碳纖維的方式，在盡量減輕結(jié)構(gòu)重量的前提下、補(bǔ)償鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。目前解決鋼結(jié)構(gòu)的抗高溫能力，主要從提高鋼結(jié)構(gòu)耐火極限和迅速降低火場溫度兩方面考慮，主要方法有1、阻隔溫度，提高鋼結(jié)構(gòu)耐火極限，鋼結(jié)構(gòu)防火主要采用防火涂料、發(fā)泡防火漆和外包防火層等方法。2、迅速排煙，降低火場溫度。無論采用哪種方式都是采用被動保護(hù)的方式或者改變外圍環(huán)境條件力圖解決鋼結(jié)構(gòu)的抗高溫能力，這兩種方式一是無法從根本上解決鋼結(jié)構(gòu)的抗高溫能力，二是還受到滅火時(shí)間的限制，一般鋼結(jié)構(gòu)耐火時(shí)限為2-3小時(shí)，如果滅火時(shí)間太長，所有的保溫材料的溫度與鋼結(jié)構(gòu)的溫度將趨于極限，防護(hù)能力都會大大削弱，鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度降低或喪失金屬強(qiáng)度造成鋼結(jié)構(gòu)坍塌。此外，鋼結(jié)構(gòu)建筑物一旦失火，還不能用水直接滅火，如果救火時(shí)澆水，對其破壞將更加嚴(yán)重。鋼結(jié)構(gòu)高層建筑即使發(fā)生不大的火災(zāi)，技術(shù)上也必須拆除才能保證安全
發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種耐高溫的建筑鋼結(jié)構(gòu)，建筑鋼結(jié)構(gòu)不僅具有鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度作用，而且具有主動傳熱、散熱的特性，能防止和延緩在火災(zāi)中鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低，避免或降低建筑物受損程度，同時(shí)為建筑物中的人員爭取寶貴的逃生時(shí)間。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種耐高溫的建筑鋼結(jié)構(gòu)，包括結(jié)構(gòu)為H型或C型的建筑型鋼，其特征是所述的建筑型鋼上沿長度方向設(shè)有用于傳熱的熱管，所述的熱管與建筑型鋼之間具有傳熱結(jié)合面，熱管的蒸發(fā)段位于室內(nèi)，熱管的冷凝段位于室外，在熱管的冷凝段設(shè)有冷卻水噴淋系統(tǒng)。所述的熱管為重力熱管或內(nèi)壁加吸液芯的熱管。
所述的熱管與建筑型鋼為一體式，建筑型鋼是熱管的一部分。所述的熱管與建筑型鋼為分體式，外加熱管被固定在建筑型鋼上，在傳熱結(jié)合面上涂有導(dǎo)熱硅脂。所述的建筑型鋼包括鋼立柱和鋼梁。所述的鋼立柱和鋼梁具有各自獨(dú)立的熱管。所述的鋼立柱和鋼梁具有一體式的連體熱管。在熱管的冷凝段設(shè)有散熱鰭片。所述的熱管具有一個(gè)平面作為傳熱結(jié)合面，該熱管的平面部分與建筑型鋼的一個(gè)平面接觸。所述的冷卻水噴淋系統(tǒng)，包括水泵、水泵與噴淋頭之間的連接管路，在冷凝段的熱管壁上設(shè)置有溫度傳感器，所述的傳感器發(fā)出信號控制與其電連接的水泵開啟和關(guān)閉。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明提供了一種應(yīng)用熱管防止和延緩在火災(zāi)中鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低的裝置，當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)房屋發(fā)生火災(zāi)導(dǎo)致房屋鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低時(shí)，利用熱管將鋼結(jié)構(gòu)的熱量傳遞到建筑外部，通過水冷將熱量放散到環(huán)境中，防止或延緩房屋鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低的裝置。本發(fā)明不僅能夠防止和延緩鋼結(jié)構(gòu)性能降低，避免或降低建筑物受損程度，同時(shí)為建筑物中的人員爭取寶貴的逃生時(shí)間。