ALC 墻板作為遮陽構(gòu)件的創(chuàng)新應(yīng)用

謝偉昌

（廣東省建科建筑設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

蒸壓輕質(zhì)加氣混凝土（autoclaved lightweight concrete, ALC）墻板，主要生產(chǎn)原材料為鈣質(zhì)和硅質(zhì)，半個(gè)世紀(jì)以前已經(jīng)在國外開始普及和使用，應(yīng)用技術(shù)相對(duì)成熟，其主要優(yōu)點(diǎn)有耐火耐寒、質(zhì)量輕盈、安裝簡易、節(jié)能環(huán)保、可釘可鑿及價(jià)格低廉等，因此在建筑生產(chǎn)活動(dòng)中常作為圍護(hù)墻及內(nèi)隔墻的筑建材料，是一種可持續(xù)發(fā)展的綠色建筑材料。

我國南方地區(qū)以熱帶亞熱帶季風(fēng)氣候?yàn)橹?，全年氣溫較高，太陽直射時(shí)間長，使得建筑在使用過程中的能耗較高，在目前節(jié)能及綠色建筑理念的倡導(dǎo)下，建筑設(shè)計(jì)中常用的降耗手段為設(shè)置遮陽措施。根據(jù)相關(guān)研究[1]，建筑遮陽是指通過設(shè)置遮陽構(gòu)件防止太陽光直射建筑外墻或室內(nèi)，防止炫光并有效減少室內(nèi)得熱，現(xiàn)代主要的遮陽形式有水平遮陽、垂直遮陽、綜合式遮陽及擋板式遮陽，目前我國遮陽構(gòu)件主要采用鋼筋混凝土、砌體砌塊或鋁合金百葉進(jìn)行制作，有材料成本大、人工費(fèi)用高及施工時(shí)間長等缺點(diǎn)。本文通過結(jié)合實(shí)際案例，提出ALC 墻板作為垂直式遮陽措施，并分析其可行性和優(yōu)良性，為裝配式建筑實(shí)際設(shè)計(jì)及施工提供進(jìn)一步的借鑒。

1 應(yīng)用項(xiàng)目

本次應(yīng)用項(xiàng)目為廣東某教育建筑項(xiàng)目，建筑功能為教學(xué)樓，地上5 層，首層層高4.5m，2～5 層層高4.0m，總建筑面積約為18680m2，建筑高度為22.89m，主體結(jié)構(gòu)采用為框架結(jié)構(gòu)，按裝配式建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)及施工。

教學(xué)樓采用回字形布局，主要房間為大開間課室，為確保使用過程中不產(chǎn)生炫光和保證室內(nèi)溫度，外立面設(shè)計(jì)中采用了大面積的垂直遮陽造型措施。裝配式ALC 遮陽板平面布置如圖1 所示。在傳統(tǒng)施工工藝中，這種通高的垂直遮陽板一般采用鋼筋混凝土進(jìn)行施工，但因其布置較為密集并設(shè)有一定的角度，模板搭接和澆筑難度大、產(chǎn)生的人工費(fèi)用高、損耗時(shí)間長及容易產(chǎn)生較多的建筑垃圾，不符合綠色建筑的設(shè)計(jì)理念。而ALC 墻板作為一種裝配式建筑構(gòu)件，可根據(jù)設(shè)計(jì)者要求的尺寸規(guī)格預(yù)先在車間生產(chǎn)加工后運(yùn)送到場地進(jìn)行安裝，安裝工藝為干作業(yè)，材料表面光滑，飾面層免抹灰，施工速度快且產(chǎn)生的建筑垃圾較少，對(duì)環(huán)境保護(hù)有一定的積極作用。ALC 遮陽板安裝實(shí)景如圖2 所示。因此，本項(xiàng)目決定采用ALC 墻板作為遮陽板的施工材料，經(jīng)過施工過程中的不斷優(yōu)化，此設(shè)計(jì)方案成功落地，為ALC 墻板作為遮陽構(gòu)件的創(chuàng)新應(yīng)用提供了一次實(shí)際案例。廣東某教育建筑項(xiàng)目建成實(shí)景如圖3、圖4 所示。

圖1 裝配式ALC 遮陽板平面布置（單位：mm）

圖2 ALC 遮陽板安裝實(shí)景

圖3 廣東某教育建筑項(xiàng)目建成實(shí)景（一）

圖4 廣東某教育建筑項(xiàng)目建成實(shí)景（二）

2 性能

本應(yīng)用項(xiàng)目的垂直遮陽構(gòu)件為設(shè)置在建筑外立面的裝飾構(gòu)件，擁有一定的數(shù)量、體積及質(zhì)量，為確保ALC 墻板能滿足建筑使用安全要求，應(yīng)用項(xiàng)目主要采用200mm 厚ALC 墻體作為遮陽措施，并對(duì)其主要安全性能進(jìn)行檢測(cè)，主要包括風(fēng)荷載受力分析、抗震設(shè)計(jì)、保溫性能及耐火性能。

