專利名稱：底框架結(jié)構(gòu)商住樓在火災(zāi)中倒塌時間的預(yù)報方法及儀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種底框架結(jié)構(gòu)商住樓在火災(zāi)中倒塌時間的預(yù)報方法及儀器，特別是涉及 了一種由鋼筋混凝土所建造的底框架結(jié)構(gòu)商住樓在火災(zāi)中倒塌時間的預(yù)報方法及儀器。
背景技術(shù)：
底框架結(jié)構(gòu)是指在建筑底部采用鋼筋混凝土框架體系，形成較大空間以作商業(yè)用房； 在建筑上部采用磚混結(jié)構(gòu)，常用作住宅。底框架結(jié)構(gòu)建筑物因其上部結(jié)構(gòu)自重較大，多建 在非地震區(qū)，底層房間火災(zāi)荷載較大，底層框架梁截面尺寸大，溫度內(nèi)力較大而耐火性差， 有可能在火災(zāi)中發(fā)生倒塌。如果在火災(zāi)撲救中滅火戰(zhàn)斗人員撤離過早，將錯過滅火時機， 撤離過遲，可能引發(fā)重大傷亡。準確預(yù)報底框架結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中發(fā)生倒塌的時間，盡可能延 長滅火時間，在倒塌發(fā)生前又能及時撤離，可有效提高滅火戰(zhàn)斗效能，同時能保證滅火人 員的安全。
目前，人們對底框架結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中倒塌時間僅憑經(jīng)驗進行判斷，還未見有關(guān)預(yù)報方法 及設(shè)備的報道。盡管人們可以用火災(zāi)動力學和建筑結(jié)構(gòu)耐火理論建立正常質(zhì)量標準的結(jié)構(gòu) 倒塌預(yù)報模型，但仍無法對具有結(jié)構(gòu)質(zhì)量缺陷的底框架結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中倒塌時間進行預(yù)報。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決底框架結(jié)構(gòu)商住樓在火災(zāi)中倒塌時間僅憑經(jīng)驗進行判斷無法較 準確預(yù)報倒塌時間這一問題，提供一種包括有結(jié)構(gòu)質(zhì)量缺陷的底框架結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中倒塌時 間的預(yù)報方法及現(xiàn)場觀測儀器。
為了完成本發(fā)明的目的，本發(fā)明采用以下方式實施
本發(fā)明的一種底框架結(jié)構(gòu)商住樓在火災(zāi)中倒塌時間的預(yù)報方法，其中
(1) 先將支架在距待觀測建筑物的安全距離處架設(shè)穩(wěn)固，將數(shù)碼照相機和望遠鏡對 接后安裝在支架上，并將其視頻輸出連接至電腦，此后保持照相機位置不變；
(2) 通過待觀測建筑物外墻上的窗戶，用數(shù)碼照相機清晰地拍攝到建筑物火災(zāi)層上 一層室內(nèi)內(nèi)墻上的一幅固定尺寸的圖像，采集并顯示于電腦的屏幕上；
(3) 在該圖像中選擇一個發(fā)光體或暗區(qū)邊界作為參考點，記錄該參考點的特征信 息，通過掃描確定該參考點在圖像中的坐標；
(4) 當建筑物下部的柱子受熱膨脹或破壞產(chǎn)生壓縮變形后，該參考點在所攝圖像中 其位置發(fā)生變化，通過對新拍攝的圖像掃描、重新確定該參考點在圖像中新的坐標；
(5) 電腦定時對傳送來的圖像進行保存和放大，通過連續(xù)拍攝和掃描，計算出參考 點在相鄰拍攝的圖像中的坐標變化增量，從而得到建筑物下部的柱子的豎向變形；
(6) 當建筑物下部的柱子的豎向變形由大致穩(wěn)定轉(zhuǎn)向縮短時，建m物進入破壞階
段，可發(fā)出黃色預(yù)警；當建筑物下部的柱子總變形達到初始變形值時發(fā)出橙色預(yù)警；當建 筑物下部的柱子的變形急劇增大，總壓縮變形達到最大伸長變形值時，發(fā)出紅色預(yù)警即最 后倒塌預(yù)警；
