装配式轻钢结构临建房屋工程应用研究

防火性能 本身无阻燃性，遇火熔化滴 落。需加入无机阻燃剂，增强 材料的防火能力； 同上，热导率略低于ＥＰＳ，黏 结性能低于ＥＰＳ。
经济性 成本低
成本 较高
聚氨酯泡沫
岩棉
具有良好的防火性能，遇火形 成焦化层保护，并具有较高的 压缩强度、黏结性以及剪切强 度，非常优异的隔热性能。 玄武岩或辉绿岩为主要原料， 热导率小、不燃烧、防火无毒， 外加一定数量的补助料，经高 具有良好的保温隔热性能，但
表ｌ
复合夹层材料芯材的性能指标
芯材名称
ＥＰＳ
聚苯乙 烯 泡沫板
ＸＰＳ
卡要成分及作用原理 以聚苯乙烯树脂为主要成分， 通过发泡、模龌成硝而成的具 有闭孔结构的泡沫材料 以聚苯乙烯树脂或其共聚物为 主要成分，添加少量添加剂， 通过加热挤塑而制成的具有闭 孔结构的硬质泡沫材料 硬质聚氨酯泡沫塑料（ＰＵ），是 一种热固性塑料
《钢结构》２０１０增刊
和抗震性能好、施工速度快等显著优点成为用于抗震救灾临时安置过渡房屋的结构体系。
针对冷弯薄壁型钢结构整体抗震性能评估，文献［５】在国内首次进行了屈服强度 ５５０ＭＰａ的高强冷弯薄壁型钢二层住宅足尺模型的振动台试验研究，试验结果表明，可以采 用底部剪力法的多质点简化计算方法（图２），对结构的动力性能进行验算，满足抗震设计要 求。在装配式轻钢结构临建房屋中，侧向力抵抗体系由屋面、楼面和墙体（蒙皮板剪力墙） 组成，整个房屋各组合体均参与横向荷载的传递。在实际设计中，需分别进行房屋横、纵 两个方向水平地震作用下结构的强度和刚度验算。对于侧向力抵抗体系的设计，在计算结 构单面剪力墙体分配的地震荷载时，采用面积分配法Ⅲ。，假定水平隔板与剪力墙相比是相 对柔性的，该方法按照从属面积分配荷载。根据墙体的剪力分配系数，计算各片墙体实际 承受的水平剪力，并和抗剪强度设计值进行比较，均小于设计值，二层结构由于承受的水 平剪力小，其墙体的抗剪安全系数更高，验证了装配式轻钢结构临建房屋结构自重轻，且 抗侧刚度大，整体具有较好抗震设防效果。 汶川震后调查研究发现，框架结构中楼梯平台梁与构造柱的连接节点在地震反复荷载 作用下出现破坏¨，。对于多层装配式轻钢结构临建房屋，其梯段一般只固定上下两点。在 地震力作用下，楼梯必然要发生颤动及扭转，故可以考虑在楼梯中间部位增加一个支撑立
群密集场所使用具有潜在危险。岩棉夹芯板具有高达６００℃的使用温度，不燃性Ａ级的优点，
可以在防火性能上弥补聚苯板的不足，岩棉夹芯板的物理机械性能较差且成本较高，因此
应根据具体使用环境选择不同的夹芯板或者组合使用两种板材。聚氨酯夹芯板性能最优， 但由于其造价最高，一般装配式临建房屋较少采用，故其适用于环境恶劣、有特殊使用要
成本高
成本低
钢结构工程研究⑧ 温熔融离心吹制成人造无机纤 维 聚氯乙烯泡沫 ＰＶＣ泡沫板
《钢结构》２０１０增刊
与其他板材的黏结强度低。 防火性能好，且有较好的冲击 强度，较低的树脂吸收率，抗 疲劳性好 阻燃性能差，保温隔热性能差
成本高 成本 较高
轻木
