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      超低能耗纖維膜殼格構(gòu)式混凝土結(jié)構(gòu)體系研究

      2018-10-25 09:43:40徐陽褚作勇王曉波
      安徽建筑 2018年5期
      關(guān)鍵詞:格構(gòu)空腔墻體

      徐陽,褚作勇,王曉波

      (1.安徽理工大學(xué),安徽 淮南 232000;2.北京中清恒業(yè)科技開發(fā)有限公司,北京 100044)

      0 引言

      隨著我國建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高,傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系和墻體材料已經(jīng)不能適應(yīng)新形勢的發(fā)展要求。目前,我國建筑業(yè)能耗占社會總能耗的35%-40%。我國既有的近400億m2建筑中的99%為高耗能建筑,新建建筑中95%以上仍屬于高耗能建筑,單位建筑面積采暖能耗為發(fā)達(dá)國家新建建筑的3倍以上[1]。傳統(tǒng)建筑仍處于粗放式發(fā)展,消耗巨大的資源,其保溫效果差,施工工序多而復(fù)雜,對環(huán)境造成污染大,對工人來說勞動強(qiáng)度高,工作環(huán)境差,超低能耗纖維膜殼格構(gòu)式混凝土結(jié)構(gòu)體系成功解決了以上問題[1]。該結(jié)構(gòu)體系保溫效果好,組成該體系的模塊可以在工廠預(yù)制生產(chǎn),現(xiàn)場靈活拼裝,整個結(jié)構(gòu)體系施工質(zhì)量有保證且施工速度快,需要投入的人員設(shè)備少,對周圍環(huán)境影響小。由于國家對綠色節(jié)能要求越來越高,超低能耗纖維膜殼格構(gòu)式混凝土結(jié)構(gòu)體系具有更大的發(fā)展空間。

      1 保溫建筑模塊的分類及組合方式

      1.1 植物纖維混凝土保溫建筑模塊

      植物纖維混凝土保溫建筑模塊是由外側(cè)板、內(nèi)側(cè)板和連接塊組成,外側(cè)板和內(nèi)側(cè)板相互平行設(shè)置并具有一定的間距,其通過連接塊相連。外側(cè)板、內(nèi)側(cè)板和連接塊采用植物纖維混凝土整體澆筑預(yù)制為一體,且外側(cè)板、內(nèi)側(cè)板的上下邊緣有企口以便拼接,連接塊上設(shè)置有限位槽,用來放置水平鋼筋,內(nèi)側(cè)板和外側(cè)板中的小空腔放置輕質(zhì)保溫材料。如圖1所示。

      圖1 模塊示意圖

      該模塊的優(yōu)勢:內(nèi)、外側(cè)板和連接塊采用植物纖維混凝土,而植物纖維混凝土是由植物纖維和水泥基料組成的復(fù)合材料,由于纖維的抗拉強(qiáng)度大、延伸率大,使混凝土的抗拉、抗彎、抗沖擊強(qiáng)度及延伸率和韌性得以提高,同時植物纖維始終綠色材料,因此模塊具有更好的力學(xué)性質(zhì)和環(huán)保效果;解決了模板的安裝、拆卸問題,減少了施工現(xiàn)場的濕作業(yè),提高了施工質(zhì)量;完美解決了防火問題,防火等級高,并且結(jié)構(gòu)整體性好、抗震強(qiáng)度高;設(shè)置的空腔能夠解決自保溫、水電管線的鋪放問題;該建筑模塊可以由工廠預(yù)制,施工現(xiàn)場組裝,加快了施工速度,降低了施工難度。

      總體而言,該模塊是一種免拆內(nèi)置、保溫一體化、綠色節(jié)能的新型模塊。

      1.2 模塊的分類

      植物纖維混凝土保溫建筑模塊為了適應(yīng)建筑構(gòu)造做法,根據(jù)產(chǎn)品外形可把空腔模塊分為塊直板空腔模、直角空腔模塊、T型空腔模塊、十字型空腔模塊及扶壁柱墻體空腔模塊。

