集成式打包箱房屋耐火性調查研究

劉振昊，陳 偉，羅卓琳

（廣州廣檢建設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墻板結構體系的模塊化建筑產品，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、臨時醫院隔離房等。但這種房屋的防火設計還缺乏精確的科學理論依據，造成設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 夾芯板的框架結構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構方式進行保護的非承重垂直構件進行耐火極限測試，分析了對影響巖棉建筑構件耐火性能的主要因素。阮濤等[3]運用數值模擬的方式計算了不同厚度巖棉板的耐火性能，并與試驗數據做對比，分析計算與試驗的差異性，探討了數值計算在建筑構件耐火性能檢測領域的應用。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、頂梁等主要構件的耐火性能試驗進行調查，分析影響其構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計和工藝提升提供一定的依據。

1 集成式打包箱建筑構件耐火性研究

1.1 集成式打包箱房屋構造

本文調查集成式打包箱建筑主要構件的耐火性，其主要建筑構件規格如下：墻板規格為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，總體規格為4900mm×3000mm×380mm；吊頂規格為 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

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

式中：T——爐內平均溫度，℃；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保持其耐火隔火性能的時間。試件發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）背火面出現火焰并持續時間超過10s。

（3）?6mm 的探棒能夠穿過試件進入爐內，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。

1.2.2 隔熱性判定準則

試件在耐火試驗期間能夠持續保持其耐火隔熱性能的時間。試件背火面溫度溫升發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 各構件耐火性試驗結果

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所有垂直及水平建筑構耐火性能測試的試驗條件，是國內最為重要的耐火極限測試標準[6]。建筑構件的耐火試驗均要求按照標準規定的升溫曲線進行升溫。本文調查的房屋建筑構件中，樓板、地梁和頂梁的均布荷載分別為2kN/m2，2.49kN/m，0.83kN/m。各建筑構件耐火試驗結果如表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 各構件耐火性能檢驗結果

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。現場試驗觀測，墻板從10min 開始出現大幅度變形，拼接縫處出現開裂現象，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。對墻板和吊頂構件的結構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、吊頂等構件耐火性能。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件進行工藝改進，進而提高房屋整體防火性能。