金屬吊頂抗風性能的研究

倪 紅 劉 翼( 金陵科技學院，江蘇 南京 69； 中國建筑材料檢驗認證中心，北京 0004)

隨著我國建筑業(yè)的發(fā)展，金屬吊頂因其特有的防火、平整、易清潔等特性博得大眾偏愛。各式各樣的金屬吊頂，現(xiàn)在已逐漸在市場上占據(jù)了一席之地，打破了原本石膏吊頂、PVC 吊頂并立天下的局面。與傳統(tǒng)材料比，金屬吊頂具有諸多優(yōu)勢：防火、防水性能好；材質輕、強度高、安裝方便；具有良好吸音、隔音效果；油煙清洗方便；使用壽命長，不易變形變色。除了家庭裝飾外，金屬吊頂更廣泛的應用于公共建筑，如機場航站樓、地鐵站等。圖1 為北京首都國際機場T3航站樓，圖2 為北京地鐵5 號線車站[1]。

圖1 北京首都國際機場T3 航站樓

通常認為，室內吊頂只有在開窗或門的情況下才會受到很小的風荷載力，因為在天氣惡劣的時候，門窗一般都是關閉的。但目前金屬吊頂材料廣泛應用于火車站、城鐵站、敞開式走廊等半戶外環(huán)境，會受到自然界風的影響，安全性能是非常重要的問題。之前QB/T 1561-1992《金屬吊頂》、TAIM e.V.-November 2003《Technical Manual on Metal Meilings》和EN 13964-2004《suspended ceilings-requirements and test methods》均未提及材料在風荷載下的強度。本論文通過自行研發(fā)的測試設備，研究了金屬吊頂系統(tǒng)在均布荷載與風荷載下的強度，建立了風荷載強度檢測方法。

圖2 北京地鐵5 號線車站

1 測試設備

圖3 為測試設備的立體結構圖。其中1 為試樣車；2 為測試口，尺寸為1m×1m；3 為抽風機，其產生的最大均風壓強度可為2500Pa；4 為軸流風機，產生最大風速可為33 m/s。

圖3 金屬吊頂抗風性能設施設備

2 試驗步驟

2.1 樣品安裝

按照生產商提供的安裝方法將龍骨安裝在試樣車上，推動試樣車使試樣樣板位于測試口上部，將試樣板下降，使其與測試口彈性密封條相貼，并確保受測系統(tǒng)沒有形變；根據(jù)吊頂?shù)膶嶋H形狀選擇3個測量點，在每個測量點上安裝一個位移傳感器；關閉進出風口擋板，使工作部件內部形成一個封閉系統(tǒng)；開啟抽風機預加10Pa 荷載，消除試樣系統(tǒng)安裝時產生的間隙，并穩(wěn)定系統(tǒng)。

2.2 風荷載測試

按2.1 安裝好樣品，開啟進風口、出風口擋板，升起試樣樣板，與測試口相距1cm；開啟軸流風機在試樣樣板下方產生與其平行的風速，調節(jié)轉速，加載4m/s的風速，60 秒后，取最大形變量為彈性形變量；卸載，60 秒之后，選取其中最大殘余形變量為塑性形變量；然后，按照蒲福風力等級表[2]（見表1）數(shù)據(jù)不斷增大風速重復上述步驟，獲得不同風速下的彈性及塑性形變量，直至26m/s。

3 結果與討論

結合上述設備，對常見尺寸規(guī)格的金屬吊頂材料進行了驗證試驗，以下為一些具體案例。

表1 蒲福風力等級表

3.1 條板樣品

150mm 寬的條板是一種常見的吊頂板，筆者對其分別進行了動風壓測試，結果見圖4、圖5。

圖4 150mm 條板動風壓-彈性形變測試結果

圖5 150mm 條板動風壓-塑性形變測試結果

圖4、圖5 為動風壓測試結果，在4～16m/s的范圍內，彈性形變與塑性形變增加較為平緩，風速超過16m/s 后，彈性形變與塑性形變均急劇增加，在19m/s 室彈性形變?yōu)?4mm，塑性形變?yōu)?.2mm。16m/s（即7 級風）成為了一個臨界點。

3.2 塊板樣品

塊板廣泛應用于機場航站樓等大型公共建筑，600mm×600mm 是常見的規(guī)格尺寸，其動風壓測試的結果見圖6、圖7。

圖6 600mm×600mm 塊板動風壓-彈性形變測試結果

圖7 600mm×600mm 塊板動風壓-塑性形變測試結果

塊板的檢測結果與條板相似，在動風壓下，同樣在16m/s 風速時出現(xiàn)拐點，在19m/s 風速（八級風）時，彈性形變超過10mm，塑性形變超過2mm。

3.3 安全性試驗

半戶外的金屬吊頂所承受的風速較大，有可能在大風的天氣從龍骨中脫出墜落，造成安全事故。通過上述設備，不斷增加風速，考察樣品最終從龍骨脫出的最大風速，可以表征此吊頂系統(tǒng)的抗風安全性能，經檢測，少部分樣品在23m/s的風速下（九級風）從龍骨上脫出，圖8 為試驗中樣品脫落時的照片。

圖8 吊頂板從龍骨中脫落

4 結論

本文通過自行研發(fā)的檢測設備，系統(tǒng)地研究了金屬吊頂?shù)目癸L性能，指出16m/s 為其抗風性能的臨界點。將16m/s的風荷載下塑性形變不得超過2mm 作為性能指標寫入了GB/T 23444-2009 《金屬及金屬復合材料吊頂板》。同時，本設備還可進行吊頂抗風安全性能的檢測。

[1]蔣荃，劉婷婷，劉翼.金屬及金屬復合裝飾材料檢測技術[M].北京：中國計量出版社，2009.17-19.

[2]姜瑜君，桑建國，張伯寅.高層建筑的風環(huán)境評估.北京大學學報(自然科學版)，2006,42 (1):68-73.