冷成型钢复合墙体高荷载比率抗火试验研究

已有的冷成型钢复合墙体抗火试验大多针对低荷载比率,其试验结果并不能反映该类墙体在高荷载比率作用下的抗火性能。设计制作了两片不同保温构造的足尺冷成型钢复合墙体模型,开展了其高荷载比率(荷载比率为0.85)抗火试验研究。结果表明高荷载比率作用下,墙体破坏模式发生改变,由低荷载比率作用下龙骨热翼缘的局部屈曲变为龙骨立柱全截面压屈。双层石膏板覆面板材墙体试件W1的耐火极限仅为37 min,龙骨立柱在柱底区域发生全截面压屈破坏;试件W2在龙骨空腔中加入了SAP保温材料,且采用蒸压轻质混凝土板、玻特板作为覆面墙板,其耐火极限达到了200 min,龙骨破坏模式不变但破坏位置由龙骨底部转移至龙骨顶部,原因是火灾环境下,龙骨上部空腔中的SAP保温材料最先完全脱水,造成龙骨上部的温度迅速升高且材性快速退化。

冷成型钢复合墙体受火传热模拟研究

近年来,冷成型钢结构在我国不断推广和应用,耐火性能是此类结构防火设计的重要指标,受到研究人员广泛关注。此类结构的竖向构件冷成型钢复合墙体通常由钢龙骨和覆面板材组合而成,覆面板材对于延缓龙骨温升至关重要,而开展耐火试验来研究复合墙体的耐火性能相对耗时费力。该文针对不同构造形式的墙体建立受火传热模型,通过与国内外学者开展的不同火灾环境下墙体的试验结果进行对比,验证了模型对于不同火灾环境的适用性;此外,针对内填充墙体的数值仿真提出了一种更符合工程实际的模型构造形式,可为设计人员提供方便。

考虑保温构造的足尺冷成型钢复合墙体承重抗火试验研究

为解决普通轻钢结构抗火性能差、推广应用受限等问题,设计制作18片足尺冷成型钢复合墙体,开展墙体常温轴压与承重抗火试验研究,考察覆板构造、高吸水树脂(SAP)保温材料、热膨胀荷载等因素对墙体耐火性能的影响,提出相关抗火设计建议。结果表明:墙体因初始荷载比率、覆面板材的差异呈现两类受火破坏模式,即墙柱端部全截面压屈破坏和墙柱热翼缘局部屈曲进而发生墙柱向背火侧弯曲破坏;考虑膨胀约束后的墙柱轴压承载力最大提高幅度可达162%,明显加快高温承载力的退化速率,其耐火极限减小,建议复合墙体作为非承重隔墙使用时,其墙体顶端与相应楼盖接触面之间应留有至少10 mm的轴向膨胀间隙;墙柱受火失效临界温度不仅与初始荷载比率、墙体覆板与填充层构造密切相关,墙柱热翼缘宽厚比和温度膨胀约束等因素影响亦不可忽略,建议将墙柱受火失效临界温度与墙柱受火温升简化计算方法相结合,实现复合墙体高效抗火设计;通过在墙体墙柱中加入SAP保温材料,可进一步提升墙体抗火性能;当有耐火需求较高时,推荐采用蒸压加气混凝土板和波特板覆板的外置保温单C89形截面墙柱构造,其在中等初始荷载比率0.55条件下,可以达到我国GB 50016—2014《建筑设计防火规范》中多高层建筑结构承重墙一级耐火等级的耐火极限(不低于3 h)要求。

夹芯墙板覆面冷弯薄壁型钢承重复合墙体受剪试验

为满足多层冷弯薄壁型钢房屋建筑的抗震及防火要求,同时兼顾施工便捷性,提出了夹心墙板覆面的新型冷弯薄壁型钢复合墙体,并完成了11片足尺模型水平加载试验。试验表明:1)复合墙体的受剪破坏主要由墙板周边的螺钉连接失效引起,即螺钉将墙板撕裂或螺钉剪断引起,墙板与自攻螺钉之间的连接力学性能成为影响复合墙体受剪性能的主要因素;增大墙板厚度或者采用玻镁板代替石膏板可提高复合墙体抗剪性能,而龙骨立柱的截面尺寸对复合墙体受剪性能影响不明显;2)同侧墙板层数的增加对复合墙体受剪承载力及刚度虽有明显提高,但未达到线性叠加程度;夹心墙板的使用有利于墙体蒙皮效应的发挥,相应的墙体受剪性能优于墙体同侧双层墙板覆面时的受剪性能;3)蒸压加气混凝土(ALC)板周边与自攻螺钉的连接区域在较低水平荷载作用下出现板材开裂现象,故不宜采取ALC板参与墙体受力的连接方式。研究给出了新型冷弯薄壁型钢复合墙体的受剪承载力及抗剪刚度设计指标,供工程设计参考。