輕鋼框架住宅輕質(zhì)填充墻體系的性能探討

馮靜，郭劍飛，何文躍

（1.浙江工業(yè)大學之江學院，浙江 杭州 310024；

2.中國新型建材設(shè)計研究院，浙江 杭州 310003）

輕鋼框架住宅輕質(zhì)填充墻體系的性能探討

馮靜1，郭劍飛1，何文躍2

（1.浙江工業(yè)大學之江學院，浙江 杭州 310024；

2.中國新型建材設(shè)計研究院，浙江 杭州 310003）

針對輕鋼框架住宅輕質(zhì)填充墻體系與傳統(tǒng)磚墻存在明顯性能差異的現(xiàn)狀及輕質(zhì)墻板體系的諸多質(zhì)量問題，并依據(jù)墻體相關(guān)功能要求的分析，對常用的若干輕質(zhì)填充墻材料的關(guān)鍵性能進行探討，對工程應(yīng)用常見的質(zhì)量問題、構(gòu)造技術(shù)提出相關(guān)注意事項，供設(shè)計與施工單位參考，以利于合理選擇輕質(zhì)墻體和施工時保證墻體質(zhì)量。

輕鋼住宅；熱工性能；隔熱；ALC板

0 引言

2015年9 月中美兩國元首簽署了《中美元首氣候變化聯(lián)合聲明》，中國承諾推動低碳建筑，到2020年城鎮(zhèn)新建建筑中綠色建筑占比達到50%。目前，我國的建筑能耗占社會總能耗的33%左右，可以折算成11億t標準煤；在碳排放總量中，傳統(tǒng)建筑排放的碳幾乎占到了50%，發(fā)展節(jié)能與綠色建筑已刻不容緩。輕鋼結(jié)構(gòu)住宅由于建材可以循環(huán)利用，墻體保溫隔熱性能好，降低了碳排放量，保護了生態(tài)環(huán)境，是發(fā)達國家廣泛應(yīng)用的環(huán)保建筑類型，但我國輕鋼住宅推廣進度緩慢、配套體系不成熟，并且由于防火、造價和質(zhì)量等問題，未被開發(fā)單位和業(yè)主廣泛接受。諸多發(fā)達國家輕鋼結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)化之所以比我國成熟，重要的一方面是國外的建材業(yè)發(fā)達，相關(guān)建材品種多且科技含量較高，產(chǎn)業(yè)配套技術(shù)全面。輕鋼結(jié)構(gòu)住宅體系是高度復(fù)雜的綜合性體系，其中墻體材料性能、安裝施工及其配套技術(shù)是其產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵。本文主要對輕鋼框架住宅體系中常見并相對成熟的若干墻體材料的關(guān)鍵性能進行探討，并對工程應(yīng)用的常見質(zhì)量問題、構(gòu)造技術(shù)問題提出相關(guān)注意事項，供設(shè)計與施工單位參考。

1 輕鋼框架住宅系統(tǒng)的墻體功能要求

與傳統(tǒng)磚墻體系相比，輕鋼框架住宅輕質(zhì)墻板體系在性能上具有明顯區(qū)別，建筑設(shè)計應(yīng)綜合考慮輕質(zhì)墻材特性并根據(jù)住宅不同部位墻體的主要功能要求（見表1）選用合適的墻體材料并采取對應(yīng)的墻體構(gòu)造措施，施工單位應(yīng)摒棄傳統(tǒng)磚墻的施工方式，采取針對性的施工工藝和質(zhì)量保證措施。確定材料時也須結(jié)合考慮墻體的附加功能要求，如可釘性、耐候性、施工便利性、經(jīng)濟性、環(huán)保性及建材的地方特色等綜合因素。

