底框架结构商住楼在火灾中倒塌时间的预报方法及仪器

摘要

本发明底框架结构商住楼在火灾中倒塌时间的预报方法，先将支架在距待观测建筑物的安全距离处架设稳固，将数码照相机与望远镜对接后安装在支架上，并将数码照相机的视频输出连接至电脑，通过待观测建筑物外墙窗户，用数码照相机拍摄到建筑物火灾层上一层室内墙上一幅固定尺寸的图像，在该图像中选择一个参考点，通过扫描确定该参考点在图像中的坐标，通过多次拍摄计算出该参考点在相邻拍摄的图像中的坐标变化增量，从而得到建筑物下部的柱子的竖向变形；当建筑物下部的柱子的变形急剧增大，总压缩变形达到最大伸长变形值时，发出最后倒塌预警；使用该方法及仪器，可以在火灾中连续跟踪底框架结构建筑物下部的柱子在竖向的变形对倒塌时间进行预报。

说明书

技术领域

本发明涉及一种底框架结构商住楼在火灾中倒塌时间的预报方法及仪器，特别是涉及了一种由钢筋混凝土所建造的底框架结构商住楼在火灾中倒塌时间的预报方法及仪器。

背景技术

底框架结构是指在建筑底部采用钢筋混凝土框架体系，形成较大空间以作商业用房； 在建筑上部采用砖混结构，常用作住宅。底框架结构建筑物因其上部结构自重较大，多建在非地震区，底层房间火灾荷载较大，底层框架梁截面尺寸大，温度内力较大而耐火性差，有可能在火灾中发生倒塌。如果在火灾扑救中灭火战斗人员撤离过早，将错过灭火时机，撤离过迟，可能引发重大伤亡。准确预报底框架结构在火灾中发生倒塌的时间，尽可能延长灭火时间，在倒塌发生前又能及时撤离，可有效提高灭火战斗效能，同时能保证灭火人员的安全。

目前，人们对底框架结构在火灾中倒塌时间仅凭经验进行判断，还未见有关预报方法及设备的报道。尽管人们可以用火灾动力学和建筑结构耐火理论建立正常质量标准的结构倒塌预报模型，但仍无法对具有结构质量缺陷的底框架结构在火灾中倒塌时间进行预报。

发明内容

本发明的目的是解决底框架结构商住楼在火灾中倒塌时间仅凭经验进行判断无法较准确预报倒塌时间这一问题，提供一种包括有结构质量缺陷的底框架结构在火灾中倒塌时间的预报方法及现场观测仪器。

为了完成本发明的目的，本发明采用以下方式实施：

本发明的一种底框架结构商住楼在火灾中倒塌时间的预报方法，其中：

(1)先将支架在距待观测建筑物的安全距离处架设稳固，将数码照相机和望远镜对接后安装在支架上，并将其视频输出连接至电脑，此后保持照相机位置不变；

(2)通过待观测建筑物外墙上的窗户，用数码照相机清晰地拍摄到建筑物火灾层上一层室内内墙上的一幅固定尺寸的图像，采集并显示于电脑的屏幕上；

(3)在该图像中选择一个发光体或暗区边界作为参考点，记录该参考点的特征信息，通过扫描确定该参考点在图像中的坐标；

(4)当建筑物下部的柱子受热膨胀或破坏产生压缩变形后，该参考点在所摄图像中其位置发生变化，通过对新拍摄的图像扫描、重新确定该参考点在图像中新的坐标；

(5)电脑定时对传送来的图像进行保存和放大，通过连续拍摄和扫描，计算出参考点在相邻拍摄的图像中的坐标变化增量，从而得到建筑物下部的柱子的竖向变形；

(6)当建筑物下部的柱子的竖向变形由大致稳定转向缩短时，建筑物进入破坏阶段，可发出黄色预警；当建筑物下部的柱子总变形达到初始变形值时发出橙色预警；当建筑物下部的柱子的变形急剧增大，总压缩变形达到最大伸长变形值时，发出红色预警即最后倒塌预警；

本发明的底框架结构商住楼在火灾中倒塌时间的预报方法，其中：所述望远镜是具有200-500倍放大倍数的望远镜；

本发明的底框架结构商住楼在火灾中倒塌时间的预报方法，其中：所述数码照相机至少是1020万像素的数码照相机，图像分辨率达到3872×2592，在垂直方向上将有2592个点，所采集图像垂直方向的实际尺寸在80-120mm；

本发明的底框架结构商住楼在火灾中倒塌时间的预报方法，其中：所述步骤(3)中的特征信息为亮度和连通性；

本发明的底框架结构商住楼在火灾中倒塌时间的预报方法，其中：所述步骤(1)中的安全距离为50～100米；

本发明的底框架结构商住楼在火灾中倒塌时间的预报方法，其中：所述步骤(5)中的定时为5秒-5分钟；

本发明的底框架结构商住楼在火灾中倒塌时间的预报方法所使用的仪器，其中：它包括：支架、数码照相机、望远镜和电脑，望远镜对接在数码照相机的镜头上，数码照相机架设在支架上，数码照相机通过信息线与电脑相连；

本发明的底框架结构商住楼在火灾中倒塌时间的预报方法所使用的仪器，其中：所述数码照相机至少是1020万像素的、所述望远镜是具有200-500倍放大倍数的望远镜，所述电脑为便携式笔记本电脑；