本發(fā)明的底框架結(jié)構(gòu)商住樓在火災(zāi)中倒塌時間的預(yù)報方法，其中所述望遠鏡是具有 200—500倍放大倍數(shù)的望遠鏡；
本發(fā)明的底框架結(jié)構(gòu)商住樓在火災(zāi)中倒塌時間的預(yù)報方法，其中所述數(shù)碼照相機至 少是1020萬像素的數(shù)碼照相機，圖像分辨率達到3872X2592，在垂直方向上將有2592 個點，所采集圖像垂直方向的實際尺寸在80—120mm;
本發(fā)明的底框架結(jié)構(gòu)商住樓在火災(zāi)中倒塌時間的預(yù)報方法，其中所述步驟(3)中 的特征信息為亮度和連通性
本發(fā)明的底框架結(jié)構(gòu)商住樓在火災(zāi)中倒塌時間的預(yù)報方法，其中所述步驟(1)中 的安全距離為50 100米；
本發(fā)明的底框架結(jié)構(gòu)商住樓在火災(zāi)中倒塌時間的預(yù)報方法，其中所述步驟(5)中
的定時為5秒一5分鐘；
本發(fā)明的底框架結(jié)構(gòu)商住樓在火災(zāi)中倒塌時間的預(yù)報方法所使用的儀器，其中它包
括支架、數(shù)碼照相機、望遠鏡和電腦，望遠鏡對接在數(shù)碼照相機的鏡頭上，數(shù)碼照相機
架設(shè)在支架上，數(shù)碼照相機通過信息線與電腦相連；
本發(fā)明的底框架結(jié)構(gòu)商住樓在火災(zāi)中倒塌時間的預(yù)報方法所使用的儀器，其中所述 數(shù)碼照相機至少是1020萬像素的、所述望遠鏡是具有200 — 500倍放大倍數(shù)的望遠鏡，所 述電腦為便攜式筆記本電腦
本發(fā)明的底框架結(jié)構(gòu)商住樓在火災(zāi)中倒塌時間的預(yù)報方法所使用的儀器，其中所述 支架為高度和角度均可調(diào)節(jié)的支架；
本發(fā)明的底框架結(jié)構(gòu)商住樓在火災(zāi)中倒塌時間的預(yù)報方法所使用的儀器，其中所述 儀器還包括輔助光源。 '
使用本發(fā)明方法及儀器，可以在火災(zāi)中連續(xù)跟蹤底框架結(jié)構(gòu)建筑物在豎向的變形，進
而對其倒塌時間進行預(yù)報，為火場指揮員提供撤離的決策依據(jù)，在保證滅火戰(zhàn)斗人員安全 的前提下盡可能延長滅火時間，提高滅火效能。


圖1是本發(fā)明的一種底框架結(jié)構(gòu)商住樓在火災(zāi)中倒塌吋間的預(yù)報方法及使用的儀器的 示意圖2是在耐火試驗中鋼筋混凝土柱的伸長、壓縮變化與時間關(guān)系的曲線圖。
具體實施例方式
如圖1所示，先將支架4在距待觀測建筑物6的50 100米的安全距離處架設(shè)穩(wěn)固， 將具有200 — 500倍放大倍數(shù)的望遠鏡8與數(shù)碼照相機1對接好后安裝在支架4上，并將 其視頻輸出連接至筆記本電腦3。此后保持照相機1位置不變。望遠鏡10的放大倍數(shù)可 達200 —500倍，最好為400倍，通過待觀測建筑物6外墻上的窗戶，可以清晰地拍攝到 建筑物6火災(zāi)層上一層室內(nèi)內(nèi)墻上的一幅固定尺寸的圖像7，并通過數(shù)碼照相機1采集并 顯示于筆記本電腦3的屏幕上p在筆記本電腦3上通過常用處理軟件定時對傳送來的圖像 進行保存和放大。根據(jù)測量時段不同需求，電腦3在5秒-5分鐘的時間范圍內(nèi)對傳送來 的圖像進行保存和放大。在該圖像7中選擇一個發(fā)光體或暗區(qū)邊界作為參考點，記錄該參 考點的特征信息，如亮度和連通性等，并且記錄下該參考點在圖像中的坐標。當建筑物6 下部的柱子受熱膨脹或破壞產(chǎn)生壓縮變形后，該參考點在所攝圖像7中其位置發(fā)生變化， 通過對新拍攝的圖像7掃描、對比找到該參考點的特征信息以識別出該點，計算其坐標， 即參考點在圖像中新的坐標位置。通過連續(xù)拍攝和掃描，計算出參考點在相鄰拍攝的圖像 7中的坐標變化增量，從而得到建筑物6下部的柱子的豎向變形。