表1 不同部位墻體的主要功能要求

保溫與隔熱性能是事關(guān)建筑是否節(jié)能、綠色的關(guān)鍵因素，兩者是不同的物理概念，但在設(shè)計選材時常被混肴，從而影響選材合理性，最終影響建筑的節(jié)能效果。設(shè)計應(yīng)按所處氣候分區(qū)，依據(jù)國家或地方標準，如嚴寒和寒冷地區(qū)選用墻材時應(yīng)側(cè)重考慮保溫性能，熱工性能指標主要考量墻材傳熱系數(shù)K；夏熱冬冷和夏熱冬暖地區(qū)，則需同時考慮保溫和隔熱性能，通過控制傳熱系數(shù)K和熱惰性指標D來實現(xiàn)外墻保溫隔熱節(jié)能的目的，其中熱惰性指標是評價圍護結(jié)構(gòu)抵抗溫度波和熱流波在圍護結(jié)構(gòu)中傳播能力的熱工性能指標，D值越大則熱穩(wěn)定性越好。對外墻的“熱橋”部位，在墻體構(gòu)造節(jié)點設(shè)計中應(yīng)進行保溫處理，以保證熱橋部位內(nèi)表面溫度在室內(nèi)空氣設(shè)計溫、濕度條件下不低于露點溫度，防止出現(xiàn)結(jié)露，出現(xiàn)結(jié)露將導(dǎo)致相應(yīng)附近外墻傳熱系數(shù)進一步增大，高溫一側(cè)表面溫度進一步降低，使得表面結(jié)露條件進一步惡化而產(chǎn)生嚴重墻體質(zhì)量問題。

選用墻材時，建筑設(shè)計應(yīng)根據(jù)工程氣候分區(qū)和住宅建筑體形系數(shù)等要素初定達到冬季保溫、夏季隔熱和節(jié)能要求的砌塊、條板或復(fù)合墻體的外墻板材料和相應(yīng)厚度；根據(jù)隔聲要求確定隔墻板材料與相應(yīng)厚度；根據(jù)不同墻體材料確定防水防潮等構(gòu)造措施。部分常見的墻體材料有專門建筑構(gòu)造圖集可以根據(jù)上述功能要求直接選用板材，并根據(jù)不同的受力特征和變形要求，選用不同的板材和節(jié)點構(gòu)造要求。

2 輕鋼框架住宅系統(tǒng)的墻體功能分析

輕鋼框架住宅系統(tǒng)的墻體材料包含以普通水泥為主原料的復(fù)合型多功能預(yù)制輕質(zhì)條形板材、輕質(zhì)塊體，或是輕鋼龍骨復(fù)合保溫墻體等。輕質(zhì)填充墻體構(gòu)造主要適用于輕鋼框架體系，墻體材料主要是輕質(zhì)砌塊和輕質(zhì)板材2大類，輕質(zhì)填充墻系統(tǒng)見圖1。常見輕質(zhì)墻體材料的性能見表2。

圖1 輕質(zhì)填充墻系統(tǒng)

表2 常見墻體材料的性能比較

2.1 輕質(zhì)砌塊墻體

2.1.1 混凝土小型空心砌塊

混凝土小型空心砌塊價格相對低廉，但單一墻體的耐候性、保溫隔熱性、隔聲性、可釘性相對較差。用作外墻時，其熱工性能較實心黏土磚差，需要結(jié)合外墻外保溫、內(nèi)保溫、夾心保溫等才能滿足節(jié)能規(guī)范關(guān)于熱工性能指標的要求，以達到建筑節(jié)能65%的目標，各種保溫技術(shù)措施及保溫層的厚度應(yīng)根據(jù)本地區(qū)建筑節(jié)能設(shè)計的規(guī)定，按照建筑熱工設(shè)計方法確定計算。但小型砌塊建筑外墻的保溫層外側(cè)有密實保護層或內(nèi)側(cè)構(gòu)造層為加氣混凝土及其它多孔材料時，保溫設(shè)計應(yīng)根據(jù)地區(qū)氣候條件及室內(nèi)環(huán)境設(shè)計指標，進行內(nèi)部冷凝受潮驗算并確定是否設(shè)置隔汽層。混凝土小型空心砌塊空氣聲計權(quán)隔聲量為43～47 dB，可滿足一般隔聲要求，若在墻內(nèi)空洞中填入礦渣棉等松散材料提高其隔聲性能，其空氣聲計權(quán)隔聲量就可達50dB以上，即可以用于隔聲要求較高的建筑?；炷列⌒涂招钠鰤K可釘性較差，輕型設(shè)備的固定可在砌體灰縫內(nèi)預(yù)留埋件或鉆孔，嚴禁在砌好的墻體上剔鑿或用沖擊鉆鉆孔。我國混凝土小型空心砌塊品種較少，同時需提高砌塊的質(zhì)量、強度，增加功能和品種，以滿足建筑裝飾及外墻的熱工等要求。歐美國家研制的混凝土空心砌塊比較注重塊材的系列化、多功能、飾面的形狀色彩、紋理變化等要求，特別在砌塊保溫性能和裝飾性方面做了大量的研究并取得了很多的成果[1]。

