糧食平房倉(cāng)“結(jié)構(gòu)-隔熱”一體化墻體施工工藝

孫建峰

上海建工二建集團(tuán)有限公司 上海 200080

平房倉(cāng)是目前我國(guó)糧食儲(chǔ)藏應(yīng)用最廣泛的倉(cāng)型，但長(zhǎng)期以來(lái)平房倉(cāng)墻體發(fā)展較為緩慢[1-2]，90%以上的糧食平房倉(cāng)仍使用黏土磚建造，未能很好地順應(yīng)墻體改革的趨勢(shì)要求。糧倉(cāng)建筑中的墻體要承受較大的糧食側(cè)壓力，同時(shí)還要具有很好的保溫隔熱性能，然而民用建筑中一些新型的建筑體系已不適用于糧倉(cāng)建筑，基于此，本文提出一種適用于糧食平房倉(cāng)的新型建筑體系[3-4]。

1 一體化墻體構(gòu)造

1.1 墻體模型

傳統(tǒng)平房倉(cāng)磚砌體墻體在糧食側(cè)壓力的反復(fù)作用下主要受彎，磚縫處會(huì)產(chǎn)生較多細(xì)小裂縫，且在墻體與地坪交接處和門(mén)窗洞口處容易產(chǎn)生貫穿墻體的裂縫，造成平房倉(cāng)氣密性極差，嚴(yán)重影響儲(chǔ)糧性能。糧食平房倉(cāng)墻體若選用鋼筋混凝土，在受力方面除承受本身自重外，主要承受糧食側(cè)壓力，并根據(jù)其四邊支承情況，可視為四邊固結(jié)的普通鋼筋混凝土板。然而混凝土的保溫隔熱性能較差，不能滿足建筑節(jié)能要求，并且傳統(tǒng)外墻的保溫層存在易燃、耐久性差、易老化和開(kāi)裂等缺陷。為避免此類(lèi)問(wèn)題，采取將保溫層設(shè)置于墻體中部，外側(cè)由內(nèi)葉墻和外葉墻混凝土包裹的方法。該墻體不僅能夠?qū)崿F(xiàn)墻體保溫與結(jié)構(gòu)同步施工，還能形成建筑保溫與結(jié)構(gòu)墻體同壽命的建筑體系[5-6]，如圖1所示。

圖1 墻體模型

1.2 墻體構(gòu)造設(shè)計(jì)

一體化墻體主要由外葉墻、內(nèi)葉墻、擠塑聚苯板、GFRP（玻璃纖維增強(qiáng)塑料）連接件、套管等組成。一體化墻體受到的糧食荷載傳遞路徑為：糧食側(cè)壓力作用在墻體上，主要由內(nèi)葉墻承受應(yīng)力并產(chǎn)生變形，GFRP連接件傳遞部分應(yīng)力至外葉墻，并協(xié)調(diào)內(nèi)葉墻與外葉墻變形，使中間擠塑聚苯板不承受應(yīng)力；墻體應(yīng)力一部分直接傳遞給排架柱，另一部分傳遞給連梁；連梁應(yīng)力傳遞給排架柱，排架柱應(yīng)力傳遞給獨(dú)立基礎(chǔ)，獨(dú)立基礎(chǔ)將應(yīng)力傳遞給樁基或地基[7]，如圖2～圖4所示。

圖2 墻體構(gòu)造

圖3 連接件示意

圖4 墻體結(jié)構(gòu)

