打包箱集成房屋豎向荷載作用下的撓度試驗(yàn)

涂啟華 陳國(guó)平 李騰榮 羅創(chuàng)漣 陳偉

（廣州廣檢建設(shè)工程檢測(cè)中心有限公司）

0 引言

打包箱集成房屋為高度工業(yè)化制造的建筑產(chǎn)品，其箱體以輕鋼體系為框架，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用輕質(zhì)墻板，通過頂框、底框、立柱、連接件組成標(biāo)準(zhǔn)單元模塊，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)基礎(chǔ)要求低，在人力、物力、工期效率等經(jīng)濟(jì)性方面明顯優(yōu)于傳統(tǒng)房屋，在應(yīng)急醫(yī)院、方艙醫(yī)院、臨時(shí)醫(yī)院隔離病房、健康驛站中應(yīng)用將產(chǎn)生積極的社會(huì)效益，具有廣闊的應(yīng)用前景。目前的文獻(xiàn)多集中在計(jì)算分析模型試驗(yàn)研究[1-5]、園區(qū)規(guī)劃布置、設(shè)計(jì)施工建造[6-11]等方面，開展打包箱集成房屋產(chǎn)品性能檢驗(yàn)，加強(qiáng)施工安裝質(zhì)量驗(yàn)收，特別是加強(qiáng)其在不同荷載作用下性能試驗(yàn)，對(duì)保證打包箱安全使用、提高打包箱集成房屋的設(shè)計(jì)、施工、安裝、建造均有重要意義。

1 打包箱基本情況

打包箱豎向荷載撓度試驗(yàn)選擇在生產(chǎn)廠家進(jìn)行，在廠房組裝標(biāo)準(zhǔn)型打包箱，為便于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)觀察及堆載操作，試驗(yàn)時(shí)打包箱不安裝四周隔墻板，試驗(yàn)打包箱規(guī)格尺寸為XSF-B-6055×2990×2896、頂框次梁槽形鋼截面100mm×40mm×12mm×1.5mm、底框次梁槽形鋼截面120mm×50mm×12mm×2.0mm。構(gòu)件布置見圖1，頂框、底框邊梁剖面分別見圖2 和圖3。底框邊梁中間焊接120mm×50mm×2.0mm 矩形鋼，形成閉口截面以增加構(gòu)件整體剛度，次梁與邊梁、梁柱與角接件之間采用滿焊除渣打磨工藝。

圖1 打包箱立面構(gòu)件布置

圖2 頂框邊梁剖面圖

圖3 底框邊梁剖面圖

2 豎向荷載撓度試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

通過豎向荷載撓度試驗(yàn)，檢驗(yàn)打包箱受彎構(gòu)件在正常使用極限狀態(tài)荷載標(biāo)準(zhǔn)組合作用下的構(gòu)件節(jié)點(diǎn)連接、構(gòu)件撓度及整體變形是否滿足國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2 試驗(yàn)荷載確定

試驗(yàn)的最大加載限值是荷載試驗(yàn)最重要的指標(biāo)之一，合理確定該限值一方面可以避免因荷載超出合理范圍而造成結(jié)構(gòu)損傷或安全事故；另一方面可以避免因加載量不足而達(dá)不到試驗(yàn)檢驗(yàn)的目的。打包箱集成房屋頂部為不上人屋面，按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB 50009-2012 規(guī)定不上人屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.5kN/m2，底部為民用建筑一般住宅樓面均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值2.0kN/m2。《箱型輕鋼結(jié)構(gòu)房屋第1 部分：可拆裝式》GB/T 37260.1-2018 規(guī)定，打包箱正常使用極限狀態(tài)試驗(yàn)荷載取標(biāo)準(zhǔn)組合，即頂部試驗(yàn)荷載取豎向均布0.5kN/m2，底部布置豎向均布2.0kN/m2荷載，見圖4。

圖4 試驗(yàn)荷載布置

2.3 試驗(yàn)準(zhǔn)備

試驗(yàn)前對(duì)試驗(yàn)區(qū)域進(jìn)行外觀質(zhì)量檢查，包括頂框次梁、邊梁、立柱、底框次梁和邊梁構(gòu)件是否存在變形，構(gòu)件間連接是否牢固，是否有缺陷，清理試驗(yàn)場(chǎng)地，焊接七個(gè)剛性支座，四個(gè)作為試驗(yàn)打包箱支座，三個(gè)用于放置底框中部百分表。加載方式采用每個(gè)為20㎏重袋裝沙進(jìn)行均布加載，為保證試驗(yàn)荷載準(zhǔn)確，裝沙時(shí)每袋均要求進(jìn)行稱重，共準(zhǔn)備226 袋20㎏重試驗(yàn)荷載。取不安裝墻板的打包箱房屋單體1 個(gè)，放置在四個(gè)剛性支座上，沿長(zhǎng)度方向一端設(shè)置不動(dòng)鉸支座，另外一端為滾動(dòng)支座，布設(shè)完后靜置12h 后進(jìn)行試驗(yàn)。

