金屬吊頂抗風(fēng)性能的研究

倪 紅 劉 翼( 金陵科技學(xué)院，江蘇 南京 69； 中國建筑材料檢驗(yàn)認(rèn)證中心，北京 0004)

隨著我國建筑業(yè)的發(fā)展，金屬吊頂因其特有的防火、平整、易清潔等特性博得大眾偏愛。各式各樣的金屬吊頂，現(xiàn)在已逐漸在市場上占據(jù)了一席之地，打破了原本石膏吊頂、PVC 吊頂并立天下的局面。與傳統(tǒng)材料比，金屬吊頂具有諸多優(yōu)勢(shì)：防火、防水性能好；材質(zhì)輕、強(qiáng)度高、安裝方便；具有良好吸音、隔音效果；油煙清洗方便；使用壽命長，不易變形變色。除了家庭裝飾外，金屬吊頂更廣泛的應(yīng)用于公共建筑，如機(jī)場航站樓、地鐵站等。圖1 為北京首都國際機(jī)場T3航站樓，圖2 為北京地鐵5 號(hào)線車站[1]。

圖1 北京首都國際機(jī)場T3 航站樓

通常認(rèn)為，室內(nèi)吊頂只有在開窗或門的情況下才會(huì)受到很小的風(fēng)荷載力，因?yàn)樵谔鞖鈵毫拥臅r(shí)候，門窗一般都是關(guān)閉的。但目前金屬吊頂材料廣泛應(yīng)用于火車站、城鐵站、敞開式走廊等半戶外環(huán)境，會(huì)受到自然界風(fēng)的影響，安全性能是非常重要的問題。之前QB/T 1561-1992《金屬吊頂》、TAIM e.V.-November 2003《Technical Manual on Metal Meilings》和EN 13964-2004《suspended ceilings-requirements and test methods》均未提及材料在風(fēng)荷載下的強(qiáng)度。本論文通過自行研發(fā)的測試設(shè)備，研究了金屬吊頂系統(tǒng)在均布荷載與風(fēng)荷載下的強(qiáng)度，建立了風(fēng)荷載強(qiáng)度檢測方法。

圖2 北京地鐵5 號(hào)線車站

1 測試設(shè)備

圖3 為測試設(shè)備的立體結(jié)構(gòu)圖。其中1 為試樣車；2 為測試口，尺寸為1m×1m；3 為抽風(fēng)機(jī)，其產(chǎn)生的最大均風(fēng)壓強(qiáng)度可為2500Pa；4 為軸流風(fēng)機(jī)，產(chǎn)生最大風(fēng)速可為33 m/s。

圖3 金屬吊頂抗風(fēng)性能設(shè)施設(shè)備

2 試驗(yàn)步驟

2.1 樣品安裝

按照生產(chǎn)商提供的安裝方法將龍骨安裝在試樣車上，推動(dòng)試樣車使試樣樣板位于測試口上部，將試樣板下降，使其與測試口彈性密封條相貼，并確保受測系統(tǒng)沒有形變；根據(jù)吊頂?shù)膶?shí)際形狀選擇3個(gè)測量點(diǎn)，在每個(gè)測量點(diǎn)上安裝一個(gè)位移傳感器；關(guān)閉進(jìn)出風(fēng)口擋板，使工作部件內(nèi)部形成一個(gè)封閉系統(tǒng)；開啟抽風(fēng)機(jī)預(yù)加10Pa 荷載，消除試樣系統(tǒng)安裝時(shí)產(chǎn)生的間隙，并穩(wěn)定系統(tǒng)。