外葉墻為厚50 mm的細(xì)骨料混凝土，內(nèi)配φ6 mm@50 mm×50 mm鋼絲網(wǎng)片，除承受自身重力荷載外主要起圍護(hù)作用；保溫層為厚70 mm擠塑聚苯板；內(nèi)葉墻為厚250 mm粗骨料混凝土，除承受自身重力荷載外，內(nèi)葉墻主要承受糧食產(chǎn)生的側(cè)壓力和保證墻體氣密性。內(nèi)外葉墻體同時(shí)具備防火性能，保護(hù)中間保溫層的安全。GFRP連接件是一種采用玻璃纖維增強(qiáng)塑料的新型連接件，桿部的長(zhǎng)度按實(shí)際需要而定，彎起角度90°，彎起長(zhǎng)度40 mm，最小錨固長(zhǎng)度25 mm，具有強(qiáng)度高、導(dǎo)熱系數(shù)低、耐腐蝕性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可降低墻體傳熱系數(shù)，保證倉(cāng)內(nèi)溫度幾乎不受外界環(huán)境影響，保溫性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的鋼筋連接件。

2 關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)技術(shù)處理措施

墻柱、洞口連梁、基礎(chǔ)部位、墻柱頂、陰陽(yáng)角及凹凸處等是墻體熱交換、熱傳導(dǎo)最活躍、最敏感和施工時(shí)難以控制的重點(diǎn)部位，故對(duì)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的處理措施和施工質(zhì)量也是實(shí)現(xiàn)墻體節(jié)能的關(guān)鍵。

2.1 墻柱節(jié)點(diǎn)

如果保溫板在排架柱處斷開(kāi)，墻體將會(huì)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的熱橋現(xiàn)象，平房倉(cāng)內(nèi)柱子附近結(jié)露，使糧食發(fā)霉或變質(zhì)，影響儲(chǔ)糧質(zhì)量。故而將排架柱與墻體結(jié)構(gòu)連接在一起，保溫板在墻柱外側(cè)連續(xù)不間斷，外面有混凝土保護(hù)層，從而避免熱橋現(xiàn)象，具有保溫隔熱效果好、氣密性佳等優(yōu)點(diǎn)。在施工時(shí)，墻柱鋼筋相連易形成穩(wěn)固的鋼筋骨架，在排架柱陰陽(yáng)角處焊接固定鋼板用來(lái)固定保溫板，如圖5所示。

圖5 排架柱與墻體交接處構(gòu)造措施

2.2 洞口連梁

當(dāng)平房倉(cāng)排架柱間距較大時(shí)，暗梁形式無(wú)法滿足洞口受力變形要求，可采用外凸形式。連梁尺寸較大，對(duì)墻體變形有較強(qiáng)的約束能力，能增加平房倉(cāng)的結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性。外凸梁部分梁墻結(jié)構(gòu)連在一起，保溫板在梁墻外側(cè)連續(xù)不間斷，外面有混凝土保護(hù)層包裹，可避免熱橋現(xiàn)象，保證其隔熱性能，如圖6所示。

圖6 裝糧線處連梁構(gòu)造措施

2.3 基礎(chǔ)節(jié)點(diǎn)

在糧食側(cè)壓力、結(jié)構(gòu)自重及屋面荷載的作用下，墻體底部產(chǎn)生的彎矩較大，故設(shè)置基礎(chǔ)連梁?；A(chǔ)連梁在室外地坪以上部分梁墻結(jié)構(gòu)連到一起，保溫板在梁墻外側(cè)連續(xù)不間斷，外面有混凝土保護(hù)層包裹，可避免熱橋現(xiàn)象。在室外地坪以下部分應(yīng)埋置于土中，以保證其隔熱性能。在基礎(chǔ)連梁頂部施工縫處設(shè)置止水鋼板兼作保溫板固定板，故在施工縫處防水性及氣密性良好。在外墻內(nèi)側(cè)和地坪交接處設(shè)置變形縫，內(nèi)用油膏嵌縫，以避免沉降裂縫，如圖7所示。

圖7 基礎(chǔ)構(gòu)造措施

2.4 墻柱頂部

在墻頂保溫板處安放鍍鋅薄鋼板槽口保護(hù)套，避免混凝土澆筑時(shí)損壞保溫板?；炷翝仓笤陧敳繃娡?0 mm厚聚氨酯保溫層，可避免頂部熱橋現(xiàn)象，如圖8所示。