2.4 試驗(yàn)加載及位移觀測(cè)

打包箱頂部、底部試驗(yàn)區(qū)域尺寸均為6.058m×2.990m，按試驗(yàn)要求，豎向荷載撓度試驗(yàn)采用一次性加載，即一次性加載至最大加載量，不再分級(jí)，檢測(cè)區(qū)域加載要求見表1。本次對(duì)打包箱頂部邊框梁、內(nèi)框梁，底部邊框梁、內(nèi)框梁，共計(jì)6 個(gè)構(gòu)件是否滿足撓度限值要求進(jìn)行驗(yàn)證，同時(shí)觀察試驗(yàn)過程中構(gòu)件節(jié)點(diǎn)連接情況。在被測(cè)試打包箱單體底框和頂框邊框梁、內(nèi)框梁支座端、中點(diǎn)位置布置測(cè)點(diǎn)，采用精度為0.01mm、量程為50mm的百分表測(cè)量豎向位移值，測(cè)點(diǎn)編號(hào)見圖5，焊接門字架放置打包箱中間用于安裝頂部測(cè)點(diǎn)百分表進(jìn)行位移觀測(cè)。試驗(yàn)先進(jìn)行頂部加載，試驗(yàn)觀測(cè)完成后保持頂部荷載，后進(jìn)行底部加載。為保證試驗(yàn)精度，減少對(duì)試驗(yàn)過程中人為干擾，加卸載試驗(yàn)過程中盡量減少人員走動(dòng)，疊放沙袋輕拿輕放。

表1 試驗(yàn)區(qū)域加載

圖5 位移測(cè)量點(diǎn)布置圖

2.5 結(jié)果判定

按《箱型輕鋼結(jié)構(gòu)房屋第1 部分：可拆裝式》GB/T 37260.1-2018 規(guī)定，在正常使用極限狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)組合試驗(yàn)荷載作用下，可拆裝打包箱集成房屋使用單體受彎構(gòu)件豎向荷載撓度不應(yīng)超過表2 的限值，表中為受彎構(gòu)件的跨度。

表2 規(guī)定荷載作用下受彎構(gòu)件的撓度限值

2.6 試驗(yàn)結(jié)果

撓度試驗(yàn)打包箱頂框/底框次梁、邊梁、立柱外觀完好，構(gòu)件節(jié)點(diǎn)連接牢固，打包箱在豎向荷載作用下試驗(yàn)結(jié)果見表3，表中數(shù)值已扣除支座沉降，試驗(yàn)過程見圖6。打包箱在豎向荷載作用下最大撓度均小于規(guī)定限值要求，頂框邊梁最大撓度占規(guī)定限值38.9%，頂框次梁撓度占規(guī)定限值44.7%，底框邊梁最大撓度占限值88%，底框次梁撓度占規(guī)定限值33.5%，頂框邊梁及次梁、底框次梁具有較大的位移裕度。測(cè)量構(gòu)件最大殘余變形占相應(yīng)位移的9.7%，試驗(yàn)完后構(gòu)件變形基本能恢復(fù)，構(gòu)件彈性恢復(fù)性能良好，連接節(jié)點(diǎn)工作正常。打包箱豎向荷載下的位移變形分析見表4。

表3 打包箱豎向荷載撓度試驗(yàn)結(jié)果（mm）

圖6 打包箱撓度試驗(yàn)

表4 打包箱豎向荷載下的位移變形分析

3 結(jié)語(yǔ)

打包箱集成房屋在不同荷載作用下的力學(xué)性能試驗(yàn)，是評(píng)估各類構(gòu)件之間連接、構(gòu)件受荷變形能力、構(gòu)件受荷恢復(fù)性能最為直接可靠的方法，通過開展打包箱集成房屋在正常使用極限狀態(tài)豎向荷載作用下的撓度試驗(yàn)，得出如下結(jié)論：

⑴構(gòu)件變形均滿足要求，構(gòu)件之間連接完好，試驗(yàn)打包箱滿足正常使用要求；

⑵試驗(yàn)打包箱底框邊梁采用截面中間增加方鋼的方式對(duì)提高變形能力有一定作用，但效果不明顯，原因?yàn)檫@種剛度加強(qiáng)方式對(duì)提高構(gòu)件截面慣性矩作用有限。

⑶為全面掌握打包箱集成房屋整體性能，加強(qiáng)施工安裝質(zhì)量驗(yàn)收，還需要開展豎向荷載作用下的承載能力極限狀態(tài)試驗(yàn)，模擬風(fēng)、地震水平荷載作用下的側(cè)移性能試驗(yàn)。