采用聚苯乙烯泡沫夹芯制作的夹层复合墙板的彩钢蒙皮板，彩钢蒙皮厚度０．２，－－．０．６ｍｍ， 夹层厚度２５＂－＇２５０ｍｍ。该板材自重轻、安装灵活快捷、价格便宜，因此具有较高市场占有 率。但是聚苯乙烯泡沫阻燃性能差，一旦发生火灾，热烟气就足以使其变形、垮塌，在人
制结构工程研究⑧
《钢结构》２０ｌＯ增刊
装配式轻钢结构临建房屋工程应用研究
肖礼侠王燕
（＊＊４』★≠±｝Ｉ＃｛院．青岛２６６０３３）
提要：装配式轻钢结构临建房屋具有缩构自重轻、抗震性能好、地质条件适应能力强、施Ｊ方便、可拆 卸、町移动、可周转使加等优点，是各类临建房屋中应用蛙为普遍的一种结构形式。针对装配式轻钢结构
求的场合。
针对５０ｍｍ厚和８０ｍｍ厚金属面岩棉夹芯板耐火极限研究表明ｕ引，岩棉夹芯板具有良
好的隔热性能，板受火面和背火面的温度相差６００℃以上。如８０ｒａｍ岩棉夹心板在标准升温
荷载作用１０５ｍｉｎ后，受火面温度升至１０２９℃而背面钢材平均温度为２３０℃，钢材强度折减不
到十分之一。而且随着岩棉夹心板厚度的增加，板材的耐火性能也不断增加。同时通过对 ＥＰＳ夹芯板的有限元模拟验证了其属于易燃物，在火灾作用时不但起不到隔热效果反而助
能够认识到低矮建筑的风荷载作用机理和破坏机理。
装配式轻钢结构临建房屋屋面一般采用彩钢夹心板，属轻质钢板，风载通常是设计的
控制荷载，包括其屋檐构造对屋面的风压分布有特殊的影响。装配式轻钢结构临建房屋屋 檐多采用挑檐的形式，由于挑檐在迎风面上下表面均有较大风载作用，因此该部位的风载
较屋面其它部位更加不利，在风灾中常成为最易受损的部位之一。由于檐口附近的气流分 离会导致檐口上下表面的风压系数与屋面坡角、房屋高度、风向角等有密切关系ｕ叫。故建 议设计时参考Ｓｔａｔｈｏｐｏｕｌｏｓｕｕ有关对小角度双坡屋面（ｏ≤１０。）的檐口设计风压系数值。 屋面板方面，虽然暗扣式钢板屋盖防水性能较好，没有螺钉孔，温差变化时可自由伸缩 变形，没有漏水隐患，但抗风能力相对较差，故建议在当前国产暗扣式钢板屋盖设计施工 安装技术尚不成熟的情况下，宜采用螺钉式或卷边咬合式钢板屋盖。如必须采用，则在暗 扣式钢板屋盖的屋脊及檐口部位打上抗风螺钉进行防台风加固。 一
的稳定性，减少大风情况下不安全因素。同时，为进一步增加轻钢活动房的整体稳定性，
Байду номын сангаас
考虑把房屋结构中的拉杆布置改为拉杆满布形式，增加轻钢房屋的整体稳定性，增强抵抗 外力的能力，特别适合沿海多台风地区和地震多发地区（如图３所示）。
× ×× Ｖ × × 烩．
拉杆局部布置
拉杆
拉杆满布布置 图３山墙拉杆布置
４．抗火性能
在地震、风灾、火灾等作用Ｆ整体结构设计班及内力计算等问题进行了综述和分析，为单层厦多层装§拭
轻钢结构临建房屋的设订以理工程应用提供参考。 关键词：装配式；轻钢结构；临建膀屋：彩钢强芯板
１．引言
装配式轻钢结构临建房屋具有结构自重轻、抗震性能好、地质条件适应能力强、施工 方便、可拆卸、可移动、可周转使用等优点，已经成为我国各类临建房屋－”应用最为普遍 的一种结构形式（图１）。近年来，装配式轻钢结构临建房屋大量应用在抢险救灾临时过渡 安置房屋、建筑施工现场临建房屋等，其发挥的作用日趋显著。目前国内针对装配式轻钢 结构临建房屋的研究．主要基于竖向静力荷载分析研究｛１Ｐ【４ Ｊ，而对于结构抗侧力研究内容 较少。本文针对装配式轻钢结构在遭受不可抗力如强震、强风、火灾作用下整体结构存在 的问题、加以分析总结，为单层及多层轻钢装自ｄ式结构的工程应用提供参考。
