集成式打包箱房屋耐火性調(diào)查研究

劉振昊，陳 偉，羅卓琳

（廣州廣檢建設(shè)工程檢測中心有限公司，廣東廣州 510600）

0 引言

集成式打包箱房屋是一款基于鋼框架和輕質(zhì)墻板結(jié)構(gòu)體系的模塊化建筑產(chǎn)品，因其具有非常強的移動性和多變性，使用功能多樣化等特點，多用于工程營地、軍事營地、旅游、市政臨時用房、救災安置房、臨時醫(yī)院隔離房等。但這種房屋的防火設(shè)計還缺乏精確的科學理論依據(jù)，造成設(shè)計時過于保守而造成浪費材料或是估計不足造成不安全[1]。國內(nèi)已對集成式打包箱建筑的防火性能進行了一定的研究。王洪欣等[1]在巖棉夾芯板耐火實驗的基礎(chǔ)上，應用有限元理論分析了巖棉彩鋼夾芯板耐火性能，并研究了不同耐火性能板材的巖棉夾芯板和EPS 夾芯板的框架結(jié)構(gòu)在實際應用中的整體耐火性能。吳欣等[2]通過對幾種以巖棉材料為主要基材，并加以不同的材料及結(jié)構(gòu)方式進行保護的非承重垂直構(gòu)件進行耐火極限測試，分析了對影響巖棉建筑構(gòu)件耐火性能的主要因素。阮濤等[3]運用數(shù)值模擬的方式計算了不同厚度巖棉板的耐火性能，并與試驗數(shù)據(jù)做對比，分析計算與試驗的差異性，探討了數(shù)值計算在建筑構(gòu)件耐火性能檢測領(lǐng)域的應用。杜明淮等[4]利用ANSYS 軟件，研究了不同涂層厚度對簡支鋼梁耐火時間的影響。閻石等[5]利用大型有限元軟件ANSYS 對具有NH（UN-H10）厚型防火涂料的GL2 主梁進行了耐火有限元分析。數(shù)值模擬與試驗存在一定的差異，而僅僅對墻板材料進行防火試驗也是不能反映整個建筑的防火性能。因此，本文通過對市面上某廠家生產(chǎn)的集成式打包箱房屋的墻板、樓板、吊頂以及地梁、頂梁等主要構(gòu)件的耐火性能試驗進行調(diào)查，分析影響其構(gòu)件耐火性能的主要因素，對集成式打包箱房屋建筑的防火設(shè)計和工藝提升提供一定的依據(jù)。

1 集成式打包箱建筑構(gòu)件耐火性研究

1.1 集成式打包箱房屋構(gòu)造

本文調(diào)查集成式打包箱建筑主要構(gòu)件的耐火性，其主要建筑構(gòu)件規(guī)格如下：墻板規(guī)格為3000mm×2720mm×75mm 厚巖棉夾芯板；樓板由一塊天花板和一塊地板構(gòu)成，其整體厚度為380mm，地板為幾字梁支撐，天花板為100mm 厚巖棉夾芯板，總體規(guī)格為4900mm×3000mm×380mm；吊頂規(guī)格為 4900mm×3000mm×100mm 玻璃棉夾芯板；地梁跨度為5000mm；地梁和頂梁跨度均為5000mm，Q235B 型鋼。

1.2 耐火性判定

根據(jù)現(xiàn)行國家標準《建筑構(gòu)件耐火試驗方法第1部分：通用要求》（GB/T 9978.1—2008），構(gòu)件應滿足的耐火性能，包括承重構(gòu)件的穩(wěn)定性、建筑分隔構(gòu)件完整性和隔熱性，判定準則用時間長短表示。判定參數(shù)指向構(gòu)件的完整性、隔熱性和承載能力[6]。規(guī)范對于四級建筑構(gòu)件的耐火極限，梁應具有0.5h 的耐火時間[7]。建筑構(gòu)件的耐火極限試驗爐內(nèi)升溫均按標準規(guī)范規(guī)定的升溫曲線（圖1）進行控制。其升溫曲線關(guān)系式如下。

式中：T——爐內(nèi)平均溫度，℃；t——時間，min。

1.2.1 完整性判定準則

試件在耐火試驗期間能夠持續(xù)保持其耐火隔火性能的時間。試件發(fā)生以下任一限定情況均認為試件喪失完整性。

（1）棉墊被點燃。

（2）背火面出現(xiàn)火焰并持續(xù)時間超過10s。

（3）?6mm 的探棒能夠穿過試件進入爐內(nèi)，且沿裂縫方向移動150mm 長度。

（4）?25mm 的探棒能夠穿過試件進入爐內(nèi)。

1.2.2 隔熱性判定準則

試件在耐火試驗期間能夠持續(xù)保持其耐火隔熱性能的時間。試件背火面溫度溫升發(fā)生超過以下任一限定情況均認為試件喪失隔熱性。

（1）棉墊被點燃。

（2）平均溫度溫升超過初始平均溫度140℃。

（3）任一點位置的溫度溫升超過初始溫度180℃。

1.2.3 承載能力判定準則

試件在耐火試驗期間能夠持續(xù)保持其承載能力的時間。判定試件的變形量和變形速率。變形速率應在變形量超過L/30 之后才應用。試件超過下述任一判定準則限定式，則認為試件喪失承載能力。

