王常霖，王培東，沈 曉

(1.天津大學(xué)，天津 300350； 2.中建八局第一建設(shè)有限公司，山東 濟(jì)南 250000；3.山東津單幕墻有限公司，山東 濟(jì)南 250220； 4.山東城市建設(shè)職業(yè)學(xué)院，山東 濟(jì)南 250000)

0 引言

目前市場(chǎng)上現(xiàn)有的建筑圍護(hù)系統(tǒng)主要為傳統(tǒng)砌塊圍護(hù)結(jié)構(gòu)和預(yù)制PC墻體。砌塊圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工周期長(zhǎng)、砌筑質(zhì)量不易保證?，F(xiàn)行的預(yù)制PC墻體成本高、運(yùn)輸效率低，且板塊拼接縫仍需按現(xiàn)澆處理，并不能真正有效地減少施工周期，由于PC墻體往往自重很大，在運(yùn)輸、安裝和使用等方面均存在較大的安全隱患，不能真正達(dá)到建筑全裝配式的目的。以上兩種圍護(hù)結(jié)構(gòu)大量增加了建筑物的質(zhì)量，對(duì)建筑地基和基礎(chǔ)的要求也相對(duì)更高，建設(shè)成本大幅增加。此外，兩種結(jié)構(gòu)仍需進(jìn)行二次裝修，不能滿足國(guó)家“裝飾一體化”的新要求[1]。

裝配式保溫裝飾墻體系統(tǒng)是針對(duì)傳統(tǒng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)缺陷所研發(fā)的一種新型建筑外圍護(hù)系統(tǒng)。其裝飾形式多變、自重小、安全可靠、節(jié)能性能好、運(yùn)輸方便、安裝便捷，且具有良好的耐火、抗折和抗沖擊性能[2]，填補(bǔ)了裝配式建筑外圍護(hù)領(lǐng)域的相關(guān)空白，對(duì)于響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，促進(jìn)我國(guó)建筑產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展具有深遠(yuǎn)意義。

1 墻體系統(tǒng)組成

新型裝配式保溫裝飾墻體有隱框、明框、點(diǎn)窗、豎向條窗和橫向條窗5種形式(見圖1)，主要由面板系統(tǒng)、連接系統(tǒng)組成。其中，面板系統(tǒng)包括復(fù)合面板、嵌入式骨架(邊框鋼龍骨、中框鋁龍骨)、密封系統(tǒng)及限位系統(tǒng)；連接系統(tǒng)包括內(nèi)部連接系統(tǒng)、外部連接系統(tǒng)及土建掛接系統(tǒng)。

圖1 新型裝配式保溫裝飾墻體形式

以隱框墻體為例，其結(jié)構(gòu)組成如圖2所示，細(xì)部節(jié)點(diǎn)如圖3所示。

圖2 隱框墻體系統(tǒng)組成

圖3 墻體系統(tǒng)細(xì)部節(jié)點(diǎn)

2 耐火性能研究

建筑構(gòu)件的耐火極限是衡量建筑構(gòu)件耐火性能的重要指標(biāo)。依據(jù)GB/T 9978《建筑構(gòu)件耐火試驗(yàn)方法》進(jìn)行耐火試驗(yàn)，結(jié)合GB 50016—2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(2018年版)[3]對(duì)墻體構(gòu)件的耐火極限要求，在耐火試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，探討該系統(tǒng)的破壞模式，為裝配式外圍護(hù)系統(tǒng)的研發(fā)和設(shè)計(jì)提供科學(xué)基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)支持。

依據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》對(duì)非承重外墻構(gòu)件燃燒性能和耐火極限的要求進(jìn)行試驗(yàn)，具體要求如表1所示。

表1 非承重外墻構(gòu)件燃燒性能、耐火極限要求

對(duì)于建筑構(gòu)件耐火極限的判定，目前沒(méi)有準(zhǔn)確的計(jì)算理論和充分的火災(zāi)數(shù)據(jù)，且根據(jù)真實(shí)情況模擬火災(zāi)在經(jīng)濟(jì)上無(wú)法實(shí)現(xiàn)。在試驗(yàn)爐內(nèi)采用明火模擬來(lái)評(píng)價(jià)建筑構(gòu)件耐火極限的方法，既科學(xué)又經(jīng)濟(jì)，耐火試驗(yàn)可解決其材質(zhì)和結(jié)構(gòu)的選型問(wèn)題，克服為增加保險(xiǎn)系數(shù)而造成的不必要浪費(fèi)，同時(shí)為設(shè)計(jì)、消防部門提供可控依據(jù)[4]。本試驗(yàn)在國(guó)家質(zhì)量檢測(cè)檢驗(yàn)中心耐火實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

2.1 試驗(yàn)裝置(試件)及標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件

1)試驗(yàn)裝置(試件)

試驗(yàn)爐是測(cè)定建筑構(gòu)件耐火性能的專用設(shè)備，通常由爐體、燃燒系統(tǒng)、爐溫控制系統(tǒng)、爐壓控制系統(tǒng)、加載設(shè)備、數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)組成，適用于承重或非承重隔墻、承重柱等建筑構(gòu)配件的耐火試驗(yàn)[5]。

