熱管式耐溫鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)與研究

魏冉+魏崎峰

【摘 要】 本論文涉及建筑領(lǐng)域，特別是涉及一種具有熱管功能的復(fù)合型建筑鋼結(jié)構(gòu)。具體地說是當(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（或熱管冷壁）將鋼結(jié)構(gòu)的熱量傳遞到建筑外部，通過室外的水冷卻將熱量放散到環(huán)境中，從而降低鋼結(jié)構(gòu)的溫度，防止或延緩房屋鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度因高溫而降低的裝置，并通過實(shí)驗(yàn)證明其可行性。

【關(guān)鍵詞】 熱管 鋼結(jié)構(gòu) 耐火 耐高溫

1 前言

鋼結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)度高、施工快捷、塑性韌性好、制造簡(jiǎn)便、裝配高效等優(yōu)點(diǎn)，成為人們樂于采用的比較理想的一種建筑結(jié)構(gòu)。但是鋼材耐熱不耐高溫，隨著溫度升高到一定程度，強(qiáng)度就大幅度降低，一旦發(fā)生火災(zāi)，鋼結(jié)構(gòu)就可能在內(nèi)部溫度達(dá)到500—600℃時(shí)發(fā)生垮塌。因此，針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行防火保護(hù)是非常重要的。

目前國(guó)內(nèi)的鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)時(shí)間是按照《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》、《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》所規(guī)定的建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件耐火極限來確定的。與建筑防火的其它方面一樣，依據(jù)處方式設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行建筑耐火設(shè)計(jì)也存在諸多問題，例如，不少建筑物的火災(zāi)荷載相差很大，但根據(jù)處方式設(shè)計(jì)規(guī)范卻要求它們具有相同的耐火性能，這顯然是不合理的[1]。

也有報(bào)道稱，鋼結(jié)構(gòu)通常在450—650℃溫度中就會(huì)失去承載能力，發(fā)生很大的變形，導(dǎo)致鋼柱、鋼梁彎曲形變，而不能繼續(xù)使用，一般不加保護(hù)的鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限為0.25h，與建筑物耐火極限標(biāo)準(zhǔn)的差距很大。也正是這一缺點(diǎn)制約了鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和發(fā)展[2]。

美國(guó)9.11事件，世貿(mào)中心雙塔被恐怖份子用民航客機(jī)自殺式撞擊發(fā)生大火，鋼結(jié)構(gòu)在高溫下失去強(qiáng)度而變軟，最終倒塌。2009年2月9日，在建的中央電視臺(tái)新臺(tái)址園區(qū)文化中心發(fā)生特別重大火災(zāi)事故，由于滅火及時(shí)，僅造成直接經(jīng)濟(jì)損失16383萬元，如果滅火不及時(shí)，后果不堪想象。國(guó)內(nèi)外鋼結(jié)構(gòu)建筑物的火災(zāi)案例都證明，發(fā)生火災(zāi)后20分鐘以內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)建筑物就會(huì)有被燒垮的威脅。特別是9.11事件后，鋼結(jié)構(gòu)的致命缺陷即考高溫能力差的問題引起業(yè)界的普遍關(guān)注[3]。

我們可以相信，這兩個(gè)大型鋼結(jié)構(gòu)建筑物在設(shè)計(jì)時(shí)，有關(guān)防火涂料和耐溫措施肯定是經(jīng)過專家們反復(fù)論證過的，但為什么還會(huì)出現(xiàn)高溫失去強(qiáng)度、甚至坍塌的事故呢？究其原因就是：其選用的阻熱系數(shù)再高的涂料和保溫材料，也經(jīng)不起長(zhǎng)時(shí)間高溫的烘烤。

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(chǎng)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(chǎng)溫度。綜上所述，無論采用哪種方式都是通過被動(dòng)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，還受到滅火時(shí)間的限制，如果滅火時(shí)間太長(zhǎng)，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(huì)大大削弱，鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度降低或喪失金屬?gòu)?qiáng)度造成鋼結(jié)構(gòu)坍塌。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。

