建筑用玻璃與金屬護欄水平推力檢測技術探討

呂頌宏，張海林

（廣州市建筑材料工業研究所有限公司，廣州 510663）

關鍵字：水平推進；玻璃與金屬材料防護；測力計；撓度

1 前言

當前，由于都市綜合體的迅速成長，以及綜合體中庭景觀井的通道金屬璃護欄的廣泛應用，以及由于建筑物圍欄不堅固造成的安全事故逐年增多，加強對建筑物圍欄的安裝與安全管理，對于保證建筑物圍欄的安全與合理應用具有很大的重要意義。所以，在實踐環節需要嚴格檢測和切實分析圍欄的整體抗水平荷載能力以及耐重物壓力特性和耐沖擊特點等等相關內容，對其耐風壓特性加以考察是非常有必要的，而圍欄的耐水平負荷特性，是考察其養護質量主要標準之一。

2 背景技術

隨著城市化的快速發展，欄桿已在高層、超高層建筑、城市綜合體中庭觀光井步行走廊、人行天橋、樓梯、橋梁等場景下得到廣泛使用，欄桿對于保護人們的活動安全發揮著關鍵的作用。欄桿相關指標和具體質量參數等等，需要得到嚴格檢測并且符合具體的設計要求，這樣才能體現應有的效能和價值，各項性能參數的有效優化，是保證欄桿具備安全可靠性能的基礎。

在各類建筑物中，欄桿是其中關鍵性的構件，在具體應用環節它對主體結構的各項性能往往沒有特別重要的影響，但是在其運行過程中卻是特別關鍵的構件，因此要對其進行嚴格檢測和有效規范，使其質量和性能符合相對應的應用要求，這樣才能為其價值的體現奠定堅實基礎，同時也要具備明確要求使護欄的檢測符合具體要求，以此體現出應有的護欄應用價值。

3 發明內容

為了克服現有技術的上述缺點，發明護欄水平推力智能檢測系統的目的是提供一種護欄水平推力智能檢測系統，以有效降低對護欄進行荷載檢測時對既有建筑物的損害，并且操作使用方便，能提高作業人員的作業效率。

本發明注重針對相關問題進行有效分析，并且在技術要點的落實方面進一步充分明確嚴格按照相關要求設計更切實可行的技術方案，這樣才能體現出良好的技術應用效果。具體來說該方案的具體內容主要體現在以下方面：一種護欄水平推力智能檢測系統，包括：若干移動式支撐裝置，所述支撐裝置包括運輸箱、可設置在所述運輸箱上的第一支撐機構和第二支撐機構，其中，所述第一支撐機構為可調節長度的整體支撐，第二支撐機構為可進行相位置調節的支撐機構，檢測需要時，所述第一支撐機構、第二支撐機構各自的支撐頂抵端的朝向相反；若干施力裝置，用于對被測試護欄施加荷載，檢測狀態下時，所述施力裝置安裝設置在所述支撐裝置上，歸納狀態下時，所述施力裝置、支撐機構均可放置在所述運輸箱內；若干數據采集裝置，用于監測護欄在所述施力荷載的作用下產生的位移量；控制裝置，檢測狀態下時，所述施力裝置、數據采集裝置等相關部件或者裝置進行有效電連接，進而體現出應有的應用效果。

作為優選，所述第一支撐機構包括若干支撐節段，若干所述支撐節段首尾順次連接以形成所述支撐桿整體；或，所述支撐桿為伸縮桿。作為優選，所述支撐桿包括若干固定支撐桿和若干輔助支撐桿，所述輔助支撐桿與所述固定支撐桿之間形成有供所述施力裝置搭載的支撐面；上面所介紹的支撐面主要涉及輔助支撐桿的固定調節模塊以及設置在所述固定支撐桿上的升降板。作為優選，所述運輸箱上對應所述升降板設置有升降螺桿，所述升降螺桿可轉動運動至頂端與所述升降板的底部相頂抵。

作為優選，所述施力裝置內部裝設有電動伸縮桿機構，所述電動伸縮桿機構包括伺服電機、與所述伺服電機傳動連接的伸縮桿，所述伸縮桿的活動端伸出設置在所述施力裝置外；所述伸縮桿的活動端還設置有壓力感應器，所述伺服電機、壓力感應器與所述控制裝置電連接。

作為優選，所述數據采集裝置包括位移計、供所述位移計安裝的安裝架；所述安裝架包括立桿、可相對所述立桿進行豎直及水平位置調節的橫桿，所述位移計設置在所述橫桿上，所述立桿的底端設置有固定支座。

作為優選，所述控制裝置可包括提箱、集成設置在所述提箱上的散熱扇、揚聲器、顯示器以及若干功能按鈕。

本發明的有益效果包括：方案中巧妙地設置有移動式的支撐裝置，并可以使得在歸納狀態下時，第一支撐機構、部分第二支撐機構、施力裝置等可以放置在運輸箱內，以便于可拆卸部位的收集和安放。同時，運輸箱上配裝有萬向輪和提手，可以便于整個裝置的移動攜帶，大大地提高了檢驗人員現場檢測的便攜性，而通過第一支撐機構、第二支撐機構的配合作用，可以在使用時對整個平臺進行水平調平以及整體固定，操作簡單方便，便于提高對護欄抗荷載性能的檢測精度和檢測效率。