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果表現(xiàn)在I)該裝置既具有鋼結(jié)構(gòu)的作用，又具有熱管主動傳熱、無動力傳熱和散熱的特性，為一種復(fù)合型鋼結(jié)構(gòu)型材。2)該裝置解決了在鋼結(jié)構(gòu)建筑內(nèi)部失火時(shí)，不能采用噴水滅火的問題，又解決了失火時(shí)一般鋼結(jié)構(gòu)耐火時(shí)限超過2-3小時(shí)引起鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低會喪失結(jié)構(gòu)強(qiáng)度造成鋼結(jié)構(gòu)坍塌的問題，屬于一次投入，常年收益。3)在散熱段管壁上設(shè)置溫度傳感裝置和自動噴水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)火災(zāi)發(fā)生時(shí)對建筑型鋼的自動降溫，火滅時(shí)恢復(fù)常態(tài)的功能。4)無論采用一體式還是采用分離式的熱管，在防止和延緩房屋鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度減弱的同時(shí)，又加強(qiáng)了房屋鋼結(jié)構(gòu)自身的強(qiáng)度，使鋼結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)固。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對發(fā)明進(jìn)一步說明，
圖I為本發(fā)明系統(tǒng)圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例一分離式型材結(jié)構(gòu)圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例二一體式結(jié)構(gòu)之半圓形熱管型材結(jié)構(gòu)圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例三一分體式結(jié)構(gòu)之矩形熱管型材結(jié)構(gòu)圖；圖中，I鋼立柱，2第一熱管，20傳熱工質(zhì)腔體，21第一熱管冷凝端，22第一熱管測溫點(diǎn)，3第二熱管，31第二熱管冷凝端，32第二熱管測溫點(diǎn)，4第三熱管，41第三熱管冷凝端，42第三熱管測溫點(diǎn)，5第四熱管，51第四熱管冷凝端，52第四熱管測溫點(diǎn)，6冷卻水噴淋系統(tǒng)，7鋼梁。
具體實(shí)施方式

如圖1，一種耐高溫的建筑鋼結(jié)構(gòu)，包括結(jié)構(gòu)為H型或C型的建筑型鋼，所述的建筑型鋼包括鋼立柱I和鋼梁7。所述的建筑型鋼上沿長度方向設(shè)有用于傳熱的熱管，以左右兩側(cè)的鋼立柱I和鋼梁7為例，在左側(cè)鋼立柱I上設(shè)有第一熱管2，在左側(cè)鋼梁7上設(shè)有第二熱管3，第一熱管2和第二熱管3在鋼梁7的部分平行延伸穿出屋頂之室外；同樣，在右側(cè)鋼立柱上設(shè)有第三熱管4，在左側(cè)鋼梁上設(shè)有第四熱管5，第三熱管4和第四熱管5在鋼梁的部分平行延伸穿出屋頂之室外.所述的各熱管可采用重力熱管或內(nèi)壁加吸液芯的熱管。其原理是在由金屬管殼密閉的腔體內(nèi)設(shè)有傳熱工質(zhì)(純水或其他傳熱工質(zhì))，熱管的一端為蒸發(fā)段，另一端為冷凝段，當(dāng)熱管的一端受熱時(shí)，傳熱工質(zhì)蒸發(fā)將熱量迅速傳遞到冷凝段，傳熱工質(zhì)的熱量在冷凝成釋放后變成液體，在重力的作用下回流到蒸發(fā)段，形成循環(huán)往復(fù)的傳熱過程。所述的熱管與建筑型鋼之間具有傳熱結(jié)合面。熱管的蒸發(fā)段位于室內(nèi)，熱管的冷凝段(包括第一熱管冷凝端21，第二熱管冷凝端31，第三熱管冷凝端41，第四熱管冷凝端51)均位于室外，在熱管的冷凝段設(shè)有冷卻水噴淋系統(tǒng)6。當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)房屋發(fā)生火災(zāi)導(dǎo)致房屋立柱、鋼梁等鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低時(shí)，利用熱管將鋼結(jié)構(gòu)的熱量傳遞到建筑外部，通過水冷將熱量放散到環(huán)境中，防止或延緩房屋鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度因高溫而降低的裝置。