整体装配式轻钢龙骨外墙板的研究

2019-12-11彭欢佳

广东土木与建筑 2019年11期

彭欢佳，罗多，邓鑫

（1、珠海中建兴业绿色建筑设计研究院有限公司珠海519000；2、珠海兴业绿色建筑科技有限公司珠海519000）

0 前言

围护结构是指围合建筑空间四周的墙体、门、窗等构成建筑空间、抵御环境不利影响的构件。新型建筑围护墙体的应用对提高建筑质量和品质、建造模式的改变等都具有重要意义，积极引导和逐步推广新型建筑围护墙体也是装配式建筑的重点工作［1］。

目前国内可作为装配式建筑外墙板种类主要有：承重混凝土岩棉复合外墙板、薄壁混凝土岩棉复合外墙板、混凝土聚苯乙烯复合外墙板、混凝土膨胀珍珠岩复合外墙板、钢丝网水泥聚苯乙烯夹芯板、SP 预应力空心板、加气混凝土外墙板、真空挤压成型纤维水泥板（ECP）墙板［2］。轻钢龙骨式复合墙体是由轻钢龙骨、保温和隔热内填材料、两侧覆面板构成的复合墙体，具有强度高、重量轻、塑性和韧性好等优点，是一种环保、高效的结构形式［3］。

轻钢龙骨式复合墙体作为装配式建筑外墙可带来保温装饰一体化、减轻自重引起的地震荷载、降低吊装难度等等好处。常规的安装方式为现场安装钢骨架之后，分层安装墙面外板、保温材料、墙面内板，导致施工作业范围重叠、现场安装工作量大、建筑产业化水平不高［4］。建筑工业化急需开发保温隔热、防火、防水、隔音、抗冻、装饰一体化的装配式外墙板［5］。

本文提出的外墙板系统参照单元式幕墙的安装方式，集保温、隔热、装饰、结构一体化，可在工厂整体制作、现场吊装拼接。

1 整体装配式轻钢龙骨外墙板系统的设计

对整体装配式轻钢龙骨外墙板系统的设计用图1～图4 作进一步的描述如下：

⑴外墙板主体结构为轻钢龙骨与铝合金边框，可提升抗风压能力、减轻结构自重；

⑵内外墙板通过不锈钢铆钉、自攻螺钉与轻钢龙骨连接，便于安装与维护；

图1 外墙板结构示意图Fig.1 Structural of Exterior Wallboard

图2 外墙板剖面示意图Fig.2 Section of Exterior Wallboard

图3 外墙板与主体结构连接示意图Fig.3 Connection between Exterior Wall Panel and Main Structure

图4 外墙板拼接示意图Fig.4 Exterior Wallboard Splicing Sketch

⑶空腔内填充岩棉，提升保温隔热性能，厚度由节能计算确定。同时，为阻断龙骨的热桥效应及增加保温效果，可在轻钢龙骨外侧附加一层岩棉板，厚度由节能计算确定。

⑷可采取轻钢龙骨腹板开孔的措施，减少热桥效应，提升保温性能［3］。

⑸为加强建筑的气密性、水密性，同时又令围护结构及室内潮气得以排出，从而达到节能、提高建筑耐久性、保证室内空气质量的作用，可在岩棉板上附加一层防水透气膜［6］。

⑹轻钢龙骨位置附加防火石膏板、吸音玻璃棉板，在薄弱位置进行加强，进一步提升整体隔音、耐火性能［7］。

⑺墙板之间的拼接借鉴了单元式幕墙中的“等压雨幕原理”，减少等压腔与室外压力差，从而减少通过开口渗入等压腔的雨水，可大幅提升装配式外墙的防渗漏性能［8］。

⑻墙板与主体结构之间采取挂接的方式，可在水平、垂直方向自由调整，提高安装精度。外墙板有一定的平面内变形能力，不影响主体结构的抗震性能。轻钢龙骨与主体结构的连接可依据实际工程需要，选择多种柔性连接方式［9］。

2 装配式轻钢龙骨外墙板系统的性能分析

依据《轻钢龙骨式复合墙体：JG/T 544-2018》，轻钢龙骨式复合墙体的主要性能为：力学性能、耐火性能、隔热性能、保温性能、隔声性能［10］。

对于轻钢龙骨式复合墙体而言，由于自重轻、密度低、热惰性指标低。因此，比较难于达到的主要性能为隔声及隔热。接下来重点对隔声及隔热性能进行分析：

2.1 隔声性能分析

以《民用建筑隔声设计规范：GB 50118-2010》中外墙计权隔声量+交通噪声频谱修正量高标准要求（Rw+Ctr）≥50 dB 为分析目标［11］。采用马歇尔戴声学公司的INSUL 软件对不同的材料厚度进行多方案的组合设计。保温层采用容重为100 kg/m3的岩棉，隔声层为容重为22 kg/m3的玻璃棉，墙面内、外板采用纤维水泥板。分析结果如表1 所示。

表1 满足隔声目标的材料厚度Tab.1 Material Thickness for Acoustic Insulation Target（mm）

由分析结果可知，多种组合均能保证（Rw+Ctr）≥50 dB，满足分析目标。

2.2 隔热性能分析

从满足隔声性能的厚度组合中，挑选一种墙面内、外板厚度10 mm、岩棉厚度160 mm 的组合进行隔热性能分析，气象数据采用广州市内西向外墙，室内温度为26 ℃的空调工况，太阳辐射吸收系数为0.65，分析目标为内板温度θi.max不超过29 ℃［12］。材料参数设置如表2 所示。

由于复合墙体内存在钢框架，不同位置处的隔热表现差距较大，故分为无骨架、有骨架位置两种情况进行计算。隔热计算软件为Kvalue，计算结果如图5所示。

表2 隔热设计参数Tab.2 Design Parameters of Thermal Insulation

图5 隔热分析结果Fig.5 Analysis Results of Heat Insulation

按照轻钢龙骨C140×50×20×3 间距600 mm 布置骨架，整体墙板隔热分析结果如表3 所示。

表3 整体隔热分析结果Tab.3 Analysis Results of Integral Insulation

由分析结果可知，室内板温度θi.max不超过29℃，满足分析目标。

2.3 力学性能、耐火性能、保温性能分析

轻钢龙骨复合墙体的力学性能可通过常规结构计算，得出合理的龙骨截面及间距，满足抗风、坑冲击、抗变形要求。耐火性能可通过增设防火石膏板、增加内外墙板厚度等措施实现，国家图集《防火建筑构造（一）：07J905-1》中已有多种组合可供选择。保温性能主要通过增加填充岩棉的厚度、增设岩棉板来保证，实施难度不大。

3 装配式轻钢龙骨外墙板系统的性能检测

为对比验证软件模拟分析结果，将轻钢龙骨复合墙体进行隔音、隔热性能测试。由于检测是在室内进行，受实验室门洞大小限制，只能把墙板材料运送到实验室室内进行拼接安装。选取满足隔声、隔热分析要求的一种墙面内、外板厚度10 mm +岩棉厚度160 mm+轻钢龙骨C140×50×20×3 间距600 mm 的组合进行检测。

3.1 隔声性能检测

实验洞口规格为3 m（宽）×3.4 m（高），实验室的洞口为混凝土结构，且已经使用一定时间，其交接平面并不平整。为填充钢龙骨与混凝土洞口的空隙，在龙骨与混凝土洞口中间填充双层橡胶垫；在橡胶垫难以填充的位置，采用聚氨酯泡沫进行填充；橡胶垫与聚氨酯泡沫的外表面采用耐候硅酮密封胶进行密封处理，墙板安装过程如图6 所示。