裝配式鋁合金墻體設(shè)計(jì)開發(fā)研究

曹善鵬 沈亞超 曹志賢 唐鴻洋 孫 巍

（遼寧忠旺集團(tuán)有限公司，遼寧 遼陽 111003）

裝配式建筑部品中，墻體所占比例約70%，其性能直接影響了裝配式建筑的推廣與發(fā)展。石川以硅鈣板為兩側(cè)面板，面板間澆筑泡沫混凝土，制備出泡沫混凝土復(fù)合夾芯墻板[1]。北京某公司研發(fā)了一種由發(fā)泡水泥芯材、框架及上下面層復(fù)合而成的保溫裝配式墻體—太空板，其厚度幾乎就是保溫層厚度[2]。萊鋼建設(shè)集團(tuán)將高強(qiáng)度冷拔鋼絲焊成三維空間網(wǎng)架，中間填充聚苯乙烯泡沫塑料作為保溫層，雙面澆筑細(xì)石混凝土作為保護(hù)層開發(fā)了LCC-C輕質(zhì)保溫復(fù)合墻板[3]。市場上具有隔熱保溫、隔音、防火、裝飾一體化功能的輕質(zhì)裝配式墻體很少。本工作設(shè)計(jì)開發(fā)了一種裝配式鋁合金墻體，對推進(jìn)裝配式建筑發(fā)展具有一定的意義。

1 鋁合金墻體組件設(shè)計(jì)

本文以框架與板相互支撐、定位為墻體構(gòu)造思路，采用插接與螺接相結(jié)合的連接方式固定墻體材料。整個(gè)墻體由鋁合金框架、連接件、鋁合金蜂窩板、隔熱隔音巖棉及鋁合金裝飾扣蓋組合而成。

1.1 鋁合金蜂窩板

鋁合金蜂窩板是以蜂窩結(jié)構(gòu)為芯層的蜂窩夾層板，由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)在同等體積的其他材料中質(zhì)量最輕且整體穩(wěn)定性好，還具有隔音隔熱性能。其表面處理可采用陽極氧化、粉末噴涂及木紋轉(zhuǎn)印等工藝，便于滿足墻體的節(jié)能裝飾一體化要求。

1.2 墻體框架

墻體框架采用鋁型材，包括墻體邊框、立梃及橫梁。型材兩側(cè)設(shè)置方形通槽，中間外緣設(shè)有安裝槽口，安裝時(shí)鋁合金蜂窩板插入墻體框架的方形通槽內(nèi)。墻體邊框與主體結(jié)構(gòu)梁、柱采用自攻自鉆螺釘連接，當(dāng)墻體承受平面外荷載作用時(shí)，最終通過墻體框架將所受荷載傳遞給主體結(jié)構(gòu)，因此墻體框架型材的力學(xué)強(qiáng)度、質(zhì)量、斷面決定了墻體的承載能力。按《鋁合金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50429-2007）[4]和《鋁合金建筑型材》（GB5237-2008）[5]規(guī)定進(jìn)行墻體用鋁合金型材強(qiáng)度設(shè)計(jì)。型材的尺寸偏差按GB/T14846-2008選取高精級，以保證鋁合金墻體構(gòu)件的加工精度和配合要求。

1.3 墻體框架連接件

墻體邊框、立梃及橫梁通過連接件連接成框架，本文設(shè)計(jì)一種采用U型鋁槽連接的連接構(gòu)造，參看圖1。U型鋁槽底壁嵌入墻體邊框的安裝槽口內(nèi)，兩翼緣垂直插入被連邊框或立梃一端空腔并與空腔內(nèi)壁配合，安裝間隙0.5～1mm。U型鋁槽為受彎構(gòu)件，寬厚比應(yīng)不超過規(guī)定的限值，參考《鋁合金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50429-2007）[4]和《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》（GB50018-2002）[6]，連接件采用6063-T4鋁合金寬厚比限值為21.5。

圖1 U型鋁槽三維結(jié)構(gòu)

1.4 裝飾扣蓋

按國家標(biāo)準(zhǔn)《鋁合金建筑型材》（GB5237-2008）的規(guī)定選取6063-T5鋁合金作為裝飾扣蓋的使用材料。鋁合金型材可進(jìn)行陽極氧化、木紋轉(zhuǎn)印及粉末噴涂等多種表面處理，其色彩選擇多樣化。在墻體設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)建筑的整體設(shè)計(jì)理念和室內(nèi)環(huán)境的風(fēng)格選擇合適的室內(nèi)外色調(diào)，從而滿足建筑對內(nèi)外裝飾效果的需求。

1.5 巖棉

隔熱隔音性是衡量墻體整體性能的重要指標(biāo)，本文設(shè)計(jì)的墻體選用巖棉作為保溫隔熱的主要材料，填充于墻體內(nèi)部，參看表1巖棉性能參數(shù)。其具有極強(qiáng)的保溫防火性能，大量細(xì)長纖維形成的多孔結(jié)構(gòu)有助于墻體吸音降噪，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不會(huì)被腐蝕或產(chǎn)生霉菌。

表1 巖棉性能參數(shù)

2 連接構(gòu)造

本文開發(fā)的鋁合金墻體采用插接與螺接相結(jié)合的連接方式連接墻體材料，不僅適用于現(xiàn)場組裝，也可以工廠預(yù)制。運(yùn)至現(xiàn)場的預(yù)制墻體與主體結(jié)構(gòu)框架采用自攻自鉆螺釘連接，然后扣上裝飾扣蓋，參看墻體連接構(gòu)造剖視圖2。墻體邊框、立梃及橫梁通過U型鋁槽連接成框架，雙層鋁合金蜂窩板鑲嵌在框架的方形通槽內(nèi)，巖棉填充于兩側(cè)鋁合金蜂窩板之間的空腔內(nèi)。本文所設(shè)計(jì)的墻體防火等級：A級不燃。不考慮墻體框架，墻體實(shí)際厚度約90mm，墻體面密度40～70kg/m2。當(dāng)有布置管線要求時(shí)，可在現(xiàn)場組裝過程中，在墻體框架空腔內(nèi)布設(shè)有線纜管，并將有線纜管穿透前、后鋁合金蜂窩板中間的巖棉。

圖2 墻體連接構(gòu)造

3 結(jié)語

本文提出的裝配式墻體以鋁合金材料為主，采用螺接與插接相結(jié)合的連接方式連接墻體材料，適用于現(xiàn)場組裝也可工廠預(yù)制，滿足裝配式建筑對墻體材料輕質(zhì)及節(jié)點(diǎn)安裝快捷的要求。墻體框架采用鋁型材，蜂窩板鑲嵌于框架方形通槽內(nèi)不但配合穩(wěn)固，而且受力平衡，大大提高了墻體的整體牢固度；雙層鋁合金蜂窩板夾巖棉結(jié)構(gòu)雙重保證了墻體的保溫隔熱、隔音性能。型材內(nèi)腔可布設(shè)有線纜管，并將有線纜管穿透中間的巖棉，可滿足實(shí)際使用需求。