Огнестойкая металлическая конструкция

 

Изобретение может быть использовано в области наземного строительства при сооружении огнестойких металлических конструкций многоэтажных стоянок для автомобилей. Сущность изобретения: конструкция состоит из каркаса, образованного стойками 1 и балками 2, в полостях которых установлены с зазорами относительно их стенок стержни 8, 9. Указанные полости заполнены жидкостью и сообщены между собой трубками 7. Стержни 9 выполнены с наклонными канавками. При нагреве балки 2 конвенционные потоки жидкости стремятся в зазор 11, при этом, двигаясь по канавкам 12, потоки получают горизонтальный импульс, направляющий их по зазору 11 в менее нагретую часть балки 2, а при более интенсивном нагреве и в полость стойки 1. Тем самым предупреждается закипание жидкости, перегрев балки 2 и потеря ею несущей способности. 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к наземному строительству и может быть использовано при сооружении огнестойких металлических конструкций многоэтажных стоянок для автомобилей.

Известно техническое решение, позволяющее снизить возможность перегрева несущих элементов и сохранить грузонесущую способность каркаса из трубчатых несущих элементов, полости которых заполнены охлаждающей текучей средой [1] .

Наиболее близким техническим решением является огнестойкая металлическая конструкция, содержащая каркас из трубчатых вертикальных и горизонтальных элементов, полости которых заполнены охлаждающей жидкостью [2].

Общим недостатком известных решений является то, что в данной конструкции охлаждение несущих элементов осуществляется за счет постоянного принудительного циркулирования охлаждающей жидкости, что требует постоянных энергозатрат на привод агрегата, подающего охлаждающую жидкость. Кроме того, не гарантируется сохранение грузонесущей способности каркаса при отказе указанного агрегата.

Изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в сохранении грузонесущей способности конструкции при воздействии открытого огня путем обеспечения самопроизвольного циркулирования охлаждающей среды от нагреваемого участка несущего элемента к более холодному участку и наоборот, а также уменьшения расхода охлаждающей среды и дополнительного увеличения грузонесущей способности элементов.

Указанный технический результат достигается тем, что в огнестойкой металлической конструкции, содержащей каркас из трубчатых вертикальных и горизонтальных несущих элементов, полости которых заполнены охлаждающей жидкостью, горизонтальные несущие элементы снабжены продольными стержнями, расположенными с зазором относительно стенок несущего элемента и выполненными из негорючего материала с винтовой или наклонными канавками, или с наклонными к горизонтали лопатками на их поверхностях с образованием конвенционных потоков жидкости вдоль продольной оси несущих элементов или от середины последних к их противоположным концам.

Кроме того, стержни могут быть выполнены прямоугольным поперечным сечением, лопатки размещены на их вертикальных гранях; вертикальные несущие элементы могут быть снабжены продольными стержнями из негорючего материала, расположенными с зазором относительно стенок несущих элементов; стержни могут быть выполнены из бетона или керамики цельными или составными; стержни могут быть выполнены в виде металлических герметичных сосудов, жестко закрепленных в полостях несущих грузонесущих элементов, полости вертикальных и горизонтальных несущих элементов могут быть сообщены между собой, горизонтальные и вертикальные несущие элементы могут быть соединены между собой с образованием сборочных модулей, полости всех сборочных модулей могут быть объединены в общий контур.

Использование в качестве охлаждающей среды жидкости и наличие в горизонтальных несущих элементах продольных стержней из негорючего материала, выполненных со средствами для смещения конвекционных потоков жидкости от места нагрева к участкам несущих элементов с более низкой температурой, позволяет отказаться от агрегатов принудительного циркулирования охлаждающей среды за счет конвекционного теплообмена. Объединение полостей несущих элементов в общий контур обеспечивает эффективный теплообмен между разными несущими элементами, хорошее рассеивание избыточной тепловой энергии и тем самым надежно предохраняет металлоконструкцию от перегрева. Наличие стержней способствует уменьшению необходимого расхода жидкости и увеличению как огнестойкости вследствие увеличения несущей способности элементов, так и поглощение тепла на их нагрев до температуры не выше температуры кипения жидкости.

Кроме того, система конвективного охлаждения металлической конструкции может выполнять обратную функцию, т.е. является системой отопления.

На фиг. 1 изображен фрагмент огнестойкой металлической конструкции; на фиг. 2 узел А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 2; на фиг. 4 - сечение В-В на фиг. 1.

Огнестойкая металлическая конструкция состоит из каркаса, образованного вертикальными несущими элементами, представляющими собой полые стойки 1, и горизонтальными несущими элементами, образующими перекрытия и представляющими собой полые балки 2, 3, которые жестко связаны (посредством сварки) со стойками 1. Полости балок 2, 3 сообщены между собой и с полостями стоек 1.

Сообщение полостей балок 2 и 3 может быть осуществлено, как показано на фиг. 4 через отверстия 4, 5, выполненные в боковой стенке балки 2, являющейся одновременно торцевой стенкой, ограничивающей полость балки 3.

Торцевые стенки балок 2 в местах соединения со стойками 1 (фиг. 2) могут быть образованы заглушками 6, при этом сообщение полости балки 2 с полостью стойки 1 может быть осуществлено посредством трубок 7, подсоединенных к отверстиям в боковых стенках стоек 1 и в верхних и нижних стенках балки 2.