５．装配式临建房屋墙体板材选型
临建房屋宜采用彩钢夹芯板作为屋面和墙面的外围护结构及房间的非承重隔墙。彩钢 夹芯板应采用燃烧性能不低于Ｂ１级的难燃材料。文献１１５］将彩钢夹芯板定义为将彩色涂层 钢板面板及底板与保温芯材通过粘结剂（或发泡）复合而成的保温复合围护板材；根据其 芯材的不同分为硬质聚氨酯夹芯板、聚苯乙烯夹芯、岩棉夹芯板等复合围护板材。 由于临建房屋市场庞大、零散，很难规范化，国家建材行业标准均未对彩钢板内保温 材料燃烧性能明确提出达至ＩＪＢｌ级的具体要求，只是文献［１６１对夹芯板内的保温材料规定“氧 指数不小于３０％”，文献［１７］对夹芯板内的保温材料规定“燃烧性能达至）ＪＢ２级”，文献［１８】 对夹芯板耐火极限做出规定“当夹芯板厚度大于等于８０ｍｍ时，耐火极限大于等于６０ｍｉｎ。 当夹芯板厚度小于８０ｍｍ时，耐火极限大于等于３０ｍｉｎ”。鉴于硬性规定的模糊化，夹芯板内 复合材料的性能研究显得尤为重要。 目前国内复合夹层材料的芯材主要有以下五种：聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫、岩棉、 聚氯乙烯泡沫、轻木。主要性能指标见表ｌ。
柱，使楼梯由两点固定变为三点固定，减少两个支撑点之间的距离，这样可以使楼梯在地
震作用Ｆ更加稳固，保证逃生通道顺畅。
碰：益篓签理：：芝竺≥；
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图２底部剪力法质点作用位置
３．抗风性能
风灾是一种常见自然灾害，我国风灾中人员伤亡和财产损失主要是由低矮建筑的风损 和风毁造成。２００３年６月２３日，“飞燕”台风造成福建省宁德市房屋倒塌６１００间，损坏３２．１４ 万间；２００４年８月，“云娜”台风造成浙江省４万多间房屋倒塌，几乎所有的简易厂棚和临时 厂房被台风刮倒；２００６年８月，“桑美”台风导致浙江和福建两省数百人伤亡，造成了巨大 的经济损失。２００８以来，全国尤其东南沿海地区更是频频遭遇风灾。随着近年来我国大兴
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２．抗震性能
２００８年５月１２日，叫川汶川发生的８．０级特大地震，是２０世纪以来中国西部最为严
重的次地震。在此移＝地震ｔｈ学校校舍、居民住房倒塌ｒ‘霞。山于汶川地处断层错动处，随 后一年多搜相当长一段时间内，余震频发。过渡安置期内，装配式轻钢结构临建房崖以其环保
钢结构工程研究⑧
临建结构被风刮倒说明倾覆和滑移是装配式轻钢结构临建房屋的危险之一，而地基和基 础连接薄弱呈柔性是这一危险的潜在原因。当装配式临建房屋的层数多于两层时，由于立 柱与地梁两点铰接缺乏稳定性，可以将两个螺栓连接增加为四个螺栓连接，增加立柱与地
梁的刚性，在四个方向上对称布置螺栓，这样可以增加立柱的稳定性，进而增加整个房屋