圖8 墻柱頂保溫板防護(hù)

3 一體化墻體的防火及熱工性能

3.1 防火性能

外墻外保溫墻體或內(nèi)保溫墻體的擠塑聚苯板防火等級(jí)為難燃B1級(jí)，離開(kāi)火源后自動(dòng)熄滅。一體化墻體外葉墻混凝土厚度為50 mm時(shí)，耐火極限可達(dá)2.5 h以上，其防火性能遠(yuǎn)超出傳統(tǒng)外墻外保溫B1級(jí)防火的要求。

3.2 熱工性能

擠塑聚苯板的熱工性能良好，保溫層厚度與熱阻呈正相關(guān)關(guān)系。GFRP連接件是一種玻璃纖維增強(qiáng)塑料，導(dǎo)熱系數(shù)低，對(duì)熱工影響非常小，可忽略不計(jì)。

3.2.1 熱工指標(biāo)

根據(jù)GB/T 29890—2013《糧油儲(chǔ)藏技術(shù)規(guī)范》和氣候環(huán)境條件，我國(guó)將儲(chǔ)糧生態(tài)區(qū)域劃分為7個(gè)區(qū)域，各區(qū)域傳熱系數(shù)限值如表1所示。

表1 各儲(chǔ)糧生態(tài)區(qū)圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)限值

3.2.2 理論計(jì)算

參數(shù)設(shè)置：墻板內(nèi)表面換熱系數(shù)為8.7 W/（m2·K），外表面換熱系數(shù)為23 W/（m2·K）。

考慮到保溫材料受潮和施工工藝不完善等因素，根據(jù)GB 50189—2015《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，計(jì)算建筑外墻主體部位傳熱系數(shù)時(shí)，需要對(duì)其進(jìn)行修正，修正系數(shù)如表2所示。

表2 外墻傳熱系數(shù)修正系數(shù)

平房倉(cāng)一體化墻板的熱阻和傳熱系數(shù)按照規(guī)范公式計(jì)算，試件各層材料的厚度和導(dǎo)熱系數(shù)如表3所示。經(jīng)計(jì)算，一體化墻體的傳熱系數(shù)為0.46 W/（m2·K）。由表1可以看出，一體化墻板能夠滿足第1—7區(qū)域?qū)}(cāng)壁傳熱系數(shù)的要求。

表 3 材料參數(shù)

4 一體化墻體的施工工藝

4.1 保溫板及連接件安裝

首先在基礎(chǔ)梁上預(yù)埋止水鋼板及保溫板底部定位鋼板，然后綁扎排架柱鋼筋形成骨架，再在與一體化墻的保溫層交接處兩側(cè)焊固定鋼板，用來(lái)在每一跨端部側(cè)面固定保溫板。將保溫板按設(shè)計(jì)要求排板，裁剪成所需要的尺寸。保溫板在裁剪時(shí)應(yīng)保證平直，切口平滑無(wú)毛刺。在保溫板中預(yù)留好連接件套筒孔槽，然后再將保溫板安裝固定到底部、側(cè)面固定鋼板內(nèi)。保溫板的拼縫誤差在±1 mm范圍內(nèi)，避免在拼縫位置出現(xiàn)冷橋現(xiàn)象。

待保溫板安裝固定后，將GFRP連接件插入套管中，連接件按照矩形間距500 mm布置，再把套管插入保溫層內(nèi)，然后將活動(dòng)夾片旋入螺紋部分，夾緊保溫板，再旋入蝴蝶定位螺母并擰緊，待內(nèi)外葉墻體的鋼筋骨架綁扎完成后，在連接件兩端穿孔處用扎絲牢固綁扎到鋼筋骨架上，形成整體骨架，如圖9所示。

