| 研究生: |
許宸珮 Hsu, Chen-Pei |
|---|---|
| 論文名稱: |
懸吊式消防撒水管線系統模擬研究 A Research on Suspension Fire Sprinkler Piping System Simulation |
| 指導教授: |
姚昭智
Yao, George C. |
| 學位類別: |
碩士 Master |
| 系所名稱: |
規劃與設計學院 - 建築學系 Department of Architecture |
| 論文出版年: | 2020 |
| 畢業學年度: | 108 |
| 語文別: | 中文 |
| 論文頁數: | 147 |
| 中文關鍵詞: | 懸吊式消防撒水管線系統 、非結構耐震補強 、振動台實驗 、數值模擬 |
| 外文關鍵詞: | Suspension fire sprinkler piping system, Non-structural seismic reinforcement, Shaking table testing, Numerical simulation |
| 相關次數: | 點閱:177 下載:11 |
| 分享至: |
| 查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報 |
近年來發現,在震後建築物無損壞的情況下,發生多次消防撒水系統振動過大而損壞、撒水頭撞擊天花板而漏水,使原先重要建築物無法維持原本機能,如醫院,頓時醫療機能降低、增加急救負擔;或地震時,若同時發生火災及消防撒水系統破壞的情況,則無法有效將火勢撲滅,造成更嚴重的人員傷亡。
鑒於層出不窮之管線系統損壞情形,本研究先進行局部空載消防管線系統的振動台實驗,設計兩組台灣習用工法之配置,一組依照NFPA 13設計補強之配置,了解消防撒水系統於補強前後之振動特性。系統識別分析結果中,Hanger組頻率為2 Hz、Angle組約為4 Hz,若於實際管線滿水的強況下,勢必系統頻率降低,極有機會與建築物發生共振,而NFPA 13組,在使用耐震斜撐補強之下,系統剛度大幅提升,可有效降低管線系統與建築物共振及損壞機率。
為建立與振動台實驗配置相同之數值模型,分別將懸吊消防管線之構件-垂直吊桿、束制支管用角鋼及抵抗水平地震力之剛性斜撐進行力學試驗,將試驗結果建立至模型中,並根據振動台實驗之系統識別及位移量來驗證空載管線系統數值模型的準確性。
最後,用以驗證與振動台實驗動態反應相同之空載管線系統數值模型,將管線系統調整為滿水狀態下質量,探討管線系統於滿水狀態之振動特性,並進行動態歷時模擬,分析管線系統最大相對位移與NFPA 13規範中要求淨空範圍之差異,結果顯示NFPA 13若以台灣習用工法-角鋼作為支管束制構件,剛度稍不足,而從斜撐需抵抗之水平地震力檢討中,發現NFPA 13影響區計算方式可能低估實際地震時斜撐承受之水平地震力。
The purpose of this research is to build a numerical model consistent with actual behavior, hoping to provide the future development of Taiwan's fire sprinkler piping system seismic design code. First, this study designs two sets of configurations using Taiwanese construction methods and a set of configurations designed to be reinforced in accordance with NFPA 13. The shaking table experiment of the no-load fire sprinkler piping system is carried out to understand the vibration characteristics of the fire sprinkler piping system before and after bracing. Then, in order to build a numerical model, mechanical tests were carried out on the components of the suspension fire sprinkler piping system -hanger, angle, and rigid bracing, and verify the accuracy of the numerical model of the no-load piping system based on the experimental results of the shaking table. Finally, the water the mass of the piping system are added and use the numerical model to simulate the vibration characteristics of the full-water piping system. The analysis results show that NFPA 13 can effectively improve the stiffness of the system after the assembly of rigid bracing, but the stiffness of the angle for restraint branch lines is slightly insufficient.
[1] 黃喬俊,《消防撒水系統耐震問題研究》,台南市:國立成功大學,2003。
[2] 黃振綱,《醫院消防撒水系統接頭耐震行為之研究》,台北市:國立台灣大學,2013。
[3] 鍾明峯,《消防撒水系統之耐震研究》,台北市:國立臺北科技大學,2015。
[4] 林凡茹,《建築消防撒水管線系統耐震性能評估方法研究》,台北市:國立台灣大學,2017。
[5] 黃聰良,《建築懸吊管線系統耐震補強研究‐以消防管線為例》,台南市:國立成功大學,2018。
[6] NFPA 13: Standard for the Installation of Sprinkler, 2010 Ed. Massachusetts, USA: NFPA.
[7] James R. Tauby, Richard Lloyd. (2012). Practical Guide to Seismic Restraint (2nd ed.): ASHRAE.
[8] 中華人民共和國住房和城鄉建設部,GB 50981-2014建築機電工程抗震設計規範,北京:中華人民共和國國家標準。
[9] UL 203A: Standard for Sway Brace Devices for Sprinkler System Piping. (2015). Illinois, USA: UL.
[10] FM 1950: Seismic Sway Braces for Pipe, Tubing and Conduit. (2016). US: Factory Mutual Research Corporation.
[11] 中華人民共和國住房和城鄉建設部,CJ/T 476-2015建築機電設備抗震支吊架通用技術條件,北京: 中國標準出版社。
[12] FEMA 461,“Interim Testing Protocols for Determining the Seismic Performance Characteristics of Structural and Nonstructural Components”, Federal Emergency Management Agency , Washington, D.C., 2007.
[13] Weaver, W. Jr., Timoshenko, S. P., Young, D. H., “Vibration Problems in Engineering”, 5th Edition, John Wiley&Sons, 1990.
[14] 張詠程,《高細長比斜撐之耐震行為與補強研究》,台南市:國立成功大學,2013。
[15] AC156, (2007), Acceptance Criteria for Seismic Qualification by Shake-table Testing of Nonstructural Components and Systems. ICC Evaluation Service inc..
[16] 田蒙潔、趙清德(2009),自動撒水系統,台灣:詹氏書局。