打包箱集成房屋竖向荷载作用下的挠度试验

涂启华 陈国平 李腾荣 罗创涟 陈伟

（广州广检建设工程检测中心有限公司）

0 引言

打包箱集成房屋为高度工业化制造的建筑产品，其箱体以轻钢体系为框架，围护结构采用轻质墙板，通过顶框、底框、立柱、连接件组成标准单元模块，其结构简单，对基础要求低，在人力、物力、工期效率等经济性方面明显优于传统房屋，在应急医院、方舱医院、临时医院隔离病房、健康驿站中应用将产生积极的社会效益，具有广阔的应用前景。目前的文献多集中在计算分析模型试验研究[1-5]、园区规划布置、设计施工建造[6-11]等方面，开展打包箱集成房屋产品性能检验，加强施工安装质量验收，特别是加强其在不同荷载作用下性能试验，对保证打包箱安全使用、提高打包箱集成房屋的设计、施工、安装、建造均有重要意义。

1 打包箱基本情况

打包箱竖向荷载挠度试验选择在生产厂家进行，在厂房组装标准型打包箱，为便于现场试验观察及堆载操作，试验时打包箱不安装四周隔墙板，试验打包箱规格尺寸为XSF-B-6055×2990×2896、顶框次梁槽形钢截面100mm×40mm×12mm×1.5mm、底框次梁槽形钢截面120mm×50mm×12mm×2.0mm。构件布置见图1，顶框、底框边梁剖面分别见图2 和图3。底框边梁中间焊接120mm×50mm×2.0mm 矩形钢，形成闭口截面以增加构件整体刚度，次梁与边梁、梁柱与角接件之间采用满焊除渣打磨工艺。

图1 打包箱立面构件布置

图2 顶框边梁剖面图

图3 底框边梁剖面图

2 竖向荷载挠度试验

2.1 试验目的

通过竖向荷载挠度试验，检验打包箱受弯构件在正常使用极限状态荷载标准组合作用下的构件节点连接、构件挠度及整体变形是否满足国家相关标准要求。

2.2 试验荷载确定

试验的最大加载限值是荷载试验最重要的指标之一，合理确定该限值一方面可以避免因荷载超出合理范围而造成结构损伤或安全事故；另一方面可以避免因加载量不足而达不到试验检验的目的。打包箱集成房屋顶部为不上人屋面，按《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012 规定不上人屋面活荷载标准值为0.5kN/m2，底部为民用建筑一般住宅楼面均布活荷载标准值2.0kN/m2。《箱型轻钢结构房屋第1 部分：可拆装式》GB/T 37260.1-2018 规定，打包箱正常使用极限状态试验荷载取标准组合，即顶部试验荷载取竖向均布0.5kN/m2，底部布置竖向均布2.0kN/m2荷载，见图4。

图4 试验荷载布置

2.3 试验准备

试验前对试验区域进行外观质量检查，包括顶框次梁、边梁、立柱、底框次梁和边梁构件是否存在变形，构件间连接是否牢固，是否有缺陷，清理试验场地，焊接七个刚性支座，四个作为试验打包箱支座，三个用于放置底框中部百分表。加载方式采用每个为20㎏重袋装沙进行均布加载，为保证试验荷载准确，装沙时每袋均要求进行称重，共准备226 袋20㎏重试验荷载。取不安装墙板的打包箱房屋单体1 个，放置在四个刚性支座上，沿长度方向一端设置不动铰支座，另外一端为滚动支座，布设完后静置12h 后进行试验。

2.4 试验加载及位移观测

打包箱顶部、底部试验区域尺寸均为6.058m×2.990m，按试验要求，竖向荷载挠度试验采用一次性加载，即一次性加载至最大加载量，不再分级，检测区域加载要求见表1。本次对打包箱顶部边框梁、内框梁，底部边框梁、内框梁，共计6 个构件是否满足挠度限值要求进行验证，同时观察试验过程中构件节点连接情况。在被测试打包箱单体底框和顶框边框梁、内框梁支座端、中点位置布置测点，采用精度为0.01mm、量程为50mm的百分表测量竖向位移值，测点编号见图5，焊接门字架放置打包箱中间用于安装顶部测点百分表进行位移观测。试验先进行顶部加载，试验观测完成后保持顶部荷载，后进行底部加载。为保证试验精度，减少对试验过程中人为干扰，加卸载试验过程中尽量减少人员走动，叠放沙袋轻拿轻放。

表1 试验区域加载

图5 位移测量点布置图

2.5 结果判定

按《箱型轻钢结构房屋第1 部分：可拆装式》GB/T 37260.1-2018 规定，在正常使用极限状态标准组合试验荷载作用下，可拆装打包箱集成房屋使用单体受弯构件竖向荷载挠度不应超过表2 的限值，表中为受弯构件的跨度。

表2 规定荷载作用下受弯构件的挠度限值

2.6 试验结果

挠度试验打包箱顶框/底框次梁、边梁、立柱外观完好，构件节点连接牢固，打包箱在竖向荷载作用下试验结果见表3，表中数值已扣除支座沉降，试验过程见图6。打包箱在竖向荷载作用下最大挠度均小于规定限值要求，顶框边梁最大挠度占规定限值38.9%，顶框次梁挠度占规定限值44.7%，底框边梁最大挠度占限值88%，底框次梁挠度占规定限值33.5%，顶框边梁及次梁、底框次梁具有较大的位移裕度。测量构件最大残余变形占相应位移的9.7%，试验完后构件变形基本能恢复，构件弹性恢复性能良好，连接节点工作正常。打包箱竖向荷载下的位移变形分析见表4。

表3 打包箱竖向荷载挠度试验结果（mm）

图6 打包箱挠度试验

表4 打包箱竖向荷载下的位移变形分析

3 结语

打包箱集成房屋在不同荷载作用下的力学性能试验，是评估各类构件之间连接、构件受荷变形能力、构件受荷恢复性能最为直接可靠的方法，通过开展打包箱集成房屋在正常使用极限状态竖向荷载作用下的挠度试验，得出如下结论：

⑴构件变形均满足要求，构件之间连接完好，试验打包箱满足正常使用要求；

⑵试验打包箱底框边梁采用截面中间增加方钢的方式对提高变形能力有一定作用，但效果不明显，原因为这种刚度加强方式对提高构件截面惯性矩作用有限。

⑶为全面掌握打包箱集成房屋整体性能，加强施工安装质量验收，还需要开展竖向荷载作用下的承载能力极限状态试验，模拟风、地震水平荷载作用下的侧移性能试验。