4 檢測方法

4.1 試件的要求

試件以三套支柱、一套扶欄和二套欄板裝配。如圖1顯示，兩個柱子長度L 按實際長度要求不超過一千二百毫米，試件直徑l 為二個柱子長度的二倍。

4.2 試件水平推力的確定

護欄抗水平負荷指標值，按GB5009-2012《建筑結構荷載標準》所規定的護欄頂水平荷載范圍確定為，房屋、學校、寫字樓、酒店、診所、托兒所、幼稚園、小學、餐廳、劇場、戲院、火車站、禮堂、博物館和運動場，護欄頂的水平荷載范圍為1.0 kN/m，在立柱的扶手上面有針對性地設置相對應的裝置并且承擔荷載。

將均布荷載轉換為二點部位荷載的施力F 按式（1）運算：式中

F-為點位置的施力，單位為牛·米（N）；

q-均布的荷載值，單位是牛·米（N/m）；

L-試件長度，單位為（m）。

5 試驗步驟

第一，在扶手上，選擇鄰近的二個立柱中心線A、點B 為施載點，如圖1 所示。第二，在施力點A、點B 的一邊20 毫米以內位置、中間柱子下和二邊上立柱的扶手上設檢測點A、B、C、D、E，測點平整垂直布置，如圖1 所示。第三，對扶手點A 和節點B 處依次使用約F/4 負荷作為預加負荷，在作用滿一分鐘后卸載，以該狀況為基礎；持續使用荷載，在作用五分鐘后，首先檢查扶手的最高撓性、水平位移值；然后卸載，在一分鐘后再檢查扶手的最高殘余撓性值，并檢查其接頭部位的松動、掉落等狀況，如圖1 所顯示。

圖1 欄桿立面圖

6 注意事項

第一，實驗的錨固長度要夠結實，測壓系統各部分的強度要滿足要求，其本身的變化要不改變實驗的要求。由于工程施工需要，且現場欄桿的推力實驗大多在工程場地內已鋪地板磚后實施，從而降低了設備支座與地面的附著力，故實驗時可能需要在適當地方打上膨脹螺栓進行加固。第二，對測試裝置的施力系統，應做到緩慢的、平衡地施以水平荷載，且并無沖擊發生。為了達到上述測試條件，本發明采用同步電動伺服機進行施力加載，實現了兩組施力值同步進行，避免兩處施力不同步而造成誤差。第三，當欄桿承受水平荷載時，對檢測欄水平位置值的百分計或定位儀應進行準確定位，不能由于水平方面出現荷載，而在很大程度上影響表作時期出現不同程度的位移，這樣的情況會造成不同程度的改變，而改變了測試結果。

7 工程實例

某學校的樓梯護欄，采用了支柱（50×50×1.5）毫米、扶手（80×40×3）毫米、豎桿（20×20×1.5）毫米的鍍鋅鋼管所構成，并現場選擇了護欄的兩跨進行測試。

7.1 試驗過程

首先，本文根據目前國家及地方的規定，將百分計和放置模板放置在不同測點上，將施力設備和測力計分開放置在測試模板上。

其次，采取等效集中力加載模擬均布荷載，根據設計要求的欄桿頂部水平負荷規定取1.5 kN/m，試樣規格為（寬×高）：2240 mm×1200 mm，故欄桿A 點和B 點的推力由式（1）可得：F=1680N。

最后，在測試前先對各護欄實施F/4，即420 N 的預作用力，持荷一分鐘后隨機進行有效卸載，與此同時也要針對各個特點的百分表展示值進行有效記錄，用作測試移動的計算公式；接著對A、B 兩點保持同時實施負荷至1680 N，持荷五分鐘后記下各測點百分表展示值，用作測試相對移動的最終值；最后將其卸載，在一分鐘后記下各測點的顯示數值。并計算各測點UA、UB、UC、UD、UE 之間的相對位移數值，如表1。

表1 金屬護欄水平推力測試結果（毫米）

7.2 試驗數據分析與評定

根據JG/T342-2012《建筑用玻璃與金屬護欄》中的規定，欄桿最大的相對水平偏移值不應超過30 毫米。扶手的相對強度變化不應超過9 毫米；在卸載一分鐘后，扶手的相對殘余強度變化也不應超過2.25 毫米，并且不存在松動、剝落的情況。

由表1 可知UB=21.87 毫米為相對位移的最大值，按標準的規定該數值是護欄水平移動最大值，低于30毫米。

相對撓度值，根據標準的要求UA-(UC+UE)/2 與UB-(UC+UE)/2 相比，最大的差為自動扶手的撓性值。通過計算：

對比結果fB=1.95 毫米的較大數值，按國家標準的要求，該值為扶手撓度值，小于設計要求0.3 毫米，為合格。

8 結論

綜上表明，該測試裝置能夠按JG/T342-2012《建筑用玻璃與金屬護欄》的規定，對各種欄桿的抗水平荷載性能進行測試，設備使用簡單、容易進行，可達到標準要求。隨著中國各大型綜合體和大中型公共建筑的迅速發展，對金屬材料和玻璃柵欄的使用也日漸普遍。由于圍欄裝配不嚴密造成的安全事故日漸增多，對金屬材料與玻璃圍欄檢驗也日趨關鍵，而本文研究的檢驗裝置，對于完善發展金屬材料與玻璃圍欄的水平荷載試驗監測技術，提出了必要的參考依據，并有著更廣泛的社會意義。