底框架結(jié)構(gòu)建筑物6在火災(zāi)中的倒塌是由于底部的鋼筋混凝土框架柱子受到火災(zāi)高溫 嚴重損傷而失效引起的。試驗研究表明，鋼筋混凝土柱在火災(zāi)下的失效與其軸向變形具有 很強的關(guān)聯(lián)性。圖2為柱變形-時間關(guān)系。變形正值為膨脹，負值為壓縮。
柱子在加熱初期結(jié)構(gòu)尚未損傷，不產(chǎn)生新的壓縮變形，柱受熱后膨脹伸長；此后，柱 截面產(chǎn)生一定的損傷和壓縮變形，其值和伸長變形大致相當，整體變形趨于穩(wěn)定；在火災(zāi) 后期，柱子截面平均溫度進一步升高產(chǎn)生較大程度的破壞，壓縮變形(包括側(cè)向變形增大 引起的縮短)大于伸長變形，總壓縮變形急劇增大，進而發(fā)生倒塌。
所以，本發(fā)明的預(yù)報方法的原理是利用建筑物6的柱子在火災(zāi)中的軸向變形來預(yù)報底 框架結(jié)構(gòu)建筑物在火災(zāi)中的倒塌時間。當柱子變形由大致穩(wěn)定轉(zhuǎn)向縮短時(如圖2曲線的 最高點)，新的壓縮破壞變形大于熱伸長變形，柱子進入破壞階段，可發(fā)出黃色預(yù)警；當柱子總變形達到初始變形值時(如圖2曲線穿過坐標軸)，發(fā)出橙色預(yù)警；當柱子壓縮變 形急劇增大，總壓縮變形達到最大變形諄時(如圖2曲線繼續(xù)下降，下降處距坐標軸的距 離達到曲線的最高點距坐標軸的距離)，發(fā)出紅色預(yù)警即最后倒塌預(yù)警。指揮員可據(jù)此下 達撤離命令，保護滅火人員安全。
建筑物6的豎向變形觀測精度應(yīng)不小于0. lmm。
當光學變焦的放大倍數(shù)調(diào)至200倍時，采用1020萬像素的數(shù)碼照相機1，圖像分辨率 將達到3872X2592，在垂直方向上將有2592個點，所采集圖像垂直方向的實際尺寸將控 制在80 —120mm,最好為100mm。這樣在垂直方向上的精度將能達到100/2592mm，即 0. 0386圓。完全滿足0. lmm的使用要求。
筆記本電腦3中的常用圖象處理軟件可自動選取發(fā)光體或暗區(qū)作為參考點，并轉(zhuǎn)化成 如圖2所示的建筑物6豎向變形與時間的關(guān)系曲線。在圖2中試驗的受火高度為3m，加 載比率為0.72,而實際結(jié)構(gòu)的受火高度至少為4.5m，加載比率為0.5-0.6。
在夜間使用時，可調(diào)高數(shù)碼照相機的感光度，增大光圈，使其具有一定的夜視能力， 或采用輔助光源照射目標。
本發(fā)明底框架結(jié)構(gòu)商住樓在火災(zāi)中倒塌時間的預(yù)報方法所使用的儀器包括支架4、 數(shù)碼照相機l、望遠鏡8、電腦3和輔助光源5，將數(shù)碼照相機1與望遠鏡10對接好后架 設(shè)在支架4上，數(shù)碼照相機1通過信息線2與電腦3相連，輔助光源5發(fā)出的光線對著數(shù) 碼照相機l所拍攝的圖像。
數(shù)碼照相機1至少是1020萬像素的照相機、望遠鏡10的放大倍數(shù)應(yīng)達到200—500 倍，電腦4為便攜式筆記本電腦；支架4為高度和角度均可調(diào)節(jié)的支架。
以上實施例只是對本發(fā)明的解釋，不是對發(fā)明的限定，本發(fā)明所限定的范圍參見權(quán)利 要求，在不違背本發(fā)明的精神的情況下，本發(fā)明可以作任何形式的修改。
權(quán)利要求
1.一種底框架結(jié)構(gòu)商住樓在火災(zāi)中倒塌時間的預(yù)報方法，其特征在于(1)先將支架(4)在距待觀測建筑物(6)的安全距離處架設(shè)穩(wěn)固，將數(shù)碼照相機(1)與望遠鏡(8)對接后安裝在支架(4)上，并將其視頻輸出連接至電腦(3)，此后保持照相機(3)位置不變；(2)通過待觀測建筑物(6)外墻上的窗戶，用數(shù)碼照相機(1)清晰地拍攝到建筑物(6)火災(zāi)層上一層室內(nèi)內(nèi)墻上的一幅固定尺寸的圖像(7)，將該圖像(7)采集并顯示于電腦(3)的屏幕上；(3)在該圖像(7)中選擇一個發(fā)光體或暗區(qū)邊界作為參考點，記錄該參考點的特征信息，通過掃描確定該參考點在圖像中的坐標；(4)當建筑物(6)下部的柱子受熱膨脹或破壞產(chǎn)生壓