綜上所述，目前鋼結(jié)構(gòu)防火的方法和措施都停留在通過在表面增加熱阻大的材料來實(shí)現(xiàn)的的，還沒有出現(xiàn)一種新的方法能夠在鋼結(jié)構(gòu)遇熱后、鋼結(jié)構(gòu)本身能夠迅速、主動(dòng)地將熱量散到室外，從而始終保持鋼結(jié)構(gòu)處于低溫狀態(tài)，保持鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不變。這種方式就是把鋼結(jié)構(gòu)做成一種具有熱管功能的鋼結(jié)構(gòu)，來解決鋼結(jié)構(gòu)的抗高溫能力的問題。

還有報(bào)道稱：低碳鋼鋼材的導(dǎo)熱性能非常好，如果火災(zāi)中鋼材沒有相應(yīng)的隔熱保護(hù)，其會(huì)由于受熱升溫很快就會(huì)產(chǎn)生變形或者承載力降低。在常溫環(huán)境中鋼材的導(dǎo)熱率約為54W/（m.k）當(dāng)溫度升至800度以上時(shí)，熱導(dǎo)率就會(huì)降低一半。鋼材的熱膨脹系數(shù)（a）可以由下面公式表示：

A=6.1*10-6+3.96-9 △T

其中，△T為熱梯度。

廠房用的鋼材臨界溫度通常在538℃—594℃之間，所以如果沒有防火保護(hù)的鋼結(jié)構(gòu)雖然不是燃燒體，但仍不耐火，特別是輕鋼結(jié)構(gòu)中的腹桿、桁架等，在沒有防火措施的情況下受災(zāi)五到十分鐘就會(huì)垮塌[4]。

從被動(dòng)防御火災(zāi)或耐受高溫方面的思路出發(fā)，希望鋼結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱系數(shù)越小、熱阻值越大、能夠抗高溫的時(shí)間越長(zhǎng)、抗高溫能力越強(qiáng)。因此，通常在鋼結(jié)構(gòu)表面涂覆阻熱、耐溫材料實(shí)現(xiàn)防火功能。

具有熱管傳熱性能的建筑鋼結(jié)構(gòu)，是利用鋼材良好的導(dǎo)熱性能，將熱管和鋼結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起，形成一種新型的鋼結(jié)構(gòu)，在遇到火災(zāi)時(shí)迅速啟動(dòng)傳熱，通過熱管將熱量源源不斷地傳遞到建筑外邊，通過外部水冷卻后，始終保持鋼結(jié)構(gòu)處于低溫狀態(tài)，從而保證鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。

2 熱管簡(jiǎn)介

（1）熱管概念：熱管是由密閉的金屬管殼和灌裝在管殼內(nèi)的傳熱工質(zhì)構(gòu)成的傳熱元件，分為三部分受熱段（蒸發(fā)段）、絕熱段和散熱段（冷凝段），當(dāng)受熱段的工質(zhì)受熱后迅速蒸發(fā)，在散熱段將熱量散掉后工質(zhì)冷凝，沿內(nèi)壁面返回受熱端，如此循環(huán)往復(fù)，形成一個(gè)不斷傳熱、散熱過程。用于鋼結(jié)構(gòu)方面的熱管可采用兩相閉式熱虹吸管（又成為重力熱管）。

熱管具有優(yōu)良導(dǎo)熱性、優(yōu)良的等溫性、熱流密度可變性、熱二極管性、環(huán)境適應(yīng)性[5]、遠(yuǎn)距離傳輸性。利用環(huán)境適應(yīng)性將熱管與鋼結(jié)構(gòu)結(jié)合為熱管復(fù)合式鋼結(jié)構(gòu)，利用熱流密度的可變性，通過采用冷、熱兩側(cè)的不同的流體介質(zhì)、調(diào)節(jié)吸熱段和散熱段的換熱面積實(shí)現(xiàn)受熱端耐受1000℃的功能，利用熱二極管性、導(dǎo)熱性、等溫性和遠(yuǎn)距離傳輸型實(shí)現(xiàn)在均溫狀態(tài)下將熱量由建筑物內(nèi)部通過熱管傳遞到建筑物外部、上部，通過外部的水冷卻，將熱管的壁溫調(diào)整到需要的溫度。