如圖2，所述的熱管與建筑型鋼為分體式，以第一熱管2為例，外加的第一熱管2被固定在H型建筑立柱鋼I上，第一熱管2為具有獨(dú)立的傳熱工質(zhì)腔體20，第一熱管2具有一個(gè)平面作為傳熱結(jié)合面，其他面可以是矩形、半圓形或其它形狀。該熱管的平面部分與建筑型鋼的一個(gè)中間平面接觸，結(jié)合方式是第一熱管2平面向兩側(cè)伸出的帶固定孔的板與H型建筑立柱鋼的一個(gè)平面的孔通過螺栓23或焊接方式固定。為降低該熱管與型鋼之間的接觸熱阻，兩個(gè)界面之間涂有導(dǎo)熱硅脂。另一種結(jié)合方式是通過抱箍+螺栓將第一熱管2和H型建筑立柱鋼I緊固在一起。分體式使用的熱管可單獨(dú)制作、到現(xiàn)場安裝，適于對鋼結(jié)構(gòu)建筑現(xiàn)場改造，屬于后加型或改造型。圖3為本發(fā)明實(shí)施例二一體式結(jié)構(gòu)之半圓形熱管型材結(jié)構(gòu)圖；仍以第一熱管2為例。所述的熱管與建筑型鋼為一體式，建筑型鋼是熱管的一部分。半圓形的第一熱管2與H型建筑立柱鋼I之間焊接而圍成具有傳熱工質(zhì)腔體20的熱管。一體式的結(jié)構(gòu)需要在鋼結(jié)構(gòu)廠將型鋼做成具有熱管功能的建筑構(gòu)件，到現(xiàn)場安裝。
圖4為本發(fā)明實(shí)施例三一體式結(jié)構(gòu)之矩形熱管型材結(jié)構(gòu)圖；與圖3不同之處在于，熱管的形狀和焊接位置的差異。新建鋼結(jié)構(gòu)建筑選用一體式結(jié)構(gòu)、新建筑物設(shè)計(jì)時(shí)直接進(jìn)行設(shè)計(jì)選型。在制作一體式具有熱管功能的型鋼時(shí)熱管內(nèi)壁與型鋼同時(shí)做脫脂、除銹、鈍化處理，尤其是在做熱管內(nèi)壁鈍化處理后，在表面形成致密的氧化膜，使得傳熱工質(zhì)與腔體的相容性較鈍化之前的大大提高，使用壽命長。鋼立柱和鋼梁可以如圖I所示設(shè)置各自獨(dú)立的熱管，也可將鋼立柱和鋼梁設(shè)計(jì)成具有一體式的連體熱管。所述的冷卻水噴淋系統(tǒng)，包括水泵、水泵與噴淋頭之間的連接管路，在冷凝段的熱管壁上設(shè)置有溫度傳感器，所述的傳感器發(fā)出信號控制與其電連接的水泵開啟和關(guān)閉。在熱管的冷卻段上方設(shè)有多個(gè)噴淋水裝置，噴淋裝置與水泵相連。熱管在溫差作用下工作，在蒸發(fā)段，工質(zhì)吸熱蒸發(fā)，將熱量迅速傳遞到冷凝段，將鋼結(jié)構(gòu)的溫度降低，在冷凝段遇到水后，工質(zhì)冷凝后在重力作用返回到蒸發(fā)段，把鋼結(jié)構(gòu)吸收到的熱量源源不斷地傳導(dǎo)出去， 成傳熱過程。冷凝段遇到冷水后，將冷水加熱變成高溫水和蒸汽，將熱量擴(kuò)散到環(huán)境中，完成散熱過程。確保鋼結(jié)構(gòu)溫度遠(yuǎn)低于其性能改變的溫度，保證了鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。在熱管冷凝段或蒸發(fā)段設(shè)有溫度傳感器(在第一熱管測溫點(diǎn)22，第二熱管測溫點(diǎn)32，第三熱管測溫點(diǎn)42和第四熱管測溫點(diǎn)52處均設(shè)有溫度傳感器)，與傳感器相連設(shè)有一套控制系統(tǒng)。當(dāng)冷卻段的溫度超過設(shè)定溫度時(shí)，(設(shè)定溫度=房頂受陽光輻射時(shí)的最高溫度+30°C)，傳感器發(fā)出信號啟動水泵電機(jī)啟動，開始噴水；當(dāng)火熄滅后，溫度傳感器恢復(fù)到斷開狀態(tài)，水泵停止工作。噴淋用水采用原有消防水池內(nèi)的水或其他方便的水源。為提高同樣長度冷凝散熱段的散熱能力，可在熱管表面焊接散熱鰭片，擴(kuò)大散熱面積，增強(qiáng)散熱能力，縮小散熱段占用空間。熱管的蒸發(fā)段和冷凝段的面積合理匹配，依據(jù)是建筑物內(nèi)可燃物的多少，諸如室內(nèi)的易燃品、可燃物量較多，可以適當(dāng)增長冷凝段長度，增大水泵功率和噴水量，以便火災(zāi)發(fā)生時(shí)快速降溫。制作熱管采用的鋼材與型鋼的材質(zhì)均為同一類碳鋼，相容性和焊接性能良好，熱管按照熱管的制造工藝和技術(shù)要求制作。