2.1 風(fēng)荷載受力分析

因南方地區(qū)臺(tái)風(fēng)天氣較多，作用于ALC 遮陽板主要水平作用力為風(fēng)荷載，設(shè)計(jì)中需充分考慮在此作用力下ALC 遮陽板不會(huì)發(fā)生彎曲變形導(dǎo)致破壞。應(yīng)用項(xiàng)目選取規(guī)格為4.23m×0.6m×0.2m[高（L）×寬（B）×厚（H）]的ALC 墻板作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，于板厚方向受風(fēng)荷載，ALC遮陽板風(fēng)荷載受力分析如圖5 所示。板材的強(qiáng)度等級(jí)為A5.0 級(jí)，鋼筋級(jí)別為HPB235，縱向受拉鋼筋的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fy為210N/mm2，邊界條件為上邊及下邊進(jìn)行簡支固定，左邊及右邊為自由端，風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值按30m 標(biāo)高取值，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求進(jìn)行計(jì)算后[2]，板材的抗彎承載力、剪承載力及撓度均滿足規(guī)范要求。

圖5 ALC 遮陽板風(fēng)荷載受力分析（單位：mm）

2.2 抗震設(shè)計(jì)

地震是危及建筑使用安全的重要因素，現(xiàn)我國建筑設(shè)計(jì)中需嚴(yán)格執(zhí)行抗震設(shè)防的規(guī)定，滿足3 個(gè)水準(zhǔn)設(shè)防目標(biāo)，即“小震不壞，中震可修，大震不倒”，因此，不僅主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件需滿足規(guī)范要求，其余功能性或裝飾性構(gòu)件也應(yīng)滿足抗震設(shè)計(jì)要求。遮陽板設(shè)置于建筑外立面，若地震作用下產(chǎn)生破壞導(dǎo)致墜落，必然會(huì)對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)產(chǎn)生嚴(yán)重威脅。相比現(xiàn)澆鋼筋混凝土容易受現(xiàn)場、天氣、人工技術(shù)及材料配比等眾多不利因素的影響，預(yù)制式ALC 墻板能于環(huán)境更優(yōu)越的車間中進(jìn)行生產(chǎn)，其制作過程及養(yǎng)護(hù)條件能得到嚴(yán)格控制，使其表現(xiàn)出良好的均質(zhì)性和致密性，有利于抵抗地震時(shí)的各種形式的力的作用。由于其內(nèi)部泡沫結(jié)構(gòu)的存在，還具有很好的輕質(zhì)化特性，從而做到質(zhì)量輕而強(qiáng)度高，在地震力作用下，可以承受更大的荷載。同時(shí)，ALC 墻板本身的彈性模量適中，易于在地震時(shí)產(chǎn)生一定的變形和滯回力，從而緩和震動(dòng)對(duì)建筑物的影響。

另外，為進(jìn)一步提升ALC 遮陽板在抗震作用，應(yīng)用項(xiàng)目中的ALC 遮陽墻板與主體結(jié)構(gòu)之間采用柔性連接，連接構(gòu)造考慮了在確保節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度的可靠性、安全性的基礎(chǔ)上，同時(shí)保證ALC 墻板連接節(jié)點(diǎn)在平面內(nèi)的延性。墻板側(cè)邊及頂部與鋼筋混凝土墻、柱、梁、板等主體結(jié)構(gòu)連接處應(yīng)預(yù)留15～20mm 縫隙，縫寬滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求[3]，能適應(yīng)較大的層間角變位，對(duì)抗震設(shè)計(jì)起到積極的作用。

2.3 保溫性能及耐火性能

垂直遮陽板作為建筑遮陽隔熱的主要構(gòu)件，自身的熱工學(xué)性能也尤為重要。傳統(tǒng)的現(xiàn)澆鋼筋混凝土因其內(nèi)部含有大量的粗骨料和鋼筋，自身容易形成熱橋使熱量快速傳遞至建筑內(nèi)部，不利于隔熱和保溫。反觀ALC 遮陽板，其內(nèi)部有眾多微小氣孔，在材料中可形成靜空氣層，使其具有很好的保溫隔熱性能，以200mm 厚ALC 板材為例，其傳熱阻R0為1.02（m2·K）/W，傳熱系數(shù)K 為0.98W/（m2·K），比同厚度的現(xiàn)澆鋼筋混凝土更為優(yōu)秀，滿足節(jié)能設(shè)計(jì)要求。

ALC 遮陽板是硅酸鹽材料，是優(yōu)秀的不燃建筑材料。即使遮陽板周圍發(fā)生火災(zāi)事故，由于其熱導(dǎo)率低及熱阻率高的特性，令其不易受到高溫的影響，從而能夠保持穩(wěn)定的性能。100mm 厚的墻板耐火極限為3.75h，150mm 厚的墻板耐火極限為5.75h，100mm 厚的墻板耐火極限為8.00h，均能滿足民用建筑的一級(jí)耐火等級(jí)設(shè)計(jì)要求。