（2）熱管選?。哼x取熱管時(shí)，首先推薦使用渠氏熱超導(dǎo)技術(shù)[6]，渠氏熱超導(dǎo)管的導(dǎo)熱系數(shù)是白銀導(dǎo)熱系數(shù)30000萬倍，即為14MW/mK。采用不同的熱量計(jì)測(cè)得的最大熱流密度為2.5*106W/m2，此值僅因受到加熱設(shè)備所限，不能提供較大的輸入功率，并非熱超導(dǎo)管本身不能達(dá)到更高的傳熱能力。（原文：CONCLUSIONS：2.At 2.5*6Wm-2，the ratio of Keff to the thermal conduction of silver was greater than 30，000。3.The maximum heat flux density measured using differenters was2.5*106W/m2.This is limited only by the inability to achieve higher input power not by failure of the Supertube tn conduct heat.Equipment upgrade for achieving higher heat flux is in progress for per forming more experiments[7]）。在實(shí)驗(yàn)室測(cè)得的熱超導(dǎo)管的軸向熱流密度可達(dá)27.2WM/m2，徑向熱流密度可達(dá)158KW/m2。endprint

熱超導(dǎo)管的導(dǎo)熱系數(shù)是碳鋼的25.9萬倍，即便是普通鋼水熱管的導(dǎo)熱系數(shù)也能達(dá)到7*103W/mk，是普通碳鋼導(dǎo)熱系數(shù)的100多倍。

3 熱管式耐溫鋼結(jié)構(gòu)

3.1 熱管型耐溫鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)及工作原理

熱管型耐溫鋼結(jié)構(gòu)熱管式建筑鋼結(jié)構(gòu)以鋼結(jié)構(gòu)與熱管緊密結(jié)合，形成一種熱管式鋼結(jié)構(gòu)，以此作為一種新型的耐溫鋼結(jié)構(gòu)，系魏冉女士、李致遠(yuǎn)先生的實(shí)用新型專利[10]（ZL 2012 2 0464975.6，目前正在申請(qǐng)本發(fā)明的發(fā)明專利）。

該鋼結(jié)構(gòu)既具有鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度作用又具有熱管主動(dòng)傳熱、散熱的特性。該裝置主要工作元件是熱管（重力熱管或內(nèi)壁加吸液芯的熱管），與建筑型鋼結(jié)合有兩種結(jié)構(gòu)方式。一種是分離式另一種是一體式，分離式結(jié)構(gòu)的特征是：外加熱管被緊固在房屋立柱和鋼梁上，使得鋼結(jié)構(gòu)具有熱管的無動(dòng)力傳熱、散熱的能力。一體式結(jié)構(gòu)的特征是：立柱、鋼梁等型鋼是熱管的一部分，是具有熱管功能的復(fù)合型鋼結(jié)構(gòu)。

鋼結(jié)構(gòu)建筑的立柱和鋼梁一般采用一般用H型鋼或者C型鋼。該裝置室內(nèi)部分為蒸發(fā)段（吸熱段）、冷凝段（放熱段）穿出屋頂延伸出適當(dāng)長(zhǎng)度作為冷凝段。為提高同樣長(zhǎng)度冷凝散熱段的散熱能力，可在熱管表面焊接鰭片，擴(kuò)大散熱面積，增強(qiáng)散熱能力，縮小散熱段占用空間，如圖1所示。

（1）對(duì)于熱管與型鋼分離式結(jié)構(gòu)的兩者結(jié)合面設(shè)計(jì)：熱管的截面有一面為平面，其他面可以是矩形、半圓形或其它形狀。熱管的平面與H型鋼或者C型鋼的一個(gè)平面接觸。兩者的結(jié)合方式用兩種：一種是通過抱箍+螺栓將兩者緊固在一起，另一種是熱管平面向兩側(cè)伸出的帶固定孔的板與型鋼的一個(gè)平面的孔通過螺栓或焊接方式固定。為降低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。（2）熱管的布置方式：立柱與鋼梁組合一起做連體熱管、鋼梁?jiǎn)为?dú)做熱管、立柱單獨(dú)做熱管。（3）鋼結(jié)構(gòu)與熱管的結(jié)合可采用一體型和分離型。

分體式使用的熱管可單獨(dú)制作、到現(xiàn)場(chǎng)安裝，適于對(duì)鋼結(jié)構(gòu)建筑現(xiàn)場(chǎng)改造，屬于后加型或改造型。如圖2所示。

一體式：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(chǎng)安裝。截面形式與分體式相同。如圖3、圖4所示。