本发明的底框架结构商住楼在火灾中倒塌时间的预报方法所使用的仪器，其中：所述支架为高度和角度均可调节的支架；

本发明的底框架结构商住楼在火灾中倒塌时间的预报方法所使用的仪器，其中：所述仪器还包括：辅助光源。

使用本发明方法及仪器，可以在火灾中连续跟踪底框架结构建筑物在竖向的变形，进而对其倒塌时间进行预报，为火场指挥员提供撤离的决策依据，在保证灭火战斗人员安全的前提下尽可能延长灭火时间，提高灭火效能。

附图说明

图1是本发明的一种底框架结构商住楼在火灾中倒塌时间的预报方法及使用的仪器的示意图；

图2是在耐火试验中钢筋混凝土柱的伸长、压缩变化与时间关系的曲线图。

具体实施方式

如图1所示，先将支架4在距待观测建筑物6的50～100米的安全距离处架设稳固，将具有200-500倍放大倍数的望远镜8与数码照相机1对接好后安装在支架4上，并将其视频输出连接至笔记本电脑3。此后保持照相机1位置不变。望远镜10的放大倍数可达200-500倍，最好为400倍，通过待观测建筑物6外墙上的窗户，可以清晰地拍摄到建筑物6火灾层上一层室内内墙上的一幅固定尺寸的图像7，并通过数码照相机1采集并显示于笔记本电脑3的屏幕上。在笔记本电脑3上通过常用处理软件定时对传送来的图像进行保存和放大。根据测量时段不同需求，电脑3在5秒-5分钟的时间范围内对传送来的图像进行保存和放大。在该图像7中选择一个发光体或暗区边界作为参考点，记录该参考点的特征信息，如亮度和连通性等，并且记录下该参考点在图像中的坐标。当建筑物6下部的柱子受热膨胀或破坏产生压缩变形后，该参考点在所摄图像7中其位置发生变化，通过对新拍摄的图像7扫描、对比找到该参考点的特征信息以识别出该点，计算其坐标，即参考点在图像中新的坐标位置。通过连续拍摄和扫描，计算出参考点在相邻拍摄的图像7中的坐标变化增量，从而得到建筑物6下部的柱子的竖向变形。

底框架结构建筑物6在火灾中的倒塌是由于底部的钢筋混凝土框架柱子受到火灾高温严重损伤而失效引起的。试验研究表明，钢筋混凝土柱在火灾下的失效与其轴向变形具有很强的关联性。图2为柱变形-时间关系。变形正值为膨胀，负值为压缩。

柱子在加热初期结构尚未损伤，不产生新的压缩变形，柱受热后膨胀伸长；此后，柱截面产生一定的损伤和压缩变形，其值和伸长变形大致相当，整体变形趋于稳定；在火灾后期，柱子截面平均温度进一步升高产生较大程度的破坏，压缩变形(包括侧向变形增大引起的缩短)大于伸长变形，总压缩变形急剧增大，进而发生倒塌。

所以，本发明的预报方法的原理是利用建筑物6的柱子在火灾中的轴向变形来预报底框架结构建筑物在火灾中的倒塌时间。当柱子变形由大致稳定转向缩短时(如图2曲线的最高点)，新的压缩破坏变形大于热伸长变形，柱子进入破坏阶段，可发出黄色预警；当柱子总变形达到初始变形值时(如图2曲线穿过坐标轴)，发出橙色预警；当柱子压缩变形急剧增大，总压缩变形达到最大变形值时(如图2曲线继续下降，下降处距坐标轴的距离达到曲线的最高点距坐标轴的距离)，发出红色预警即最后倒塌预警。指挥员可据此下达撤离命令，保护灭火人员安全。

建筑物6的竖向变形观测精度应不小于0.1mm。

当光学变焦的放大倍数调至200倍时，采用1020万像素的数码照相机1，图像分辨率将达到3872×2592，在垂直方向上将有2592个点，所采集图像垂直方向的实际尺寸将控制在80-120mm，最好为100mm。这样在垂直方向上的精度将能达到100/2592mm，即0.0386mm。完全满足0.1mm的使用要求。

笔记本电脑3中的常用图象处理软件可自动选取发光体或暗区作为参考点，并转化成如图2所示的建筑物6竖向变形与时间的关系曲线。在图2中试验的受火高度为3m，加载比率为0.72，而实际结构的受火高度至少为4.5m，加载比率为0.5-0.6。

在夜间使用时，可调高数码照相机的感光度，增大光圈，使其具有一定的夜视能力，或采用辅助光源照射目标。

本发明底框架结构商住楼在火灾中倒塌时间的预报方法所使用的仪器包括：支架4、数码照相机1、望远镜8、电脑3和辅助光源5，将数码照相机1与望远镜10对接好后架设在支架4上，数码照相机1通过信息线2与电脑3相连，辅助光源5发出的光线对着数码照相机1所拍摄的图像。

数码照相机1至少是1020万像素的照相机、望远镜10的放大倍数应达到200-500倍，电脑4为便携式笔记本电脑；支架4为高度和角度均可调节的支架。

以上实施例只是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在不违背本发明的精神的情况下，本发明可以作任何形式的修改。