２００３年上海大众汽车制动器厂发生火灾，因钢结构厂房的破坏，使工厂停产，致使大 众汽车生产线的汽车总装受到影响ｎ剁。２００５年４ＦＪ３０１ｊ，某市施工现场彩钢板结构临建房屋 发生火灾，烧毁二十余间房，过火面积２７８ｍ２，直接经济损失２６５５２元；２００４年１月１日至２００５ 年１２月３１日，施工现场发生火灾６４起，其中，彩钢板结构临建房屋发生火灾２１起，占火灾
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钢结构工程研究③
《钢结构》２０１０增刊
总起数的３３％【１３】。北京市消防局２００６年对监督管理的９个施工现场的临建房屋采用的彩钢 板结构进行随机现场取样，并送国家建筑工程质量监督检验中心进行“氧指数”检测ｕ副。
经检测，１－／ｊ、送检样品的燃烧性能为Ｂ１（难燃）级，５个送检样品的燃烧性能为Ｂ２级（可燃），３ 个送检样品的燃烧性能为Ｂ３（易燃）级，送检样品保温材料达不到Ｂｌ级要求的达８８．８９％。 装配式临建房屋的防火问题主要是墙板材料的问题ｕ劓。临建房屋的性能指标主要与墙 体面板和房屋结构有关，在房屋结构差别不大的情况下，墙体面板的性能尤其显得重要。 目前市场上临建房屋墙体面板材料主要是兼具保温隔热和支撑房屋重量功能的各种夹层结 构的彩钢夹芯板。彩钢板填充的保温材料多为聚苯乙烯泡沫塑料芯材、硬质聚氨酯芯材、 岩棉、矿渣棉芯材等。如果彩钢板内的保温材料不能达至ｌＪＢｌ级的要求，一旦发生火灾事故， 会由于火灾蔓延速度很快、燃烧产物中含有大量对人体有害的气体、保温材料夹在金属材 料中间扑救比较困难等原因，造成火烧连营和群死群伤的事故。
土木，装配式临建房屋遍地开花，但长期以来我国在装配式临建房屋抗风研究方面投入的
关注很低，亟待加强调查和研究。 低矮建筑风荷载作用和破坏机理的难度在于旧１：近地高紊流难以模拟，低矮建筑一般
钢结构工程研究⑧
＜钢结构》２０１０增刊
较为密集，干扰效应严重，雷诺数很难模拟。面对这种情况，国内外一般采用全尺度模型 进行现场实测。Ｔ１Ⅳ，Ａｙｌｅｓｂｕｒｙ和Ｓｉｌｓｏｅ等均是著名的实尺度低矮建筑模型，文献【９】制作了 一个可移动的实尺度低矮建筑模型，目前正布置在沿海地区进行实测研究。风洞试验也是 进行低矮建筑风荷载效应机理及设计方法研究的主要手段。利用模型现场实测和风洞试验，
燃，使得夹心板上下两层钢板迅速失去承载力。比较两种板材，岩棉夹心板具有良好的耐
火性能，在火灾作用时，与梁柱结构体系相互作用，提高了整体框架结构的耐火性能。因
此在选择板材时，采用耐火性能好的板材，可以增加结构整体的耐火性能。
６．装配式轻钢结构临建房屋的受力蒙皮效应
装配式轻钢结构的屋面和墙面一般采用彩钢夹芯板，由于其通过檩条与刚架牢固连接， 故具有良好的蒙皮效应。有效利用压型钢板的蒙皮作用，可以达到节约钢材或提高结构承 载力的目的，一方面利用应力蒙皮效应，可以充分发挥压型钢板蒙皮的潜在承载能力，从 而获得加强结构空间刚度、降低结构用钢量、提高使用效应和经济效益，另一方面研究受 力蒙皮作用和结构的空间作用，真实地评估应力蒙皮效应参与轻钢结构体系共同工作的程 度，可以准确地反映结构的实际工作状况。