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鋼結構住宅節能復合外墻板的應用研究

作者：李渤生等    
時間：2009-12-22 20:26:03 [收藏]
關鍵詞：節能 復合墻板 足尺試驗 鋼結構 住宅
    摘 要：本文針對節能復合墻板的物理及力學性能，以及在鋼結構住宅中的應用研究進行了系統論述。通過比較足尺墻板的極限承載力試驗結果與墻板所承受的風荷載，復合墻板可以安全地應用于多高層鋼結構建筑中。并就墻板預制、吊裝預埋件和安裝出現的問題，提出了針對性的改進措施，供鋼結構住宅的研究、設計、施工人員參考。

    1 .概況
    國內目前應用于鋼結構住宅的墻體材料主要有：加氣混凝土砌塊、蒸壓輕質加氣混凝土砌塊或墻板、輕質砂加氣混凝土砌塊或墻板等。混凝土砌塊價格低，但耐候性能差；用作外墻時，需要在外側加貼保溫材料以滿足建筑節能65％的要求，并容易出現墻面開裂的現象，后期維護成本較高，而且不符合鋼結構住宅裝配化的要求。蒸壓輕質加氣混凝土墻板和輕質砂加氣混凝土墻板均為寬度600mm的定型板，且有配套的標準圖集，但是生產工藝較為復雜，外墻厚度大，造價較高，板縫過多且縫隙的處理材料（密封膠）的耐久性仍沒有得到很好的解決[1~2]。
    LCC-C節能復合外墻板（以下簡稱“復合墻板”）是由兩側鋼筋混凝土（或陶粒混凝土）板、中間夾有50-100毫米厚的聚苯乙烯板組成的一種新型墻板，也是山東萊鋼建設有限公司為配合“H型鋼鋼結構節能住宅建筑體系研究與應用”課題（建設部2001年重點科技項目）的推廣應用而開發的主要產品。復合墻板內外由Ф2.5@50的鋼絲網和Ф3斜插鋼絲形成的空間受力結構體系，經試驗室檢測和實際應用發現，防火、保溫節能標準均達到規范要求。由山東萊鋼建設有限公司墻板廠預制的復合墻板主要做為非承重的外圍護墻使用，厚度為120-160mm，保溫節能效果好，完全滿足建筑節能65％的要求。山東萊鋼建設有限公司開發的鋼結構住宅整面墻或一個建筑開間為一塊墻板，具有安裝速度快，墻板縫隙少，節能保溫與承載集于一體的優勢，而且大大減少了漏雨漏水、隔音防噪效果差、墻面易開裂等問題。在同等條件下，復合墻板可比其他墻體厚度減小50％左右，有效增加建筑使用面積。該墻板在鋼結構住宅建設中成功應用已有近50萬平方米，是值得大力推廣的一種新型墻板[3]。
    2 .墻板的性能與應用
    2.1 墻板的性能
    鋼結構住宅對圍護結構的基本要求是：圍護結構應與鋼結構有可靠的連接和抗震性能，并能防止熱橋的產生。墻體宜選用高強、輕質，且具有良好的保溫隔熱、隔聲、防水、防火、抗裂和耐候等綜合性能的板材。由山東省建筑工程質量監督檢驗測試中心提供的復合墻板檢測報告表明，復合墻板完全滿足鋼結構住宅對圍護結構的基本要求，表1為復合墻板的基本性能與檢測結果。

    2.2 墻板的極限承載力試驗
    因目前沒有成熟的復合墻板極限承載力計算方法和墻板設計方法，山東萊鋼建設有限公司和山東大學成功合作，對于3塊墻板進行了足尺模型試驗，試驗現場如圖1所示。