熱管的優(yōu)點(diǎn)在于(1)、具有很高的導(dǎo)熱性和相當(dāng)大的傳熱能力，與銀、銅等金屬相比，單位重量的的熱管可傳遞的幾個(gè)數(shù)量級的熱量；(2)、啟動速度快，在溫差的作用下傳熱速度可達(dá)每秒幾米到十幾米，且不需外界動力，只需蒸發(fā)段和冷凝段的溫差啟動；(3)、均溫性能良好；(4)、可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離熱量傳輸，可以實(shí)現(xiàn)幾十米到百米以上的遠(yuǎn)距離無動力傳熱。具有熱管性能的型鋼施工一體式結(jié)構(gòu)型鋼和熱管是一體的，是一種增強(qiáng)型的型鋼，分離式結(jié)構(gòu)所使用的熱管是附著在鋼結(jié)構(gòu)上，在施工時(shí)可以按照建筑施工規(guī)范進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)施工。
權(quán)利要求
1.一種耐高溫的建筑鋼結(jié)構(gòu)，包括結(jié)構(gòu)為H型或C型的建筑型鋼，其特征是所述的建筑型鋼上沿長度方向設(shè)有用于傳熱的熱管，所述的熱管與建筑型鋼之間具有傳熱結(jié)合面，熱管的蒸發(fā)段位于室內(nèi)，熱管的冷凝段位于室外，在熱管的冷凝段設(shè)有冷卻水噴淋系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種耐高溫的建筑鋼結(jié)構(gòu)，其特征是，所述的熱管為重力熱管或內(nèi)壁加吸液芯的熱管。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種耐高溫的建筑鋼結(jié)構(gòu)，其特征是，所述的熱管與建筑型鋼為一體式，建筑型鋼是熱管的一部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種耐高溫的建筑鋼結(jié)構(gòu)，其特征是，所述的熱管與建筑型鋼為分體式，外加熱管被固定在建筑型鋼上，在傳熱結(jié)合面上涂有導(dǎo)熱硅脂。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種耐高溫的建筑鋼結(jié)構(gòu)，其特征是，所述的建筑型鋼包括鋼立柱和鋼梁。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種耐高溫的建筑鋼結(jié)構(gòu)，其特征是，所述的鋼立柱和鋼梁具有各自獨(dú)立的熱管。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種耐高溫的建筑鋼結(jié)構(gòu)，其特征是，所述的鋼立柱和鋼梁具有一體式的連體熱管。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種耐高溫的建筑鋼結(jié)構(gòu)，其特征是，在熱管的冷凝段設(shè)有散熱鰭片。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種耐高溫的建筑鋼結(jié)構(gòu)，其特征是，所述的熱管具有一個(gè)平面作為傳熱結(jié)合面，該熱管的平面部分與建筑型鋼的一個(gè)平面接觸。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種耐高溫的建筑鋼結(jié)構(gòu)，其特征是，所述的冷卻水噴淋系統(tǒng)，包括水泵、水泵與噴淋頭之間的連接管路，在冷凝段的熱管壁上設(shè)置有溫度傳感器，所述的傳感器發(fā)出信號控制與其電連接的水泵開啟和關(guān)閉。
全文摘要
一種耐高溫的建筑鋼結(jié)構(gòu),涉及建筑領(lǐng)域，用以解決火災(zāi)中鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低的問題。它包括結(jié)構(gòu)為H型或C型的建筑型鋼，所述的建筑型鋼上沿長度方向設(shè)有用于傳熱的熱管，所述的熱管與建筑型鋼之間具有傳熱結(jié)合面，熱管的蒸發(fā)段位于室內(nèi)，熱管的冷凝段位于室外，在熱管的冷凝段設(shè)有冷卻水噴淋系統(tǒng)。本發(fā)明不僅能夠防止和延緩鋼結(jié)構(gòu)性能降低，避免或降低建筑物受損程度，同時(shí)為建筑物中的人員爭取寶貴的逃生時(shí)間。
文檔編號E04B1/74GK102797291SQ201210335540
公開日2012年11月28日 申請日期2012年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月12日
發(fā)明者魏冉, 李致遠(yuǎn) 申請人:魏冉, 李致遠(yuǎn)