      直板空腔模塊根據(jù)適用不同的建筑部位分為3種規(guī)格,如圖2所示。

      圖2 直板空腔模塊

      直角型空腔模塊根據(jù)適用不同的建筑部位分為4種規(guī)格,如圖3所示。

      圖3 直角型空腔模塊

      T型空腔模塊根據(jù)適用不同的建筑部位分為4種規(guī)格,如圖1.4所示。

      圖4 T型空腔模塊

      十字型空腔模塊根據(jù)適用不同的建筑部位分為2種規(guī)格,如圖5所示。

      圖5 十字型空腔模塊

      扶壁柱墻體空腔模塊根據(jù)適用不同的建筑部位分為5種規(guī)格,如圖6所示

      圖6 扶壁柱墻體空腔模塊

      圖7 連接塊

      1.3 適用結(jié)構(gòu)與構(gòu)造模塊設(shè)計

      為了適應(yīng)不同的建筑構(gòu)造節(jié)點做法,盡量減少施工過程中對模塊的切割工作和節(jié)約成本,可采用不同類型的空腔模塊。不同類型空腔模塊的應(yīng)用位置如下所述。

      空腔直板型模塊主要有3種規(guī)格,如圖3所示的圖a模塊適用于房屋內(nèi)外墻、承重墻及非承重墻;圖b所展示的模塊與圖a相比,內(nèi)側(cè)版變?yōu)閷嵭陌澹m用于基礎(chǔ);圖c所展示的模塊與圖b相比,內(nèi)、外側(cè)板相差一個樓板厚度,適用于外墻與樓面板交界處。模塊的模數(shù)基數(shù)為3M,尺寸為900×300×300(長×寬×高)、600×300×300、300×300×300??涨恢卑逍湍K的連接塊(是由圓臺和圓柱的,如圖7)位于模塊的中部。圓柱體兩側(cè)各有一個限位槽(如有需要更多的鋼筋可以增加更多的限位槽),在限位槽上放置水平鋼筋,其大小一般能放置8~12mm鋼筋,并距離連接塊最外側(cè)的距離要滿足現(xiàn)澆混凝土墻的最小保護(hù)層厚度即15mm。這樣使每一塊空腔模塊在澆筑混凝土后,形成更穩(wěn)定、更均勻和更有效的受力體。

      空腔直角型模塊和T型模塊是為墻體轉(zhuǎn)角處保溫系統(tǒng)的整體性提供保證。傳統(tǒng)外墻保溫體系,由于自身材料的缺陷,保濕板的拼接(尤其是墻體轉(zhuǎn)角處的拼接)密封性比較差,植物纖維混凝土保溫建筑模塊利用自身可塑的優(yōu)勢,很好的解決了墻體轉(zhuǎn)角模塊密封的問題??涨恢苯切湍K和T型模塊與直角型模塊一樣,都是用于內(nèi)外墻體、基礎(chǔ)及墻體與樓層交界處。直角型模塊尺寸為725mm×300mm×300mm和425mm×300mm×300mm。T型模塊延外墻方向壁長600mm,延內(nèi)墻方向壁長為175mm或475mm,寬度為300mm,高度為300mm。

      十字型模塊適用于內(nèi)墻十字交叉處,在交叉處設(shè)置暗柱,不僅能加強(qiáng)墻體之間的剛度和穩(wěn)定性,也起到了增大使用空間和減少支模工序。十字型模塊長邊425mm,短邊125mm,高度300mm,寬度300mm。

      扶壁柱墻體空腔模塊作為加強(qiáng)柱的專用模塊,主要是應(yīng)對房間跨度過大,需要設(shè)置加強(qiáng)柱時的補(bǔ)充。

      1.4 模塊的拼裝要點

      在水平拼裝時,將直角空腔模塊、T型空腔模塊和扶壁柱墻體空腔模塊定位、固定牢固,然后插入直板空腔模塊[2]。為了使空腔模塊拼裝起來更牢固,要進(jìn)行企口對齊拼接。與傳統(tǒng)砌體結(jié)構(gòu)施工一樣,為保證墻體的強(qiáng)度,模塊在拼裝時也需要錯縫插接。如前文所述,同一類型的模塊設(shè)計有不同的尺寸,利用不同的兩種尺寸在上下層相互交錯拼裝。

      2 纖維膜殼格構(gòu)式混凝土墻體系統(tǒng)