縮變形后，該參考點在所攝圖像中其位置發(fā)生變化，通過對新拍攝的圖像(7)掃描、重新確定該參考點在圖像中新的坐標；(5)電腦(3)定時對傳送來的圖像進行保存和放大，通過連續(xù)拍攝和掃描，計算出參考點在相鄰拍攝的圖像(7)中的坐標變化增量，從而得到建筑物(6)下部的柱子的豎向變形；(6)當建筑物(6)下部的柱子的豎向變形由大致穩(wěn)定轉(zhuǎn)向縮短時，建筑物(6)下部的柱子進入破壞階段，可發(fā)出黃色預(yù)警；當建筑物(6)下部的柱子的總變形達到初始變形值時發(fā)出橙色預(yù)警；當建筑物(6)下部的柱子變形急劇增大，總壓縮變形達到最大伸長變形值時，發(fā)出紅色預(yù)警即最后倒塌預(yù)警。
2. 如權(quán)利要求1所述的底框架結(jié)構(gòu)商住樓在火災(zāi)中倒塌時間的預(yù)報方法，其特征在 于所述望遠鏡(8)為具有200 — 500放大倍數(shù)的望遠鏡。
3. 如權(quán)利要求2所述的底框架結(jié)構(gòu)商住樓在火災(zāi)中倒塌時間的預(yù)報方法，其特征在 于所述數(shù)碼照相機(1)是至少為1020萬像素的數(shù)碼照相機，圖像分辨率將達到3872 X2592，在垂直方向上有2592個點，所采集圖像垂直方向的實際尺寸在80—120mm。
4. 如權(quán)利要求3所述的底框架結(jié)構(gòu)商住樓在火災(zāi)中倒塌時間的預(yù)報方法，其特征在 于所述步驟(3)中的特征信息為亮度和連通性。
5. 如權(quán)利要求4所述的底框架結(jié)構(gòu)商住樓在火災(zāi)中倒塌時間的預(yù)報方法，其特征在 于所述步驟(1)中的安全距離為50 100米。
6. 如權(quán)利要求5所述的底框架結(jié)構(gòu)商住樓在火災(zāi)中倒塌時間的預(yù)報方法，其特征在于所述步驟(5)中的定時為5秒一5分鐘。
7. 如權(quán)利要求1所述的底框架結(jié)構(gòu)商住樓在火災(zāi)中倒塌時間的預(yù)報方法所使用的儀器，其特征在于它包括支架(4)、數(shù)碼照相機(1)，望遠鏡(8)和電腦(3)，其中望遠鏡(8)對接在數(shù)碼照相機(1)的鏡頭上，數(shù)碼照相機(1)架設(shè)在玄架(4)上，數(shù) 碼照相機(1)通過信息線(2)與電腦(4)相連。
8. 如權(quán)利要求7所述儀器，其特征在于所述數(shù)碼照相機(1)至少是1020萬像素的數(shù)碼照相機、所述望遠鏡(10),具有200—500倍放大倍辨的望遠鏡，所述電腦(3) 為便攜式筆記本電腦。
9. 如權(quán)利要求8所述儀器，其特征在于所述支架(4)為高度和角度均可調(diào)節(jié)的支架。
10. 如權(quán)利要求7或8或9所述儀器，其特征在于所述儀器還包括輔助光源(9)。
全文摘要
本發(fā)明底框架結(jié)構(gòu)商住樓在火災(zāi)中倒塌時間的預(yù)報方法，先將支架在距待觀測建筑物的安全距離處架設(shè)穩(wěn)固，將數(shù)碼照相機與望遠鏡對接后安裝在支架上，并將數(shù)碼照相機的視頻輸出連接至電腦，通過待觀測建筑物外墻窗戶，用數(shù)碼照相機拍攝到建筑物火災(zāi)層上一層室內(nèi)墻上一幅固定尺寸的圖像，在該圖像中選擇一個參考點，通過掃描確定該參考點在圖像中的坐標，通過多次拍攝計算出該參考點在相鄰拍攝的圖像中的坐標變化增量，從而得到建筑物下部的柱子的豎向變形；當建筑物下部的柱子的變形急劇增大，總壓縮變形達到最大伸長變形值時，發(fā)出最后倒塌預(yù)警；使用該方法及儀器，可以在火災(zāi)中連續(xù)跟蹤底框架結(jié)構(gòu)建筑物下部的柱子在豎向的變形對倒塌時間進行預(yù)報。
文檔編號G01B11/16GK101201244SQ20071030396
公開日2008年6月18日 申請日期2007年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月24日
發(fā)明者屈立軍, 王興波 申請人:中國人民武裝警察部隊學院