Таким образом полости стоек 1 и балок 2 объединены в общий контур, заполненный охлаждающей жидкостью, предпочтительно с низкой температурой замерзания типа "антифриз".

В полостях стоек 1 установлены продольные стержни 8, а в полостях балок 2, 3 продольные стержни 9. Между стержнями 8, 8 и стенками стоек 1 балок 2.3 образованы соответственно зазоры 10, 11.

Стержни 8 выполнены гладкими, а стержни 9 со средствами для смещения конвекционных потоков (показано стрелками), жидкости вдоль оси балки 2, 3. Указанные средства могут быть выполнены в виде винтовых или наклонных канавок 12, в виде наклонных лопаток или ребер (не показаны) на боковых поверхностях стержня 9 или в виде шнека (не показан), выполненного на поверхности стержня 9.

Стержни 8, 9 выполнены из негорючего материала, например из керамики или бетона, сплошными или составными из нескольких укороченных частей. Возможно выполнение стержней 8, 9 армированными с заделкой арматуры в торцовые стенки балок 2, 3, а также в виде металлических герметичных сосудов, жестко закрепленных в балках 2, 3 или стойках 1.

В предпочтительном варианте выполнения (фиг. 3, 4) стойки 1 и балки 2, 3, образованы трубами, сваренными из швеллеров 13, 14 а стержень 8 выполнен с прямоугольным поперечным сечением и образует зазоры 15 со стенками трубы, опираясь ребрами на полки швеллеров 13, 14.

Средства для смещения конвекционных потоков заранее формируются на поверхности стержня 8, 9, после чего стержень 8, 9 вставляют в сваренную трубу, или закладывают в трубу до ее сварки.

Перечисленные средства для смещения конвекционных потоков могут быть использованы для смещения указанных потоков от середины балки к ее противоположным концам, т.е. для разделения указанных потоков по двум направлениям.

Отдельные группы стоек 1 и балок 2, 3 могут быть предварительно смонтированы в сборочные модули, из которых составляют каркас конструкции, при этом полости элементов модулей объединяют в общий контур.

При возникновении очага пожара происходит нагрев балок 2, 3 перекрытия и соответственно находящейся в них жидкости. Конвекционные потоки нагретой жидкости стремятся подняться из нижнего зазора между стержнем 9 и стенкой балки 2 в верхний зазор 11, при этом наличие наклонных канавок 12 придает потокам жидкости горизонтальный импульс, обеспечивая их смещение по зазору 11 в менее нагретую часть балки. В зависимости от интенсивности нагрева область циркуляции жидкости в балке расширяется и может включить в себя зазоры 10 в полостях стоек 1 и полости других балок. Таким образом, предупреждается закипание жидкости, также перегрев несущего элемента (балки) в зоне очага возгорания, а следовательно, и сохранение его грузонесущей способности.

Для улучшения грузонесущих свойств балок 2, 3 последние могут быть изготовлены из биметаллических материалов, при этом материал верхней части балки должен иметь коэффициент теплового расширения больше, чем у нижней ее части. В данном случае уменьшается возможность прогиба балки 2, 3 при нагреве.

Конструкция может быть оборудована антикоррозионной защитой, например, катодной защитой.

Общий контур, образованный полостями стоек 1 и балок 2, 3 может быть оборудован расширительным баком и при его использовании как системы отопления подключен к тепломагистрали.

Формула изобретения

1. ОГНЕСТОЙКАЯ МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ КОНСТРУКЦИЯ, включающая каркас из трубчатых вертикальных и горизонтальных несущих элементов, полости которых заполнены охлаждающей жидкостью, отличающаяся тем, что горизонтальные несущие элементы снабжены продольными стержнями, расположенными в их полостях с зазором относительно стенок, и выполнены из негорючего материала с винтовой или наклонными канавками, или с наклонными к горизонтали лопатками на их поверхностях, или в виде шнека с образованием конвенционных потоков жидкости вдоль продольной оси горизонтальных несущих элементов или от середины последних к их противоположным концам.

2. Конструкция по п.1, отличающаяся тем, что стержни имеют прямоугольное поперечное сечение, а лопатки размещены на их вертикальных гранях.

3. Конструкция по п.1, отличающаяся тем, что вертикальные несущие элементы снабжены продольными стержнями, расположенными в их полостях с зазором относительно стенок и выполненными из негорючего материала.

4. Конструкция по пп.1 и 3, отличающаяся тем, что стержни выполнены из бетона.

5. Конструкция по пп.1 и 3, отличающаяся тем, что стержни выполнены из керамики.

6. Конструкция по пп.1 и 3, отличающаяся тем, что стержни выполнены составными.

7. Конструкция по пп.1 и 3, отличающаяся тем, что стержни выполнены в виде металлических герметичных сосудов, жестко закрепленных в полостях несущих элементов.

8. Конструкция по п.1, отличающаяся тем, что полости вертикальных и горизонтальных несущих элементов сообщены между собой.

9. Конструкция по п.1, отличающаяся тем, что горизонтальные и вертикальные несущие элементы соединены между собой с образованием сборочных модулей.

10. Конструкция по п.9, отличающаяся тем, что полости несущих элементов всех сборочных модулей объединены в общий контур.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4