（1）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。（2）系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了采用噴淋水散熱的系統(tǒng)控制方案，可實(shí)現(xiàn)溫控自動(dòng)噴水。（3）熱管式鋼結(jié)構(gòu)件在火焰或高溫的作用下，蒸發(fā)段（熱源加熱段）的工質(zhì)吸熱蒸發(fā)，將熱量迅速傳遞到冷凝段（室外段），將鋼結(jié)構(gòu)的溫度降低，在冷凝段遇到冷水后，工質(zhì)釋放熱量，冷凝后的工質(zhì)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，完成傳熱過程。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。（4）噴淋用水采用原有消防水池內(nèi)的水或其他方便的水源。

3.2 熱管型耐溫鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

鋼結(jié)構(gòu)與熱管一體化，既有鋼結(jié)構(gòu)的建筑功能又具有以外失火時(shí)的抗高溫性能。

3.3 熱管型耐溫鋼結(jié)構(gòu)與普通C型鋼耐溫對(duì)比實(shí)驗(yàn)

（1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模罕敬卧囼?yàn)采用熱管一體型鋼結(jié)構(gòu)做耐高溫實(shí)驗(yàn)的可靠性和抗高溫耐受能力，同時(shí)與普通鋼結(jié)構(gòu)的耐溫狀況進(jìn)行對(duì)比。

實(shí)驗(yàn)試件：C型鋼標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比試樣為長(zhǎng)度為800mm、140*58mm的C型鋼，采用三種熱管鋼結(jié)構(gòu)分別與標(biāo)準(zhǔn)C型鋼試樣作耐溫對(duì)比試驗(yàn)。兩種熱管鋼結(jié)構(gòu)的具體做法：均采用140*58mm的C型鋼，在140mm的長(zhǎng)邊的中心線向兩側(cè)擴(kuò)展，去除與熱管直徑等寬的鋼板變成兩個(gè)L型角鋼，再將熱管焊接與兩個(gè)L型角鋼組焊在一起，制成異形的C型鋼，保證C型鋼的長(zhǎng)邊為140mm、其長(zhǎng)度、寬度與標(biāo)準(zhǔn)C型鋼相同。兩種熱管鋼結(jié)構(gòu)分別為：1）Φ63熱管鋼結(jié)構(gòu)件——套焊Φ63的熱管，2）Φ89熱管鋼結(jié)構(gòu)件——套焊Φ89的熱管。熱管絕熱段長(zhǎng)度300毫米，散熱段長(zhǎng)度400毫米（如圖5、圖6所示）。

（2）實(shí)驗(yàn)方案：將熱管式耐溫鋼結(jié)構(gòu)組合件安放在燃燒的煤爐上的火焰中央，通過火焰直接加熱耐溫鋼結(jié)構(gòu)組合件，模擬以外失火時(shí)的狀態(tài)，當(dāng)結(jié)構(gòu)件溫度達(dá)到150℃以上時(shí)在散熱段通過人工噴灑水，試驗(yàn)時(shí)間30分鐘以上，觀察熱管式鋼結(jié)構(gòu)組合件的溫度分布情況；同時(shí)以燃煤爐火焰中心線為基準(zhǔn)，將普通鋼結(jié)構(gòu)（又稱對(duì)比鋼結(jié)構(gòu)）和熱管式鋼結(jié)構(gòu)對(duì)稱安裝在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，盡量保證火焰同時(shí)間、同強(qiáng)度加熱熱管式鋼結(jié)構(gòu)和對(duì)比鋼結(jié)構(gòu)。測(cè)試時(shí)要求火焰高度達(dá)到或超過400mm（如圖8、試驗(yàn)照片所示）。

（3）測(cè)溫裝置、測(cè)溫時(shí)間與儀器儀表。

1）火燒期間和噴淋階段，分別測(cè)試以下溫度點(diǎn)。

T1——普通鋼結(jié)構(gòu)L/3處的溫度；T2——普通鋼結(jié)構(gòu)2L/3處的溫度；T3——熱管式鋼結(jié)構(gòu)L/3處的溫度；T4——熱管式鋼結(jié)構(gòu)處的溫度；T5——熱管受熱端L/2處的溫度；T6——絕熱段熱管溫度；T7——冷卻段熱管溫度；T8——火焰溫度。每2或5分鐘測(cè)試一次溫度，一直到熱管式鋼結(jié)構(gòu)件溫度達(dá)到150℃以上，開始噴水。噴淋階段每2或5分鐘測(cè)試一次，測(cè)試時(shí)間不少于30分鐘；