2.1.2 蒸壓加氣混凝土砌塊

輕鋼結(jié)構(gòu)住宅常用的輕質(zhì)砌塊是加氣混凝土砌塊，是一種輕質(zhì)多孔、保溫隔熱、防火性能良好、可釘、可刨、可鋸，并且具有環(huán)保優(yōu)點的新型建筑材料，既可以作為單一墻體材料，也可作為保溫隔熱材料，是目前較合理與經(jīng)濟的節(jié)能墻體材料。

根據(jù)表2混凝土小型空心砌塊與加氣混凝土砌塊熱工性能指標對比，加氣混凝土砌塊適用于全國各氣候區(qū)。在嚴寒地區(qū)和對保溫要求較高的地區(qū)，單一構(gòu)造蒸壓加氣混凝土砌塊不能滿足熱工性能指標要求時，須與高效保溫材料復(fù)合使用，建議外貼18～20 kg/m3聚苯泡沫板。相比混凝土小型空心砌塊，180 mm厚加氣混凝土砌塊墻體即有較低的傳熱系數(shù)和較高的熱惰性指標，而混凝土小型空心砌塊要符合節(jié)能規(guī)范的熱工性能指標限值須外加保溫層且墻體厚度較大。另外，蒸壓加氣混凝土砌塊由于是多孔結(jié)構(gòu)，具有一定的吸聲能力，180 mm厚加氣塊雙面粉刷計權(quán)隔聲量>45 dB，即可滿足外墻、分戶墻隔聲要求。

2.2 輕質(zhì)板材墻體

輕質(zhì)板材有單一材料板材和復(fù)合材料板材2大類。常見的單一板材有蒸壓輕質(zhì)加氣混凝土ALC板、ASA圓孔板和實心板、GRC板等。單一材料板材大多不滿足建筑節(jié)能的要求，在工業(yè)化的要求下，常將保溫材料層（聚苯乙烯或礦棉等纖維類保溫材料）復(fù)合其中，或在墻體外鋪設(shè)硬質(zhì)板狀保溫材料，形成輕質(zhì)復(fù)合墻板，復(fù)合板材外墻板須具備良好的耐侯性和滿足外圍護結(jié)構(gòu)的保溫隔熱的性能，同時還要解決板的連接構(gòu)造等問題，構(gòu)造節(jié)點、材料工藝技術(shù)難度較大[1]。常見的復(fù)合板材有ASA復(fù)合墻板、ALC墻板外保溫方式粘貼聚苯板等。