圖9 固定保溫板及鋼筋安裝

4.2 鋁模安裝

鋁合金模板體系具有安裝方便、強(qiáng)度高、拼縫少、重復(fù)利用率高、綜合成本較低及節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)，用于清水混凝土墻體中，能夠免去后續(xù)施工工序和飾面問(wèn)題，節(jié)約建造成本及后期維護(hù)成本，因而優(yōu)于竹木、鋼模板等模板體系。采用拉片式鋁模板加固體系，可以達(dá)到清水混凝土墻體整體效果。

該拉片體系按墻厚定制拉片長(zhǎng)度即可控制截面尺寸，較常見(jiàn)對(duì)拉螺桿加背楞的加固體系安拆更為方便，斜撐更為輕便短小，對(duì)拉片加固較為靈活機(jī)動(dòng)，無(wú)需開(kāi)孔，取消外墻螺桿眼防水處理工序，無(wú)需水泥內(nèi)支撐。

拉片使用操作簡(jiǎn)單，拉片的收容部位在兩墻板之間，澆入混凝土并待混凝土干結(jié)后，使用器物將露出于墻體的外露部分敲斷即可，收容部位留在混凝土墻內(nèi)，可避免在墻體上留下傳統(tǒng)螺栓孔，提高了施工效率，有利于加強(qiáng)墻體的防潮性能和氣密性，特別適用于糧食平房倉(cāng)墻體[8]，如圖10所示。

圖10 鋁模安裝

4.3 混凝土澆筑

采用自密實(shí)混凝土現(xiàn)澆，施工前確定粗細(xì)骨料比例，控制好混凝土配合比及坍落度，使用粗細(xì)骨料自動(dòng)分離技術(shù)對(duì)外葉墻和內(nèi)葉墻、排架柱同時(shí)進(jìn)行澆筑，將含有粗骨料的混凝土分離到內(nèi)葉墻中，將不含粗骨料的混凝土分離到外葉墻中。

此澆筑方法可以滿足2種不同骨料混凝土同時(shí)澆筑的要求，提高施工速度和密實(shí)性，減少裂縫，內(nèi)外葉墻澆筑高差不大于200 mm，兩側(cè)保溫板的位置偏移非常小。在混凝土澆筑時(shí)不留施工縫，混凝土下落時(shí)使用溜槽或串通方式，墻體較高時(shí)墻中預(yù)留澆筑孔，防止混凝土分層離析。自密實(shí)混凝土的養(yǎng)護(hù)時(shí)間應(yīng)達(dá)到14 d以上[9]。

使用自密實(shí)混凝土可以免去普通混凝土的振搗環(huán)節(jié)，若使用普通混凝土澆筑，則混凝土難以密實(shí)。由于內(nèi)葉墻較厚，故澆筑時(shí)混凝土可以含有較多粗骨料；而外葉墻較薄，當(dāng)含有粗骨料時(shí)，粗骨料容易卡在保溫層和鋼筋骨架之間，造成澆筑不密實(shí)，出現(xiàn)質(zhì)量通病，如圖11所示。

圖11 混凝土澆筑

5 結(jié)語(yǔ)

本文考慮糧倉(cāng)荷載和儲(chǔ)糧工藝的特殊性，設(shè)計(jì)“結(jié)構(gòu)-隔熱”一體化墻體構(gòu)造，提出關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的技術(shù)處理措施，滿足其隔熱、防火及氣密性的要求，然后對(duì)施工工藝進(jìn)行研究，提出一種綠色化施工方法。在施工中采用對(duì)拉片式鋁模板、粗細(xì)骨料自動(dòng)分離技術(shù)，現(xiàn)澆成為清水混凝土墻體，可以省去內(nèi)外墻抹灰、保溫等工序，從而節(jié)約工期和成本。在使用期間無(wú)需進(jìn)行維修維護(hù)，同主體使用壽命，無(wú)更換成本，環(huán)保無(wú)污染。

“結(jié)構(gòu)-隔熱”一體化墻體在糧食平房倉(cāng)中的應(yīng)用是成功的，今后可在儲(chǔ)糧性能、抗震性能和整體受力方面進(jìn)行更加深入的理論研究工作。