3 其他設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

ALC 墻板為裝配式預(yù)加工墻板，在實(shí)際項(xiàng)目中應(yīng)盡量以600mm 或其倍數(shù)進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，盡可能減少非標(biāo)準(zhǔn)的尺寸產(chǎn)生，這樣能減少現(xiàn)場切割的數(shù)量，大大提升工作效率及減少造價(jià)。在節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中，ALC 遮陽板在首層及二層采用管板工法連接（圖6、圖7），三層及以上采用角鋼螺栓工法（圖8），ALC 板底與主體結(jié)構(gòu)之間的座漿以及板材與板材之間灌縫采用水泥砂漿灌注，然后采用ALC 板專用填縫材料將八字口補(bǔ)平，確保遮陽板的外表面完整且美觀。 ALC 遮陽板轉(zhuǎn)角接縫工法如圖9 所示。根據(jù)應(yīng)用項(xiàng)目的實(shí)踐證明，上述節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)有利于提高遮陽板的安裝效率并確保安全性，比傳統(tǒng)工藝有較為突出的優(yōu)勢(shì)。

圖6 首層ALC 遮陽板管板工法（單位：mm）

圖7 二層ALC 遮陽板管板工法（單位：mm）

圖8 ALC 遮陽板角鋼螺栓工法（單位：mm）

圖9 ALC 遮陽板轉(zhuǎn)角接縫工法

3.2 施工安裝要點(diǎn)

ALC 遮陽板作為建筑外立面的主要構(gòu)件，其表面裝飾層面磚裝飾可與板材一同在工廠整體預(yù)制，到達(dá)施工現(xiàn)場后可實(shí)現(xiàn)整體快速安裝，節(jié)省現(xiàn)場人工抹灰、修補(bǔ)等環(huán)節(jié)，因此施工及管理質(zhì)量直接決定建筑外立面的呈現(xiàn)效果。各參建單位需對(duì)ALC 墻板的運(yùn)輸、吊裝和堆放進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)管，運(yùn)輸板材應(yīng)采用專人專車運(yùn)送，裝卸時(shí)利用專門的工具，避免板材受到吊裝工具的損傷；擺放時(shí)輕拿輕放，并采取可靠捆緊措施，防止顛簸或磕碰導(dǎo)致墻板破壞；板材運(yùn)輸進(jìn)場時(shí)，建設(shè)單位、施工單位及監(jiān)理單位需共同進(jìn)行接收，對(duì)未有檢測(cè)報(bào)告或發(fā)生表面破損的板材進(jìn)行退場處理，確保滿足設(shè)計(jì)要求；現(xiàn)場堆放時(shí)，場地應(yīng)平整，兩端應(yīng)設(shè)置墊木，堆放時(shí)每層高≤1m，垛高≤2m[4]；露天堆放時(shí)宜采用塑料布等覆蓋措施，防止污染。嚴(yán)格遵守上述施工安裝要點(diǎn)，能幫助項(xiàng)目做到省時(shí)、省力、省造價(jià)。

根據(jù)相關(guān)研究[5]，ALC 墻板在安裝或養(yǎng)護(hù)不當(dāng)時(shí)容易造成裂縫，因此施工前應(yīng)仔細(xì)閱讀設(shè)計(jì)圖紙，組織員工培訓(xùn)，對(duì)設(shè)置不合理的地方進(jìn)行優(yōu)化，現(xiàn)場盡可能減少板材切割的情況發(fā)生，并在安裝前復(fù)核板材尺寸和實(shí)際尺寸，使用專用工具設(shè)備安裝外墻板；當(dāng)墻板上有油污時(shí)，應(yīng)在安裝前將其清除；墻板應(yīng)考慮施工順序，施工順序?qū)?jié)點(diǎn)構(gòu)造有一定影響，還應(yīng)考慮施工操作的方便和安全，如便于脫鉤、就位、臨時(shí)固定、灌縫和疊合梁現(xiàn)澆部分的施工順序；ALC 墻板安裝完畢后，應(yīng)對(duì)缺棱掉角部位進(jìn)行修補(bǔ)，修補(bǔ)材料應(yīng)采用ALC 板專用修補(bǔ)材料。

4 結(jié)語

在國家大力倡導(dǎo)發(fā)展裝配式建筑的背景下，廣東某教育建筑項(xiàng)目利用ALC 墻板作為遮陽板的實(shí)例，展示了此工藝能縮短工期、減少環(huán)境污染及提升工人收入等優(yōu)勢(shì)，在確保建筑完成度的同時(shí)產(chǎn)生了較好的示范效益及經(jīng)濟(jì)效益，為ALC 墻板的實(shí)用性提供更廣泛的思路。