    由現場試驗得出的墻板橫向荷載允許值如表2所示，結果表明，沒開窗洞墻板的承載力明顯高于開窗洞墻板，而且隨著窗洞口尺寸的加大，墻板的承載力也在下降。


    2.4 墻板的應用
    目前復合墻板已經成功在萊鋼•櫻花園、濟南艾菲爾花園、青島華陽慧谷、青島即墨德馨園等小區得到應用，面積近30萬平方米。以上4個鋼結構住宅項目是山東省墻改與建筑節能試點示范工程，其中濟南艾菲爾花園榮獲2003年中國建筑鋼結構金獎，并通過建設部1A級住宅認定，青島即墨德馨園、青島華陽慧谷榮獲第四屆中國建筑鋼結構金獎，并分別被列為建設部2004年和2007年科技示范工程項目計劃。
    復合墻板已完全實現了工廠化預制生產，如圖2、圖3所示。復合墻板也完全實現了現場裝配化安裝，安裝精度高、施工速度快，節省了大量的人力物力，綜合效益顯著。圖4為復合墻板的吊裝，圖5為復合墻板與鋼梁的連接節點，圖6為青島華陽慧谷復合墻板安裝完畢后的照片。

    3 .墻板應用中的問題與措施
    目前國內部分廠家的墻板在試驗室條件下均具有良好的性能，但在使用過程中仍出現了一些問題，如滲水、漏雨和隔音效果較差等，有待于進一步研究改進[5]。復合墻板作為新產品自問世以來，應用初期也出現了一些問題，如墻板裂縫等，以下就墻板應用中出現的問題與采取的措施展開討論。
    3.1 墻板應用中的問題
    墻板應用初期，受生產工藝的限制，復合墻板預制中易出現表面龜裂和混凝土內部空腔現象，安裝在鋼框架上時，個別復合墻板出現了細微裂縫。究其原因不外乎以下方面：①墻板含水率高，自身產生干燥收縮，造成墻縫處變形；②環境溫度、濕度的變化引起墻板收縮和膨脹，造成墻縫處變形；③混凝土振搗個別地方不密實；④由于建筑主體結構原因造成墻縫處變形。
    復合墻板制作初期，窗洞口四周處為光滑的平面，而窗戶安裝單位又沒有很好地采取防水措施，導致個別窗洞四周出現雨水滲漏現象。
    復合墻板的吊裝件不甚合理。為了在工廠翻身搬移和現場吊裝，每塊外墻板上專門設計了兩個半徑為50mm左右吊環（直徑10mm）。外墻板安裝完畢后，吊環就失去作用，需要用水泥砂漿或細石混凝土抹平，但由于吊環的存在使得砂漿或細石混凝土難以與墻板混凝土緊密結合，而造成墻皮脫落；既不能保證質量又造成了浪費。
    3.2 墻板應用中的相關措施
    針對表面龜裂、混凝土內部空腔及個別復合墻板出現了細微裂縫現象，首先，可以在混凝土中摻加聚丙烯纖維，增強墻板表面的抗裂性能；其次，在墻板制作前，在芯板兩面噴抹水泥砂漿進行界面處理，增強芯板與混凝土的粘結性，消除墻板在芯板兩側出現的空腔現象；再者，保證墻板出廠齡期，盡量降低墻板含水率；最后，接縫材料應采用具有一定彈性的材料以適應該處變形，墻板安裝、墻縫處理、飾面處理等各工序間要留有足夠時間間隔，以保證前道工序的變形釋放。

    4 .結論與建議
    經過幾年的試驗和應用，鋼結構住宅復合墻板的研發、生產與應用已經取得了很大的發展。隨著復合墻板的不斷深入研究，如墻板設計理論的完善、墻板節點形式的改進、墻板安裝技術的完善、新型材料的使用等，將有力地推動復合墻板在工程中的應用，促進鋼結構節能住宅實現設計模數化、構件標準化、加工工廠化和施工裝配化，最終實現鋼結構住宅產業化。

    參考文獻
    1.建設部科技發展促進中心編，鋼結構住宅設計與施工技術，中國建筑工業出版社，2003年11月。
    2.張小玲，鋼結構住宅體系的墻體材料的性能與設計要求，鋼結構住宅建筑體系與關鍵技術研究技 術交流現場會論文集，山東濟南，2004年：pp18-35。
    3.謝振清，鋼結構節能住宅建筑體系研究與應用，鋼結構住宅建筑體系與關鍵技術研究技術交流現 場會論文集，山東濟南，2004年：pp1-8。
    4.GB50009-2001，建筑結構荷載規范 [S]，中華人民共和國國家標準，中國計劃出版社，2002。
    5.侯和濤，李國強，鐘華東，鋼結構住宅設計存在的問題與建議，第四屆海峽兩岸及香港鋼結構技術交流會，上海，2006年：pp469-475。
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