打包箱集成房屋豎向荷載作用下的撓度試驗

涂啟華 陳國平 李騰榮 羅創漣 陳偉

（廣州廣檢建設工程檢測中心有限公司）

0 引言

打包箱集成房屋為高度工業化制造的建筑產品，其箱體以輕鋼體系為框架，圍護結構采用輕質墻板，通過頂框、底框、立柱、連接件組成標準單元模塊，其結構簡單，對基礎要求低，在人力、物力、工期效率等經濟性方面明顯優于傳統房屋，在應急醫院、方艙醫院、臨時醫院隔離病房、健康驛站中應用將產生積極的社會效益，具有廣闊的應用前景。目前的文獻多集中在計算分析模型試驗研究[1-5]、園區規劃布置、設計施工建造[6-11]等方面，開展打包箱集成房屋產品性能檢驗，加強施工安裝質量驗收，特別是加強其在不同荷載作用下性能試驗，對保證打包箱安全使用、提高打包箱集成房屋的設計、施工、安裝、建造均有重要意義。

1 打包箱基本情況

打包箱豎向荷載撓度試驗選擇在生產廠家進行，在廠房組裝標準型打包箱，為便于現場試驗觀察及堆載操作，試驗時打包箱不安裝四周隔墻板，試驗打包箱規格尺寸為XSF-B-6055×2990×2896、頂框次梁槽形鋼截面100mm×40mm×12mm×1.5mm、底框次梁槽形鋼截面120mm×50mm×12mm×2.0mm。構件布置見圖1，頂框、底框邊梁剖面分別見圖2 和圖3。底框邊梁中間焊接120mm×50mm×2.0mm 矩形鋼，形成閉口截面以增加構件整體剛度，次梁與邊梁、梁柱與角接件之間采用滿焊除渣打磨工藝。

圖1 打包箱立面構件布置

圖2 頂框邊梁剖面圖

圖3 底框邊梁剖面圖

2 豎向荷載撓度試驗

2.1 試驗目的

通過豎向荷載撓度試驗，檢驗打包箱受彎構件在正常使用極限狀態荷載標準組合作用下的構件節點連接、構件撓度及整體變形是否滿足國家相關標準要求。

2.2 試驗荷載確定

試驗的最大加載限值是荷載試驗最重要的指標之一，合理確定該限值一方面可以避免因荷載超出合理范圍而造成結構損傷或安全事故；另一方面可以避免因加載量不足而達不到試驗檢驗的目的。打包箱集成房屋頂部為不上人屋面，按《建筑結構荷載規范》GB 50009-2012 規定不上人屋面活荷載標準值為0.5kN/m2，底部為民用建筑一般住宅樓面均布活荷載標準值2.0kN/m2。《箱型輕鋼結構房屋第1 部分：可拆裝式》GB/T 37260.1-2018 規定，打包箱正常使用極限狀態試驗荷載取標準組合，即頂部試驗荷載取豎向均布0.5kN/m2，底部布置豎向均布2.0kN/m2荷載，見圖4。

圖4 試驗荷載布置

2.3 試驗準備

試驗前對試驗區域進行外觀質量檢查，包括頂框次梁、邊梁、立柱、底框次梁和邊梁構件是否存在變形，構件間連接是否牢固，是否有缺陷，清理試驗場地，焊接七個剛性支座，四個作為試驗打包箱支座，三個用于放置底框中部百分表。加載方式采用每個為20㎏重袋裝沙進行均布加載，為保證試驗荷載準確，裝沙時每袋均要求進行稱重，共準備226 袋20㎏重試驗荷載。取不安裝墻板的打包箱房屋單體1 個，放置在四個剛性支座上，沿長度方向一端設置不動鉸支座，另外一端為滾動支座，布設完后靜置12h 后進行試驗。

2.4 試驗加載及位移觀測

打包箱頂部、底部試驗區域尺寸均為6.058m×2.990m，按試驗要求，豎向荷載撓度試驗采用一次性加載，即一次性加載至最大加載量，不再分級，檢測區域加載要求見表1。本次對打包箱頂部邊框梁、內框梁，底部邊框梁、內框梁，共計6 個構件是否滿足撓度限值要求進行驗證，同時觀察試驗過程中構件節點連接情況。在被測試打包箱單體底框和頂框邊框梁、內框梁支座端、中點位置布置測點，采用精度為0.01mm、量程為50mm的百分表測量豎向位移值，測點編號見圖5，焊接門字架放置打包箱中間用于安裝頂部測點百分表進行位移觀測。試驗先進行頂部加載，試驗觀測完成后保持頂部荷載，后進行底部加載。為保證試驗精度，減少對試驗過程中人為干擾，加卸載試驗過程中盡量減少人員走動，疊放沙袋輕拿輕放。

表1 試驗區域加載

圖5 位移測量點布置圖

2.5 結果判定

按《箱型輕鋼結構房屋第1 部分：可拆裝式》GB/T 37260.1-2018 規定，在正常使用極限狀態標準組合試驗荷載作用下，可拆裝打包箱集成房屋使用單體受彎構件豎向荷載撓度不應超過表2 的限值，表中為受彎構件的跨度。

表2 規定荷載作用下受彎構件的撓度限值

2.6 試驗結果

撓度試驗打包箱頂框/底框次梁、邊梁、立柱外觀完好，構件節點連接牢固，打包箱在豎向荷載作用下試驗結果見表3，表中數值已扣除支座沉降，試驗過程見圖6。打包箱在豎向荷載作用下最大撓度均小于規定限值要求，頂框邊梁最大撓度占規定限值38.9%，頂框次梁撓度占規定限值44.7%，底框邊梁最大撓度占限值88%，底框次梁撓度占規定限值33.5%，頂框邊梁及次梁、底框次梁具有較大的位移裕度。測量構件最大殘余變形占相應位移的9.7%，試驗完后構件變形基本能恢復，構件彈性恢復性能良好，連接節點工作正常。打包箱豎向荷載下的位移變形分析見表4。

表3 打包箱豎向荷載撓度試驗結果（mm）

圖6 打包箱撓度試驗

表4 打包箱豎向荷載下的位移變形分析

3 結語

打包箱集成房屋在不同荷載作用下的力學性能試驗，是評估各類構件之間連接、構件受荷變形能力、構件受荷恢復性能最為直接可靠的方法，通過開展打包箱集成房屋在正常使用極限狀態豎向荷載作用下的撓度試驗，得出如下結論：

⑴構件變形均滿足要求，構件之間連接完好，試驗打包箱滿足正常使用要求；

⑵試驗打包箱底框邊梁采用截面中間增加方鋼的方式對提高變形能力有一定作用，但效果不明顯，原因為這種剛度加強方式對提高構件截面慣性矩作用有限。

⑶為全面掌握打包箱集成房屋整體性能，加強施工安裝質量驗收，還需要開展豎向荷載作用下的承載能力極限狀態試驗，模擬風、地震水平荷載作用下的側移性能試驗。