試驗(yàn)爐主要技術(shù)條件全部采用ISO834相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，爐膛尺寸為3m×3m，燃料采用柴油，由管道輸送到噴嘴與鼓風(fēng)機(jī)送來(lái)的空氣混合，噴入爐內(nèi)燃燒，燃燒產(chǎn)生的煙氣再通過(guò)引風(fēng)機(jī)進(jìn)入煙道。爐溫控制系統(tǒng)可按標(biāo)準(zhǔn)溫升曲線自動(dòng)控制油閥的開啟度，爐壓控制系統(tǒng)顯示和控制爐內(nèi)壓力。本試驗(yàn)試件為非承重外墻構(gòu)件，不考慮加載。系統(tǒng)自動(dòng)采集數(shù)據(jù)并輸出結(jié)果，數(shù)據(jù)包括爐內(nèi)溫度和試件背火面溫度。

為了更準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)建筑構(gòu)件耐火極限，裝配式保溫裝飾墻體系統(tǒng)的試件須反映其在實(shí)際工況中的真實(shí)情況。該試件尺寸為3m×3m，由3塊豎向條板拼接，采用特定的剛性支承框架緊縛被測(cè)構(gòu)件的邊緣，另一側(cè)則釋放約束，考慮其一側(cè)自由變形，邊界部位采用不燃的柔性密封材料封堵。墻體試件拼接如圖4所示，試件構(gòu)造如圖5所示。

圖4 墻體試件拼接示意

圖5 試件構(gòu)造示意

2)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件

標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件指在試驗(yàn)爐中，給被測(cè)試構(gòu)件施加荷載，按標(biāo)準(zhǔn)溫升曲線(見圖6)，采用明火模擬火災(zāi)作用[6]。

圖6 標(biāo)準(zhǔn)溫升曲線

爐內(nèi)初始溫度為5～40℃，本試驗(yàn)初始溫度為30℃；爐內(nèi)溫升隨時(shí)間而變化，并按下列函數(shù)式控制：

T=345lg(8t+1)+20

(1)

式中：t為試驗(yàn)所經(jīng)歷的時(shí)間(min)；T為升溫到t時(shí)間的爐內(nèi)平均溫度(℃)。

爐內(nèi)及背火面均安裝有熱電偶，測(cè)量爐內(nèi)、試件背火面溫度并加以控制。按規(guī)范要求，每1.5m2至少布置1個(gè)熱電偶，熱電偶總數(shù)不應(yīng)少于5個(gè)，本試驗(yàn)熱電偶數(shù)量為12個(gè)。

2.2 判定標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)GB/T 9978.1—2008《建筑構(gòu)件耐火試驗(yàn)方法 第1部分：通用要求》規(guī)定，構(gòu)件失效有3個(gè)判定標(biāo)準(zhǔn)[6]，具體如下。

1)喪失穩(wěn)定性 即試件結(jié)構(gòu)破壞失效。

2)喪失完整性 ①背火面、棉墊燃燒串火時(shí)間二者其一達(dá)到10s以上；②直徑6mm探棒可穿過(guò)背面貫通縫進(jìn)入試驗(yàn)爐，探棒可沿縫長(zhǎng)度方向移動(dòng)150mm以上；③直徑25mm探棒可穿過(guò)背面貫通縫進(jìn)入試驗(yàn)爐。

3)喪失隔熱性 ①背火面溫度上升的平均值達(dá)到140℃以上；②背火面點(diǎn)狀溫度上升達(dá)到180℃以上。

試件測(cè)點(diǎn)溫度統(tǒng)計(jì)如表2所示。

表2 試件測(cè)點(diǎn)溫度統(tǒng)計(jì)

2.3 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)束后試件背火面、曝火面情況如圖7所示，試驗(yàn)結(jié)果如下。

圖7 試驗(yàn)后試件情況

1)面板整體未喪失穩(wěn)定性，可判定未失去承載能力。

2)試件曝火面有部分碎裂、脫落現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)分析應(yīng)為面板材質(zhì)問(wèn)題，纖維水泥板本身含水量較高，試驗(yàn)爐內(nèi)高溫環(huán)境下導(dǎo)致脫水開裂，但巖棉保溫層完好未脫落；試件背火面完好，面板平均位移最大為18.3mm，未出現(xiàn)損壞現(xiàn)象，可判定未喪失完整性。

3)背火面最高平均溫度為8.7℃，最高溫度為14.5℃，均小于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)限值，可判定未喪失隔熱性。

綜上所述，試件經(jīng)1h標(biāo)準(zhǔn)耐火極限試驗(yàn)驗(yàn)證其承載能力、完整性、隔熱性均可較好保持，判定其耐火極限大于1h。根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》規(guī)定，其耐火性能達(dá)到了規(guī)定的最高等級(jí)，表明該新型裝配式保溫裝飾墻體系統(tǒng)具有較好的耐火性能，能滿足我國(guó)規(guī)范對(duì)非承重外墻構(gòu)件耐火極限的要求，且性能優(yōu)異，可在建筑工程中使用。

3 結(jié)語(yǔ)

建筑圍護(hù)系統(tǒng)作為建筑的重要組成部分，在圍護(hù)、美觀、節(jié)能等方面所起的作用不可忽視。因此，研究開發(fā)新型建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)是推動(dòng)未來(lái)建筑進(jìn)一步向產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的重要手段之一，本文以新型裝配式保溫裝飾墻體系統(tǒng)為例，通過(guò)耐火試驗(yàn)對(duì)其耐火性能進(jìn)行了詳細(xì)的數(shù)據(jù)分析和探討，并得到相關(guān)結(jié)論，以期為建筑圍護(hù)系統(tǒng)向裝配式方向的發(fā)展提供參考。