式中：L——試件的跨度，mm；d——試件截面上抗壓點與抗拉點之間的距離，mm。

1.3 各構(gòu)件耐火性試驗結(jié)果

測試主要使用的測試標準為（GB/T 9978）系列標準。該系列標準提供覆蓋了國內(nèi)所有垂直及水平建筑構(gòu)耐火性能測試的試驗條件，是國內(nèi)最為重要的耐火極限測試標準[6]。建筑構(gòu)件的耐火試驗均要求按照標準規(guī)定的升溫曲線進行升溫。本文調(diào)查的房屋建筑構(gòu)件中，樓板、地梁和頂梁的均布荷載分別為2kN/m2，2.49kN/m，0.83kN/m。各建筑構(gòu)件耐火試驗結(jié)果如表1所示。圖2 為墻板背火面溫升曲線，圖3 為吊頂背火面溫升曲線，圖4 為樓板背火面溫升曲線，圖5 為地梁彎曲變形量、彎曲變形速率曲線，圖6 為頂梁彎曲變形量、彎曲變形速率曲線。

表1 各構(gòu)件耐火性能檢驗結(jié)果

通過表1 和圖2 可以看出，墻板在試驗10min 前，背火面溫度緩慢升高，最高溫度與平均溫度差異較小，此時墻板仍具有耐熱性。10min～20min 時，背火面溫度升高幅度開始變大，墻板最高溫度與平均溫度差異慢慢增大，此時墻板已慢慢失去耐熱性℃；20min～30min時，墻板背火面溫度又緩慢升高，墻板最高溫度與平均溫度差異又逐漸變小，墻板已失去耐熱性。現(xiàn)場試驗觀測，墻板從10min 開始出現(xiàn)大幅度變形，拼接縫處出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，導致熱量和火焰從拼接縫傳出，背火面溫度大幅升高，墻板的耐火性能為耐火完整性31min，耐火隔熱性21min。

通過表1 和圖3 可以看出，吊頂在試驗3min 前，背火面溫度緩慢升高，最高溫度與平均溫度差異較小。3min 后背火面溫度升高幅度變大，最高溫度與平均溫度差異逐漸增大，此時吊頂已開始失去耐火性。吊頂隔熱材料采用100m 厚度玻璃棉，玻璃棉與巖棉材料在密度、耐火性等有較大差異，吊頂耐火完整性≥12min，耐火隔熱性10min。

通過表1 和圖4 可以看出，樓板在試驗中，背火面溫度升高緩慢，最高溫度與平均溫度差異較小，具有良好的耐火性。40min 時，試件變形量超過極限彎曲變形量限值要求，試件失去承載能力。樓板耐火隔熱性、耐火完整性、承載能力均為39min。

通過表1、圖5 和圖6 可以看出，地梁在試驗8min00s 時，試件的彎曲變形量超過L/30；試驗8min10s時，試件彎曲變形量超過極限彎曲速率限值要求，試件失去承載能力。頂梁在試驗22min10s 時，試件的彎曲變形量超過L/30；試驗22min20s 時，試件彎曲變形量超過極限彎曲速率限值要求，試件失去承載能力。地梁耐火性能為承載能力8min，頂梁耐火性能為承載能力22min。涂刷防火涂料是提高鋼梁耐火極限的一種措施，文獻[4]研究給出涂刷10mm 厚涂型防火涂料的鋼梁耐火時間接近4000s；文獻[5]給出了同一極限耐火時間下厚涂型防火涂料厚度近似估算公式。

2 結(jié)語

墻板使用的巖棉夾芯板具有一定的保溫、隔熱、防火性。對墻板和吊頂構(gòu)件的結(jié)構(gòu)和安裝方式進行必要的改進，如墻板拼接縫進行一定的加固、吊頂采用防火性能較好的巖棉板，可進一步提高墻板、吊頂?shù)葮?gòu)件耐火性能。地梁和頂梁采取涂刷一定厚度的防火涂料等措施來提高其耐火性能。通過上述方式對集成式打包箱房屋構(gòu)件進行工藝改進，進而提高房屋整體防火性能。