2.2.1 ALC板材

ALC板是以托勃莫來石為主要礦物成分的硅酸鹽材料，耐久性好。內(nèi)部具有結(jié)晶完全、細密均勻的封閉氣孔、缺陷和微裂縫都很少的微觀結(jié)構(gòu)，所以其抗凍性、抗?jié)B性都很好，優(yōu)于一般加氣混凝土制品，可確保ALC板在我國各個氣候分區(qū)都能正常使用[2]。相對于加氣混凝土砌塊，ALC條板由于沒有塊體之間的砂漿，保溫性能得到一定程度的提高，性能均勻分布，整體保溫效果更好。從表2可見，ALC板材的熱工性能較好，當選用合理的厚度時，不僅可以用于保溫要求高的寒冷地區(qū)，也可用于隔熱要求高的夏熱冬冷地區(qū)或夏熱冬暖地區(qū)，滿足節(jié)能標準的要求。當嚴寒地區(qū)保溫要求較高，單一ALC板不能滿足熱工性能指標限值時，可采用復(fù)合墻板形式，如外墻采用150 mm厚ALC板，采用聚苯板將鋼柱與鋼梁等圍護結(jié)構(gòu)熱橋部位填實，采用外墻外保溫方式粘貼50 mm厚聚苯板，并以鋪貼耐堿玻纖網(wǎng)格布的聚苯顆粒漿料罩面，最后涂覆外墻涂料飾面，此做法可以大幅提高圍護結(jié)構(gòu)保溫性能，外墻傳熱系數(shù)僅0.40 W/（m2·K），并且墻厚僅250 mm[3]。但外鋪保溫材料主要靠粘結(jié)劑貼于單一板材，存在粘結(jié)劑老化問題，且單一材料板材常外貼聚苯板保溫板存在防火隱患。ALC板內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)是由很多均勻互不連通的微小氣孔組成，具有良好的隔聲性能。采用ALC板不用抹灰找平，可以直接刮膩子噴涂料，降低造價20～25元/m2，且避免了空鼓現(xiàn)象，無構(gòu)造柱、水平系梁、拉結(jié)鋼筋等輔助工程，經(jīng)濟性好于加氣混凝土砌塊。150 mm厚ALC板+雙面30 mm厚膩子即可達到隔聲量45.6 dB的隔聲效果，相當于粉刷后一磚墻的隔聲效果。在吊掛重物方面，小于150 mm厚度的加氣塊穩(wěn)定性差，不宜吊掛重物，但100和120 mm厚的ALC條板單點吊掛力分別可達1200和1500 N，板墻上安裝空調(diào)、熱水器、貼瓷磚等重物沒任何問題。

在我國建成的多層鋼結(jié)構(gòu)住宅中大多采用ALC板，有專門配套的標準圖集，但是生產(chǎn)、施工工藝相對較復(fù)雜，板縫過多且縫隙的處理材料（密封膠）的耐久性仍沒有得到很好的解決。ALC板的干燥收縮率高于傳統(tǒng)燒結(jié)磚，容易收縮開裂，所以ALC板材必須做好外墻轉(zhuǎn)角縫、漲縮縫、一般縫等接縫與開洞處的防水系統(tǒng)，采用專用的彈性良好的建筑防水密封膠，配合發(fā)泡聚乙烯圓棒等材料，形成一個封閉的防水分隔縫系統(tǒng)；采用與ALC板相匹配的外墻涂料，使涂料與ALC板有良好的粘結(jié)性能，防水性能良好[4-5]。

2.2.2 ASA系列板材

常見的ASA系列板材是以水泥為膠凝料，采用粉煤灰為填充料，以耐堿玻纖網(wǎng)格布或鋼筋為增強材料制成的一種建筑板材，包括ASA-FX復(fù)合保溫外墻板、ASA-YX圓孔隔墻板、ASA-SX實心墻板等。ASA圓孔隔墻板與ASA復(fù)合保溫外墻板見圖2。ASA板主要與鋼框架結(jié)構(gòu)配合使用，見圖3，一般外圍護結(jié)構(gòu)由雙層墻板組成，中間可留10～200 mm厚空氣層，內(nèi)層板鑲嵌在框架平面內(nèi)，起到加強框架平面內(nèi)剛度的作用，從而大幅度降低結(jié)構(gòu)用鋼量。墻板室內(nèi)一側(cè)表面與框架梁或柱內(nèi)表面平齊，外層板懸掛在梁或柱外側(cè)，起到阻隔“熱橋”的作用，內(nèi)外層板錯縫排列，構(gòu)成中空組合墻體。ASA墻板用作分室隔墻、分戶隔墻或外圍護墻時的性能要求是不同的。可根據(jù)熱工性能指標限值，ASA外墻板可采用不同的板材厚度和組合形式，達到隔熱或保溫的要求，建筑師可根據(jù)各地建筑節(jié)能要求通過圍護墻體的多種組合形式及其熱工性能等指標進行參考選用。同時，可根據(jù)不同的隔聲要求，選用不同ASA墻板，普通內(nèi)隔墻通常采用ASA-YX90板，對于分戶墻、臥室和書房宜選用隔聲效果好的輕質(zhì)墻體材料，可采用ASAYX120板或雙層板，做好轉(zhuǎn)角和邊沿縫隙的填充和密封。

