建筑用玻璃与金属护栏水平推力检测技术探讨

吕颂宏，张海林

（广州市建筑材料工业研究所有限公司，广州 510663）

关键字：水平推进；玻璃与金属材料防护；测力计；挠度

1 前言

当前，由于都市综合体的迅速成长，以及综合体中庭景观井的通道金属璃护栏的广泛应用，以及由于建筑物围栏不坚固造成的安全事故逐年增多，加强对建筑物围栏的安装与安全管理，对于保证建筑物围栏的安全与合理应用具有很大的重要意义。所以，在实践环节需要严格检测和切实分析围栏的整体抗水平荷载能力以及耐重物压力特性和耐冲击特点等等相关内容，对其耐风压特性加以考察是非常有必要的，而围栏的耐水平负荷特性，是考察其养护质量主要标准之一。

2 背景技术

随着城市化的快速发展，栏杆已在高层、超高层建筑、城市综合体中庭观光井步行走廊、人行天桥、楼梯、桥梁等场景下得到广泛使用，栏杆对于保护人们的活动安全发挥着关键的作用。栏杆相关指标和具体质量参数等等，需要得到严格检测并且符合具体的设计要求，这样才能体现应有的效能和价值，各项性能参数的有效优化，是保证栏杆具备安全可靠性能的基础。

在各类建筑物中，栏杆是其中关键性的构件，在具体应用环节它对主体结构的各项性能往往没有特别重要的影响，但是在其运行过程中却是特别关键的构件，因此要对其进行严格检测和有效规范，使其质量和性能符合相对应的应用要求，这样才能为其价值的体现奠定坚实基础，同时也要具备明确要求使护栏的检测符合具体要求，以此体现出应有的护栏应用价值。

3 发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，发明护栏水平推力智能检测系统的目的是提供一种护栏水平推力智能检测系统，以有效降低对护栏进行荷载检测时对既有建筑物的损害，并且操作使用方便，能提高作业人员的作业效率。

本发明注重针对相关问题进行有效分析，并且在技术要点的落实方面进一步充分明确严格按照相关要求设计更切实可行的技术方案，这样才能体现出良好的技术应用效果。具体来说该方案的具体内容主要体现在以下方面：一种护栏水平推力智能检测系统，包括：若干移动式支撑装置，所述支撑装置包括运输箱、可设置在所述运输箱上的第一支撑机构和第二支撑机构，其中，所述第一支撑机构为可调节长度的整体支撑，第二支撑机构为可进行相位置调节的支撑机构，检测需要时，所述第一支撑机构、第二支撑机构各自的支撑顶抵端的朝向相反；若干施力装置，用于对被测试护栏施加荷载，检测状态下时，所述施力装置安装设置在所述支撑装置上，归纳状态下时，所述施力装置、支撑机构均可放置在所述运输箱内；若干数据采集装置，用于监测护栏在所述施力荷载的作用下产生的位移量；控制装置，检测状态下时，所述施力装置、数据采集装置等相关部件或者装置进行有效电连接，进而体现出应有的应用效果。

作为优选，所述第一支撑机构包括若干支撑节段，若干所述支撑节段首尾顺次连接以形成所述支撑杆整体；或，所述支撑杆为伸缩杆。作为优选，所述支撑杆包括若干固定支撑杆和若干辅助支撑杆，所述辅助支撑杆与所述固定支撑杆之间形成有供所述施力装置搭载的支撑面；上面所介绍的支撑面主要涉及辅助支撑杆的固定调节模块以及设置在所述固定支撑杆上的升降板。作为优选，所述运输箱上对应所述升降板设置有升降螺杆，所述升降螺杆可转动运动至顶端与所述升降板的底部相顶抵。

作为优选，所述施力装置内部装设有电动伸缩杆机构，所述电动伸缩杆机构包括伺服电机、与所述伺服电机传动连接的伸缩杆，所述伸缩杆的活动端伸出设置在所述施力装置外；所述伸缩杆的活动端还设置有压力感应器，所述伺服电机、压力感应器与所述控制装置电连接。

作为优选，所述数据采集装置包括位移计、供所述位移计安装的安装架；所述安装架包括立杆、可相对所述立杆进行竖直及水平位置调节的横杆，所述位移计设置在所述横杆上，所述立杆的底端设置有固定支座。

作为优选，所述控制装置可包括提箱、集成设置在所述提箱上的散热扇、扬声器、显示器以及若干功能按钮。

本发明的有益效果包括：方案中巧妙地设置有移动式的支撑装置，并可以使得在归纳状态下时，第一支撑机构、部分第二支撑机构、施力装置等可以放置在运输箱内，以便于可拆卸部位的收集和安放。同时，运输箱上配装有万向轮和提手，可以便于整个装置的移动携带，大大地提高了检验人员现场检测的便携性，而通过第一支撑机构、第二支撑机构的配合作用，可以在使用时对整个平台进行水平调平以及整体固定，操作简单方便，便于提高对护栏抗荷载性能的检测精度和检测效率。