      植物纖維混凝土保溫建筑模塊作為墻體的現(xiàn)澆免拆模板,可在滿足自承重的前提下根據(jù)水平荷載等要求,配筋形成隔墻,也可按照相關(guān)結(jié)構(gòu)要求設(shè)計成為結(jié)構(gòu)承重墻。

      該墻體構(gòu)件體系是輕鋼型龍骨、水平鋼筋及模塊組成,如圖8、圖9所示。輕鋼型龍骨是冷彎C型鋼,一般為Q235或Q345鋼材,其表面有大橢圓開孔、半橢圓開孔和兩側(cè)翼緣,大橢圓開孔有利于減少鋼材用量和增大混凝土與鋼材的粘結(jié)力,兩側(cè)半橢圓開孔有利于水平鋼筋的固定免去綁扎,翼緣有助于增強(qiáng)鋼材的剛度和與混凝土之間的咬合力。該模塊外側(cè)可以選擇性進(jìn)行裝飾,因纖維膜殼自身可以作為裝飾面,當(dāng)需要另進(jìn)行粉刷裝飾時,可在墻體的內(nèi)、外側(cè)依次做找平層、抹面層及飾面層,所形成的保溫承重墻體系統(tǒng)即纖維膜殼格構(gòu)式混凝土墻體系統(tǒng)。

      在纖維膜殼格構(gòu)式混凝土墻體系統(tǒng)中,模塊墻體作為結(jié)構(gòu)承重構(gòu)件,由于纖維膜殼格構(gòu)式混凝土墻體系統(tǒng)的洞口較多,體系的應(yīng)用有一定的局限性。適用范圍為抗震設(shè)防烈度8度及8度以下地區(qū),層高不宜大于3.3m的24m以下且層數(shù)不大于7層的三級抗震等級的保溫承重墻體工程[3]。

      纖維膜殼格構(gòu)式混凝土墻體構(gòu)件的重要特點是模塊按照錯縫搭接的原則拼裝空腔模塊,在空腔內(nèi)放置輕鋼型龍骨和水平分布鋼筋,并現(xiàn)澆輕質(zhì)混凝土,模塊、鋼筋和輕鋼型龍骨形成受力體系用來承受水平和豎向荷載。該墻體構(gòu)件系統(tǒng)集承重結(jié)構(gòu)與保溫一體化,結(jié)構(gòu)受力介于配筋砌塊和剪力墻之間,用龍骨代替豎向鋼筋用模塊代替模板,不但做到承重與保溫一體化也使構(gòu)造及施工簡單,并節(jié)省能源和符合綠色建筑要求??傊?,該墻體構(gòu)件與低層住宅對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求相對較弱的特點相吻合,所以纖維膜殼格構(gòu)式混凝土墻體系統(tǒng)應(yīng)用于低層和多層住宅具有獨(dú)特的優(yōu)勢。

      圖8 纖維膜殼格構(gòu)式混凝土墻體系統(tǒng)

      圖9 輕鋼型龍骨

      3 超低能耗纖維膜殼格構(gòu)式混凝土結(jié)構(gòu)體系的樓板

      超低能耗纖維膜殼格構(gòu)式混凝土結(jié)構(gòu)體系具有保溫、施工簡便的特點,如果繼續(xù)使用現(xiàn)澆混凝土樓板就違背了該體系施工簡便和環(huán)保的原則。該結(jié)構(gòu)體系的樓板構(gòu)件采用MDF金屬網(wǎng)狀箱空心樓蓋系統(tǒng)。樓板是由密肋梁、分布鋼筋、鋼筋體和MDF金屬網(wǎng)狀箱組成,如圖10所示。MDF金屬網(wǎng)狀箱可以在工廠預(yù)制也可以在現(xiàn)場由金屬網(wǎng)折疊組成。

      MDF金屬網(wǎng)狀箱空心樓蓋的重要特點是降低建筑層高,增加凈空高度;減少土方挖掘量,節(jié)約土建造價;加快施工進(jìn)度,縮短施工工期;節(jié)約配套建筑材料,降低建筑成本;保溫隔音,節(jié)能環(huán)保;剛度大變形小,抗震性能好;施工抗浮簡便,抑制裂紋發(fā)展。

