NCREE-2013-036
時間 2013-12-01
標題 醫院消防撒水系統接頭耐震行為之研究
作者 柴駿甫張國鎮、黃振綱、林凡茹林震宇
摘要
我國緊急醫療救護法明定,急救責任醫院必須全天候提供緊急傷病患醫療照護。然而國內外重要建築抗震經驗顯示,消防撒水管線系統一旦於某處輕微震損而發生洩漏,隨即因工作水壓導致消防水持續外流,釀成淹水等二次傷害,迫使醫院等重要建築中斷正常醫療機能。其中,消防撒水系統末端之一英吋管徑螺牙式接頭因抗彎或抗剪容量不足而在強震中受損,為我國消防撒水管線經常發生的破壞模式。為提升管線系統耐震性能,本研究提出以消防系統常見之機械式續接接頭取代螺牙式接頭,並假設螺牙式管線接頭為彎矩破壞機制,執行靜態單向與反覆載重等抗彎實驗,探討其耐震行為及容量,並以靜力與動力分析結果進行評估。研究內容與結果簡述如下:
1. 撓性接頭規格測試:測試結果顯示,本實驗所採用之一英吋、四英吋與六英吋撓性與剛性機械接頭,皆符合NFPA 13對於撓性接頭之轉角規定。
2. 管線接頭抗彎實驗:為釐清管線接頭抗剪與抗彎行為,本研究以四點彎矩實驗機制執行單向與反覆載重實驗,並以管線初始洩漏點與結構破壞做為兩階段性能點檢核。比較原廠區分之剛性與撓性機械接頭的實驗結果,兩者耐震容量與行為差異甚小,適用管徑較小時更難以區分。另一方面,比較管線初始洩漏點,一英吋機械接頭明顯優於螺牙式接頭之實驗結果。
3. 管線接頭靜力分析:本研究依據我國耐震設計規範計算水平管線接頭抗彎需求,並依據NFPA 13與ASCE 7-10規定,計算垂直立管撓性機械接頭的轉角需求。依據實驗結果,螺牙式與機械接頭均可滿足上述規範要求。
4. 管線系統動力分析:本研究依據實驗結果建立管線接頭元件數值模型,並以某急救責任醫院消防撒水系統受震破壞案例,進行水平管線系統動態歷時分析。另外,其醫院管線系統之相同模型的振動台實驗一同分析。模擬結果顯示,振動台試驗受損之螺牙式接頭雖與現地破壞位置不同,但是破壞應為撓曲破壞。分析的結果與振動台實驗一致,故建議水平管線系統之動力分析,應以實驗求取輕鋼架天花板對撒水頭之側向勁度,且結合天花板系統之動力效應,方能反應消防撒水系統末端管路之實際耐震需求。
關鍵字 消防撒水系統, 螺牙式接頭, 剛性, 撓性, 機械接頭
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