2）實(shí)驗(yàn)器材、儀器儀表：模擬熱源采用外徑600mm米爐膛直徑400mm、高度1000mm的燃煤爐，鼓風(fēng)采用220V200W離心式交流鼓風(fēng)機(jī)，火焰溫度測(cè)試使用FLUCK-52Ⅱ數(shù)顯測(cè)溫表、使用Φ2.5*300mmK型熱電偶，其余7點(diǎn)溫度采用TC-2016多路溫度測(cè)試儀、Φ0.5的K型感溫?zé)犭娕紲y(cè)量，采用兩個(gè)噴壺輪流噴水模擬自動(dòng)噴水。

（4）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

（5）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與分析。當(dāng)熱管式鋼結(jié)構(gòu)的熱管被加熱到150℃左右，只要一開始噴水，熱管壁溫迅速下降到被維持在100℃一下；而C型鋼標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比試驗(yàn)件的壁溫隨時(shí)間的延長(zhǎng)，壁溫一直上升，最高達(dá)到530℃；針對(duì)直徑89熱管鋼結(jié)構(gòu)與對(duì)比鋼結(jié)構(gòu)溫度不同部位的溫度對(duì)比如表1。endprint

噴水降溫階段各部位溫度對(duì)比

火焰平均溫度：777.7℃

普通鋼結(jié)構(gòu)件平均溫度：491℃

熱管平均溫度：103.2℃

熱管同一時(shí)間熱管溫差10℃

熱管鋼結(jié)構(gòu)平均溫度：207℃

普通干結(jié)構(gòu)與熱管鋼結(jié)構(gòu)平均溫差：283.2℃

熱管冷壁鋼結(jié)構(gòu)與熱管平均溫差：104.6℃

普通鋼結(jié)構(gòu)與熱管的溫差：387.78℃

從以上的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，在777℃火焰作用下，熱管式鋼結(jié)構(gòu)的平均溫度為207℃，普通鋼結(jié)構(gòu)平均溫度為491℃，兩者溫差283℃，耐受高溫的能力提高了1.3倍。對(duì)于熱管式鋼結(jié)構(gòu)的溫度幾乎是均溫的，而普通鋼結(jié)構(gòu)在L/3、2L/3處的溫度分別為530℃和444℃，在266mm的長(zhǎng)度上溫差就達(dá)到186℃，靠近火焰底部的溫度點(diǎn)沒有測(cè)試，應(yīng)該比530℃要高得多，從圖9照片上可以看出，普通鋼結(jié)構(gòu)的底部已經(jīng)被火焰燒的通紅了。

從圖10冷卻后的的照片也可以看出，凡經(jīng)受過高溫的部位，表面都呈現(xiàn)藍(lán)色或褐黃色，沒有經(jīng)受高溫的部分顯示出黑色或a與烘烤前的顏色，熱管呈現(xiàn)烘烤前的顏色是因?yàn)闊峁艿谋跍厥冀K沒有超過150℃，金屬表面發(fā)黑是因?yàn)槊涸谌紵^程中煤粉和焦油附著在金屬壁面而顯示的顏色。

4 結(jié)語

新型的熱管式鋼結(jié)構(gòu)可將熱源和冷源完全分離、實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳熱和散熱，使新型鋼結(jié)構(gòu)既提高了鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度又具有優(yōu)良的抗高溫性能，耐火極限時(shí)間由普通鋼結(jié)構(gòu)的0.25小時(shí)延長(zhǎng)到幾個(gè)小時(shí)或更長(zhǎng)時(shí)間（如果施救需要的話），更為較長(zhǎng)時(shí)間滅火提供了骨架強(qiáng)度保障，從而將火災(zāi)帶來的損失降到最低限度。

熱管式鋼結(jié)構(gòu)在傳熱、散熱能力和抗高溫性能方面有很大的提升空間，值得進(jìn)一步研究并在建筑行業(yè)廣泛推廣使用。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳勝才著.大空間鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)設(shè)計(jì)探討.《中國(guó)西部科技》，2008年第24期.

[2]杜文宇著.鋼結(jié)構(gòu)防火處理的幾種常用方法.《重慶科協(xié)學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）》，2007年12月第9卷第4期——28頁.

[3]李韜著.淺談鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)措施的應(yīng)用.《電大理工》，2010年第三期總第244期21頁.

