刘振昊，陈 伟，罗卓琳

（广州广检建设工程检测中心有限公司，广东广州 510600）

0 引言

集成式打包箱房屋是一款基于钢框架和轻质墙板结构体系的模块化建筑产品，因其具有非常强的移动性和多变性，使用功能多样化等特点，多用于工程营地、军事营地、旅游、市政临时用房、救灾安置房、临时医院隔离房等。但这种房屋的防火设计还缺乏精确的科学理论依据，造成设计时过于保守而造成浪费材料或是估计不足造成不安全[1]。国内已对集成式打包箱建筑的防火性能进行了一定的研究。王洪欣等[1]在岩棉夹芯板耐火实验的基础上，应用有限元理论分析了岩棉彩钢夹芯板耐火性能，并研究了不同耐火性能板材的岩棉夹芯板和EPS 夹芯板的框架结构在实际应用中的整体耐火性能。吴欣等[2]通过对几种以岩棉材料为主要基材，并加以不同的材料及结构方式进行保护的非承重垂直构件进行耐火极限测试，分析了对影响岩棉建筑构件耐火性能的主要因素。阮涛等[3]运用数值模拟的方式计算了不同厚度岩棉板的耐火性能，并与试验数据做对比，分析计算与试验的差异性，探讨了数值计算在建筑构件耐火性能检测领域的应用。杜明淮等[4]利用ANSYS 软件，研究了不同涂层厚度对简支钢梁耐火时间的影响。阎石等[5]利用大型有限元软件ANSYS 对具有NH（UN-H10）厚型防火涂料的GL2 主梁进行了耐火有限元分析。数值模拟与试验存在一定的差异，而仅仅对墙板材料进行防火试验也是不能反映整个建筑的防火性能。因此，本文通过对市面上某厂家生产的集成式打包箱房屋的墙板、楼板、吊顶以及地梁、顶梁等主要构件的耐火性能试验进行调查，分析影响其构件耐火性能的主要因素，对集成式打包箱房屋建筑的防火设计和工艺提升提供一定的依据。

1 集成式打包箱建筑构件耐火性研究

1.1 集成式打包箱房屋构造

本文调查集成式打包箱建筑主要构件的耐火性，其主要建筑构件规格如下：墙板规格为3000mm×2720mm×75mm 厚岩棉夹芯板；楼板由一块天花板和一块地板构成，其整体厚度为380mm，地板为几字梁支撑，天花板为100mm 厚岩棉夹芯板，总体规格为4900mm×3000mm×380mm；吊顶规格为 4900mm×3000mm×100mm 玻璃棉夹芯板；地梁跨度为5000mm；地梁和顶梁跨度均为5000mm，Q235B 型钢。

1.2 耐火性判定

根据现行国家标准《建筑构件耐火试验方法第1部分：通用要求》（GB/T 9978.1—2008），构件应满足的耐火性能，包括承重构件的稳定性、建筑分隔构件完整性和隔热性，判定准则用时间长短表示。判定参数指向构件的完整性、隔热性和承载能力[6]。规范对于四级建筑构件的耐火极限，梁应具有0.5h 的耐火时间[7]。建筑构件的耐火极限试验炉内升温均按标准规范规定的升温曲线（图1）进行控制。其升温曲线关系式如下。

式中：T——炉内平均温度，℃；t——时间，min。

1.2.1 完整性判定准则

试件在耐火试验期间能够持续保持其耐火隔火性能的时间。试件发生以下任一限定情况均认为试件丧失完整性。

（1）棉垫被点燃。

（2）背火面出现火焰并持续时间超过10s。

（3）ϕ6mm 的探棒能够穿过试件进入炉内，且沿裂缝方向移动150mm 长度。

（4）ϕ25mm 的探棒能够穿过试件进入炉内。

1.2.2 隔热性判定准则

试件在耐火试验期间能够持续保持其耐火隔热性能的时间。试件背火面温度温升发生超过以下任一限定情况均认为试件丧失隔热性。

（1）棉垫被点燃。

（2）平均温度温升超过初始平均温度140℃。

（3）任一点位置的温度温升超过初始温度180℃。

1.2.3 承载能力判定准则

试件在耐火试验期间能够持续保持其承载能力的时间。判定试件的变形量和变形速率。变形速率应在变形量超过L/30 之后才应用。试件超过下述任一判定准则限定式，则认为试件丧失承载能力。

