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。

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。