[4]梁文偉著.淺析鋼結(jié)構(gòu)廠房的防火設(shè)計(jì)措施.《建筑知識(shí)：學(xué)術(shù)刊 （建筑理論與設(shè)計(jì)）》——19頁.

[5]莊駿，張紅著.化學(xué)工業(yè)出版社出版P-6.熱管技術(shù)及其工程應(yīng)用Heat Pipe Technology and Engineering Application.

[6]渠玉芝美國(guó)專利：SUPERCONDUCTING HEAT TRANSFER MEDIUM U.S.PANTENT：6，132，823.

[7]SRI International phase ⅡReport·October 2000 PROPERTIES OF THE Qu SUPERTUBE.

[8]魏冉，李致遠(yuǎn)專利.一種耐高溫的建筑鋼結(jié)構(gòu)（ZL 2012 2 0464975.6）.endprint

噴水降溫階段各部位溫度對(duì)比

火焰平均溫度：777.7℃

普通鋼結(jié)構(gòu)件平均溫度：491℃

熱管平均溫度：103.2℃

熱管同一時(shí)間熱管溫差10℃

熱管鋼結(jié)構(gòu)平均溫度：207℃

普通干結(jié)構(gòu)與熱管鋼結(jié)構(gòu)平均溫差：283.2℃

熱管冷壁鋼結(jié)構(gòu)與熱管平均溫差：104.6℃

普通鋼結(jié)構(gòu)與熱管的溫差：387.78℃

從以上的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，在777℃火焰作用下，熱管式鋼結(jié)構(gòu)的平均溫度為207℃，普通鋼結(jié)構(gòu)平均溫度為491℃，兩者溫差283℃，耐受高溫的能力提高了1.3倍。對(duì)于熱管式鋼結(jié)構(gòu)的溫度幾乎是均溫的，而普通鋼結(jié)構(gòu)在L/3、2L/3處的溫度分別為530℃和444℃，在266mm的長(zhǎng)度上溫差就達(dá)到186℃，靠近火焰底部的溫度點(diǎn)沒有測(cè)試，應(yīng)該比530℃要高得多，從圖9照片上可以看出，普通鋼結(jié)構(gòu)的底部已經(jīng)被火焰燒的通紅了。

從圖10冷卻后的的照片也可以看出，凡經(jīng)受過高溫的部位，表面都呈現(xiàn)藍(lán)色或褐黃色，沒有經(jīng)受高溫的部分顯示出黑色或a與烘烤前的顏色，熱管呈現(xiàn)烘烤前的顏色是因?yàn)闊峁艿谋跍厥冀K沒有超過150℃，金屬表面發(fā)黑是因?yàn)槊涸谌紵^程中煤粉和焦油附著在金屬壁面而顯示的顏色。

4 結(jié)語

新型的熱管式鋼結(jié)構(gòu)可將熱源和冷源完全分離、實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳熱和散熱，使新型鋼結(jié)構(gòu)既提高了鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度又具有優(yōu)良的抗高溫性能，耐火極限時(shí)間由普通鋼結(jié)構(gòu)的0.25小時(shí)延長(zhǎng)到幾個(gè)小時(shí)或更長(zhǎng)時(shí)間（如果施救需要的話），更為較長(zhǎng)時(shí)間滅火提供了骨架強(qiáng)度保障，從而將火災(zāi)帶來的損失降到最低限度。

熱管式鋼結(jié)構(gòu)在傳熱、散熱能力和抗高溫性能方面有很大的提升空間，值得進(jìn)一步研究并在建筑行業(yè)廣泛推廣使用。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳勝才著.大空間鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)設(shè)計(jì)探討.《中國(guó)西部科技》，2008年第24期.

[2]杜文宇著.鋼結(jié)構(gòu)防火處理的幾種常用方法.《重慶科協(xié)學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）》，2007年12月第9卷第4期——28頁.

[3]李韜著.淺談鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)措施的應(yīng)用.《電大理工》，2010年第三期總第244期21頁.

[4]梁文偉著.淺析鋼結(jié)構(gòu)廠房的防火設(shè)計(jì)措施.《建筑知識(shí)：學(xué)術(shù)刊 （建筑理論與設(shè)計(jì)）》——19頁.

[5]莊駿，張紅著.化學(xué)工業(yè)出版社出版P-6.熱管技術(shù)及其工程應(yīng)用Heat Pipe Technology and Engineering Application.