式中：L——试件的跨度，mm；d——试件截面上抗压点与抗拉点之间的距离，mm。

1.3 各构件耐火性试验结果

测试主要使用的测试标准为（GB/T 9978）系列标准。该系列标准提供覆盖了国内所有垂直及水平建筑构耐火性能测试的试验条件，是国内最为重要的耐火极限测试标准[6]。建筑构件的耐火试验均要求按照标准规定的升温曲线进行升温。本文调查的房屋建筑构件中，楼板、地梁和顶梁的均布荷载分别为2kN/m2，2.49kN/m，0.83kN/m。各建筑构件耐火试验结果如表1所示。图2 为墙板背火面温升曲线，图3 为吊顶背火面温升曲线，图4 为楼板背火面温升曲线，图5 为地梁弯曲变形量、弯曲变形速率曲线，图6 为顶梁弯曲变形量、弯曲变形速率曲线。

表1 各构件耐火性能检验结果

通过表1 和图2 可以看出，墙板在试验10min 前，背火面温度缓慢升高，最高温度与平均温度差异较小，此时墙板仍具有耐热性。10min～20min 时，背火面温度升高幅度开始变大，墙板最高温度与平均温度差异慢慢增大，此时墙板已慢慢失去耐热性℃；20min～30min时，墙板背火面温度又缓慢升高，墙板最高温度与平均温度差异又逐渐变小，墙板已失去耐热性。现场试验观测，墙板从10min 开始出现大幅度变形，拼接缝处出现开裂现象，导致热量和火焰从拼接缝传出，背火面温度大幅升高，墙板的耐火性能为耐火完整性31min，耐火隔热性21min。

通过表1 和图3 可以看出，吊顶在试验3min 前，背火面温度缓慢升高，最高温度与平均温度差异较小。3min 后背火面温度升高幅度变大，最高温度与平均温度差异逐渐增大，此时吊顶已开始失去耐火性。吊顶隔热材料采用100m 厚度玻璃棉，玻璃棉与岩棉材料在密度、耐火性等有较大差异，吊顶耐火完整性≥12min，耐火隔热性10min。

通过表1 和图4 可以看出，楼板在试验中，背火面温度升高缓慢，最高温度与平均温度差异较小，具有良好的耐火性。40min 时，试件变形量超过极限弯曲变形量限值要求，试件失去承载能力。楼板耐火隔热性、耐火完整性、承载能力均为39min。

通过表1、图5 和图6 可以看出，地梁在试验8min00s 时，试件的弯曲变形量超过L/30；试验8min10s时，试件弯曲变形量超过极限弯曲速率限值要求，试件失去承载能力。顶梁在试验22min10s 时，试件的弯曲变形量超过L/30；试验22min20s 时，试件弯曲变形量超过极限弯曲速率限值要求，试件失去承载能力。地梁耐火性能为承载能力8min，顶梁耐火性能为承载能力22min。涂刷防火涂料是提高钢梁耐火极限的一种措施，文献[4]研究给出涂刷10mm 厚涂型防火涂料的钢梁耐火时间接近4000s；文献[5]给出了同一极限耐火时间下厚涂型防火涂料厚度近似估算公式。

2 结语

墙板使用的岩棉夹芯板具有一定的保温、隔热、防火性。对墙板和吊顶构件的结构和安装方式进行必要的改进，如墙板拼接缝进行一定的加固、吊顶采用防火性能较好的岩棉板，可进一步提高墙板、吊顶等构件耐火性能。地梁和顶梁采取涂刷一定厚度的防火涂料等措施来提高其耐火性能。通过上述方式对集成式打包箱房屋构件进行工艺改进，进而提高房屋整体防火性能。