2.2 風(fēng)荷載測試

按2.1 安裝好樣品，開啟進(jìn)風(fēng)口、出風(fēng)口擋板，升起試樣樣板，與測試口相距1cm；開啟軸流風(fēng)機(jī)在試樣樣板下方產(chǎn)生與其平行的風(fēng)速，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，加載4m/s的風(fēng)速，60 秒后，取最大形變量為彈性形變量；卸載，60 秒之后，選取其中最大殘余形變量為塑性形變量；然后，按照蒲福風(fēng)力等級(jí)表[2]（見表1）數(shù)據(jù)不斷增大風(fēng)速重復(fù)上述步驟，獲得不同風(fēng)速下的彈性及塑性形變量，直至26m/s。

3 結(jié)果與討論

結(jié)合上述設(shè)備，對(duì)常見尺寸規(guī)格的金屬吊頂材料進(jìn)行了驗(yàn)證試驗(yàn)，以下為一些具體案例。

表1 蒲福風(fēng)力等級(jí)表

3.1 條板樣品

150mm 寬的條板是一種常見的吊頂板，筆者對(duì)其分別進(jìn)行了動(dòng)風(fēng)壓測試，結(jié)果見圖4、圖5。

圖4 150mm 條板動(dòng)風(fēng)壓-彈性形變測試結(jié)果

圖5 150mm 條板動(dòng)風(fēng)壓-塑性形變測試結(jié)果

圖4、圖5 為動(dòng)風(fēng)壓測試結(jié)果，在4～16m/s的范圍內(nèi)，彈性形變與塑性形變?cè)黾虞^為平緩，風(fēng)速超過16m/s 后，彈性形變與塑性形變均急劇增加，在19m/s 室彈性形變?yōu)?4mm，塑性形變?yōu)?.2mm。16m/s（即7 級(jí)風(fēng)）成為了一個(gè)臨界點(diǎn)。

3.2 塊板樣品

塊板廣泛應(yīng)用于機(jī)場航站樓等大型公共建筑，600mm×600mm 是常見的規(guī)格尺寸，其動(dòng)風(fēng)壓測試的結(jié)果見圖6、圖7。

圖6 600mm×600mm 塊板動(dòng)風(fēng)壓-彈性形變測試結(jié)果

圖7 600mm×600mm 塊板動(dòng)風(fēng)壓-塑性形變測試結(jié)果

塊板的檢測結(jié)果與條板相似，在動(dòng)風(fēng)壓下，同樣在16m/s 風(fēng)速時(shí)出現(xiàn)拐點(diǎn)，在19m/s 風(fēng)速（八級(jí)風(fēng)）時(shí)，彈性形變超過10mm，塑性形變超過2mm。

3.3 安全性試驗(yàn)

半戶外的金屬吊頂所承受的風(fēng)速較大，有可能在大風(fēng)的天氣從龍骨中脫出墜落，造成安全事故。通過上述設(shè)備，不斷增加風(fēng)速，考察樣品最終從龍骨脫出的最大風(fēng)速，可以表征此吊頂系統(tǒng)的抗風(fēng)安全性能，經(jīng)檢測，少部分樣品在23m/s的風(fēng)速下（九級(jí)風(fēng)）從龍骨上脫出，圖8 為試驗(yàn)中樣品脫落時(shí)的照片。

圖8 吊頂板從龍骨中脫落

4 結(jié)論

本文通過自行研發(fā)的檢測設(shè)備，系統(tǒng)地研究了金屬吊頂?shù)目癸L(fēng)性能，指出16m/s 為其抗風(fēng)性能的臨界點(diǎn)。將16m/s的風(fēng)荷載下塑性形變不得超過2mm 作為性能指標(biāo)寫入了GB/T 23444-2009 《金屬及金屬復(fù)合材料吊頂板》。同時(shí)，本設(shè)備還可進(jìn)行吊頂抗風(fēng)安全性能的檢測。

[1]蔣荃，劉婷婷，劉翼.金屬及金屬復(fù)合裝飾材料檢測技術(shù)[M].北京：中國計(jì)量出版社，2009.17-19.

[2]姜瑜君，桑建國，張伯寅.高層建筑的風(fēng)環(huán)境評(píng)估.北京大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2006,42 (1):68-73.