4 检测方法

4.1 试件的要求

试件以三套支柱、一套扶栏和二套栏板装配。如图1显示，两个柱子长度L 按实际长度要求不超过一千二百毫米，试件直径l 为二个柱子长度的二倍。

4.2 试件水平推力的确定

护栏抗水平负荷指标值，按GB5009-2012《建筑结构荷载标准》所规定的护栏顶水平荷载范围确定为，房屋、学校、写字楼、酒店、诊所、托儿所、幼稚园、小学、餐厅、剧场、戏院、火车站、礼堂、博物馆和运动场，护栏顶的水平荷载范围为1.0 kN/m，在立柱的扶手上面有针对性地设置相对应的装置并且承担荷载。

将均布荷载转换为二点部位荷载的施力F 按式（1）运算：式中

F-为点位置的施力，单位为牛·米（N）；

q-均布的荷载值，单位是牛·米（N/m）；

L-试件长度，单位为（m）。

5 试验步骤

第一，在扶手上，选择邻近的二个立柱中心线A、点B 为施载点，如图1 所示。第二，在施力点A、点B 的一边20 毫米以内位置、中间柱子下和二边上立柱的扶手上设检测点A、B、C、D、E，测点平整垂直布置，如图1 所示。第三，对扶手点A 和节点B 处依次使用约F/4 负荷作为预加负荷，在作用满一分钟后卸载，以该状况为基础；持续使用荷载，在作用五分钟后，首先检查扶手的最高挠性、水平位移值；然后卸载，在一分钟后再检查扶手的最高残余挠性值，并检查其接头部位的松动、掉落等状况，如图1 所显示。

图1 栏杆立面图

6 注意事项

第一，实验的锚固长度要够结实，测压系统各部分的强度要满足要求，其本身的变化要不改变实验的要求。由于工程施工需要，且现场栏杆的推力实验大多在工程场地内已铺地板砖后实施，从而降低了设备支座与地面的附着力，故实验时可能需要在适当地方打上膨胀螺栓进行加固。第二，对测试装置的施力系统，应做到缓慢的、平衡地施以水平荷载，且并无冲击发生。为了达到上述测试条件，本发明采用同步电动伺服机进行施力加载，实现了两组施力值同步进行，避免两处施力不同步而造成误差。第三，当栏杆承受水平荷载时，对检测栏水平位置值的百分计或定位仪应进行准确定位，不能由于水平方面出现荷载，而在很大程度上影响表作时期出现不同程度的位移，这样的情况会造成不同程度的改变，而改变了测试结果。

7 工程实例

某学校的楼梯护栏，采用了支柱（50×50×1.5）毫米、扶手（80×40×3）毫米、竖杆（20×20×1.5）毫米的镀锌钢管所构成，并现场选择了护栏的两跨进行测试。

7.1 试验过程

首先，本文根据目前国家及地方的规定，将百分计和放置模板放置在不同测点上，将施力设备和测力计分开放置在测试模板上。

其次，采取等效集中力加载模拟均布荷载，根据设计要求的栏杆顶部水平负荷规定取1.5 kN/m，试样规格为（宽×高）：2240 mm×1200 mm，故栏杆A 点和B 点的推力由式（1）可得：F=1680N。

最后，在测试前先对各护栏实施F/4，即420 N 的预作用力，持荷一分钟后随机进行有效卸载，与此同时也要针对各个特点的百分表展示值进行有效记录，用作测试移动的计算公式；接着对A、B 两点保持同时实施负荷至1680 N，持荷五分钟后记下各测点百分表展示值，用作测试相对移动的最终值；最后将其卸载，在一分钟后记下各测点的显示数值。并计算各测点UA、UB、UC、UD、UE 之间的相对位移数值，如表1。

表1 金属护栏水平推力测试结果（毫米）

7.2 试验数据分析与评定

根据JG/T342-2012《建筑用玻璃与金属护栏》中的规定，栏杆最大的相对水平偏移值不应超过30 毫米。扶手的相对强度变化不应超过9 毫米；在卸载一分钟后，扶手的相对残余强度变化也不应超过2.25 毫米，并且不存在松动、剥落的情况。

由表1 可知UB=21.87 毫米为相对位移的最大值，按标准的规定该数值是护栏水平移动最大值，低于30毫米。

相对挠度值，根据标准的要求UA-(UC+UE)/2 与UB-(UC+UE)/2 相比，最大的差为自动扶手的挠性值。通过计算：

对比结果fB=1.95 毫米的较大数值，按国家标准的要求，该值为扶手挠度值，小于设计要求0.3 毫米，为合格。

8 结论

综上表明，该测试装置能够按JG/T342-2012《建筑用玻璃与金属护栏》的规定，对各种栏杆的抗水平荷载性能进行测试，设备使用简单、容易进行，可达到标准要求。随着中国各大型综合体和大中型公共建筑的迅速发展，对金属材料和玻璃栅栏的使用也日渐普遍。由于围栏装配不严密造成的安全事故日渐增多，对金属材料与玻璃围栏检验也日趋关键，而本文研究的检验装置，对于完善发展金属材料与玻璃围栏的水平荷载试验监测技术，提出了必要的参考依据，并有着更广泛的社会意义。