[6]渠玉芝美國(guó)專利：SUPERCONDUCTING HEAT TRANSFER MEDIUM U.S.PANTENT：6，132，823.

[7]SRI International phase ⅡReport·October 2000 PROPERTIES OF THE Qu SUPERTUBE.

[8]魏冉，李致遠(yuǎn)專利.一種耐高溫的建筑鋼結(jié)構(gòu)（ZL 2012 2 0464975.6）.endprint

噴水降溫階段各部位溫度對(duì)比

火焰平均溫度：777.7℃

普通鋼結(jié)構(gòu)件平均溫度：491℃

熱管平均溫度：103.2℃

熱管同一時(shí)間熱管溫差10℃

熱管鋼結(jié)構(gòu)平均溫度：207℃

普通干結(jié)構(gòu)與熱管鋼結(jié)構(gòu)平均溫差：283.2℃

熱管冷壁鋼結(jié)構(gòu)與熱管平均溫差：104.6℃

普通鋼結(jié)構(gòu)與熱管的溫差：387.78℃

從以上的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，在777℃火焰作用下，熱管式鋼結(jié)構(gòu)的平均溫度為207℃，普通鋼結(jié)構(gòu)平均溫度為491℃，兩者溫差283℃，耐受高溫的能力提高了1.3倍。對(duì)于熱管式鋼結(jié)構(gòu)的溫度幾乎是均溫的，而普通鋼結(jié)構(gòu)在L/3、2L/3處的溫度分別為530℃和444℃，在266mm的長(zhǎng)度上溫差就達(dá)到186℃，靠近火焰底部的溫度點(diǎn)沒有測(cè)試，應(yīng)該比530℃要高得多，從圖9照片上可以看出，普通鋼結(jié)構(gòu)的底部已經(jīng)被火焰燒的通紅了。

從圖10冷卻后的的照片也可以看出，凡經(jīng)受過高溫的部位，表面都呈現(xiàn)藍(lán)色或褐黃色，沒有經(jīng)受高溫的部分顯示出黑色或a與烘烤前的顏色，熱管呈現(xiàn)烘烤前的顏色是因?yàn)闊峁艿谋跍厥冀K沒有超過150℃，金屬表面發(fā)黑是因?yàn)槊涸谌紵^程中煤粉和焦油附著在金屬壁面而顯示的顏色。

4 結(jié)語

新型的熱管式鋼結(jié)構(gòu)可將熱源和冷源完全分離、實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳熱和散熱，使新型鋼結(jié)構(gòu)既提高了鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度又具有優(yōu)良的抗高溫性能，耐火極限時(shí)間由普通鋼結(jié)構(gòu)的0.25小時(shí)延長(zhǎng)到幾個(gè)小時(shí)或更長(zhǎng)時(shí)間（如果施救需要的話），更為較長(zhǎng)時(shí)間滅火提供了骨架強(qiáng)度保障，從而將火災(zāi)帶來的損失降到最低限度。

熱管式鋼結(jié)構(gòu)在傳熱、散熱能力和抗高溫性能方面有很大的提升空間，值得進(jìn)一步研究并在建筑行業(yè)廣泛推廣使用。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳勝才著.大空間鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)設(shè)計(jì)探討.《中國(guó)西部科技》，2008年第24期.

[2]杜文宇著.鋼結(jié)構(gòu)防火處理的幾種常用方法.《重慶科協(xié)學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）》，2007年12月第9卷第4期——28頁.

[3]李韜著.淺談鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)措施的應(yīng)用.《電大理工》，2010年第三期總第244期21頁.

[4]梁文偉著.淺析鋼結(jié)構(gòu)廠房的防火設(shè)計(jì)措施.《建筑知識(shí)：學(xué)術(shù)刊 （建筑理論與設(shè)計(jì)）》——19頁.

[5]莊駿，張紅著.化學(xué)工業(yè)出版社出版P-6.熱管技術(shù)及其工程應(yīng)用Heat Pipe Technology and Engineering Application.

[6]渠玉芝美國(guó)專利：SUPERCONDUCTING HEAT TRANSFER MEDIUM U.S.PANTENT：6，132，823.

[7]SRI International phase ⅡReport·October 2000 PROPERTIES OF THE Qu SUPERTUBE.

[8]魏冉，李致遠(yuǎn)專利.一種耐高溫的建筑鋼結(jié)構(gòu)（ZL 2012 2 0464975.6）.endprint