      圖10 MDF金屬網(wǎng)狀箱空心樓蓋

      樓板的施工流程:①在支持架上拼裝樓蓋模板;②鋪設(shè)抗裂鋼絲網(wǎng)和地板筋;③綁扎梁鋼筋;④在密肋梁中預(yù)埋水管電線;⑤安裝MDF鋼板網(wǎng)箱構(gòu)件;⑥鋪設(shè)上翼緣鋼筋;⑦進(jìn)行抗浮處理;⑧調(diào)整定位鋼網(wǎng)箱做好隱蔽驗收和記錄;⑨采用泵送混凝土現(xiàn)場澆筑;⑩振動、平整上翼緣板;?養(yǎng)護(hù)樓蓋混凝土,達(dá)到強(qiáng)度要求后拆模。

      MDF空心樓蓋優(yōu)勢:金屬網(wǎng)狀箱作為填充體能有效的解決空心樓蓋填充體存在的隔離、位移、破損、自重大、抗浮等缺陷,具有運(yùn)輸方便、安裝簡便、施工便利等優(yōu)點。由于其結(jié)構(gòu)整體性好,可適用于大跨度、大荷載、大空間的工業(yè)與民用建筑。

      4 對超低能耗纖維膜殼格構(gòu)式混凝土結(jié)構(gòu)體系施工模擬

      超低能耗纖維膜殼格構(gòu)式混凝土結(jié)構(gòu)體系的房屋主體的建造工藝應(yīng)按下列順序進(jìn)行:測量放線;地基基礎(chǔ)施工和輕鋼型龍骨固定;條形基礎(chǔ)頂面或地梁上表面測量放線和表面找平;窗下空腔墻體組合及校正;澆筑墻體混凝土;門窗墻垛及上部空腔墻體組合支護(hù)樓面模板;MDF金屬網(wǎng)狀箱空心樓蓋拼裝和澆筑;繼續(xù)上一層墻體和樓面施工[4]。

      利用3DMAX對超低能耗纖維膜殼格構(gòu)式混凝土結(jié)構(gòu)體系施工模擬,如圖11所示。

      圖11 結(jié)構(gòu)施工模擬圖

      5 小結(jié)

      超低能耗纖維膜殼格構(gòu)式混凝土結(jié)構(gòu)體系,它采用免拆模板、分層支模、分層澆筑,保溫和混凝土墻體一次成型,保證了外墻保溫與結(jié)構(gòu)施工同步化,簡化了施工工序;工人操作簡便,提高了工效效率;結(jié)構(gòu)永久牢固可靠,與傳統(tǒng)在建筑外表面貼保溫層相比,不會出現(xiàn)保溫層日久脫落現(xiàn)象。目前,墻體構(gòu)件模塊進(jìn)一步改進(jìn),由雙側(cè)保溫變成單側(cè)保溫,單側(cè)保溫層加厚。為了便于加工生產(chǎn)連接件,其位置進(jìn)一步改為模塊的上下邊緣,連接件的形狀由圓柱改進(jìn)為有半圓柱和梯形組合體,具有更高的強(qiáng)度和減少對墻體的削弱。骨架不只是單一的輕鋼型龍骨,可以是由自主研發(fā)的預(yù)制焊接桁架柱作為龍骨。預(yù)制焊接桁架柱比輕鋼型龍骨體積小、強(qiáng)度更高和受力更合理等優(yōu)點??招臉巧w采用施加預(yù)應(yīng)力的方法,和金屬網(wǎng)狀箱結(jié)合在一起,具有更高的承載能力。

      總而言之,新型結(jié)構(gòu)體系中的空心模塊可工廠化生產(chǎn),現(xiàn)場拼裝,提高了建筑工業(yè)化程度,施工簡單易行,極大地縮短建筑物的施工周期。該技術(shù)可以應(yīng)用于農(nóng)村城鎮(zhèn)住宅 (如雄安新區(qū)統(tǒng)一規(guī)劃的農(nóng)村住宅樓)、災(zāi)后重建、寒冷地區(qū)住宅和工人臨時居住所。同時,這種結(jié)構(gòu)體系也要隨時代發(fā)展做出更新,面對日益缺乏的資源和對人們對住房空間、安全和舒適度的要求,該結(jié)構(gòu)體系技術(shù)應(yīng)該朝著更加節(jié)能環(huán)保、造價低、易于搭建和回收的方向發(fā)展。

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