圖2 ASA圓孔隔墻板與ASA復(fù)合保溫外墻板

圖3 外墻與H型鋼柱連接

3 輕鋼框架住宅系統(tǒng)的墻體常見問題

（1）當不同材料進行復(fù)合時，高效保溫材料處在中間位置，如在板材中不設(shè)置隔氣層，冬季溫度較低時，在保溫層中就會出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，結(jié)露水反覆凍融必然會導(dǎo)致板材的開裂[6]。

（2）外墻板有內(nèi)嵌式和外掛式，外掛式可解決鋼結(jié)構(gòu)“熱橋”問題，但對施工精度要求較高，安裝誤差過大時容易導(dǎo)致板間接縫出現(xiàn)滲水問題。內(nèi)嵌式墻板對整體結(jié)構(gòu)的剛度和承載力貢獻較多，宜在結(jié)構(gòu)設(shè)計中加以利用，可降低用鋼量[7]；另外，內(nèi)嵌式外墻板容易導(dǎo)致“熱橋”問題，在墻體構(gòu)造節(jié)點設(shè)計中均應(yīng)進行保溫處理，防止出現(xiàn)結(jié)露而嚴重影響墻體質(zhì)量。

（3）與傳統(tǒng)磚墻體系相比，不同新型輕質(zhì)墻板體系的物理性能差異較大，如加氣混凝土砌塊、ALC板的干燥收縮率高達0.3～0.5 mm/m，遠超傳統(tǒng)燒結(jié)磚的0.1 mm/m，必須正確采用配套砂漿、密封膠、粘結(jié)劑與墻板適應(yīng)性好的涂料等配套材料。

（4）與傳統(tǒng)磚墻體系相比，輕質(zhì)條板裝修注意事項較多開槽、開洞、吊掛重物等都有相關(guān)構(gòu)造措施規(guī)定，以保護墻板不被破壞，裝修須嚴格按照具體板材的構(gòu)造要求進行，但現(xiàn)實中較難實現(xiàn)，也影響了輕鋼結(jié)構(gòu)住宅的推廣應(yīng)用。

4 結(jié)語

隨著輕質(zhì)墻板越來越多地應(yīng)用于輕鋼結(jié)構(gòu)住宅中，圍護墻體不斷暴露出一些常見或有別于傳統(tǒng)磚墻體系的質(zhì)量問題，由于輕鋼結(jié)構(gòu)體系自重輕、空腔多，不合適選用墻板體系時造成隔聲效果欠佳、裝修吊掛設(shè)備、開洞開槽較為不便；導(dǎo)熱系數(shù)極高的鋼材與輕質(zhì)墻體的組合體，使得建筑體系熱惰性可能較差等問題。了解各種常見輕質(zhì)墻材體系的相關(guān)性能與容易存在的構(gòu)造問題是輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工時選擇合適的圍護墻體材料的前提。建筑設(shè)計師應(yīng)該根據(jù)不同地方氣候分區(qū)、不同保溫隔熱條件、不同輕質(zhì)墻板材料特性、不同功能要求等選用合適的輕質(zhì)墻板體系。墻體圍護體系的研究與發(fā)展應(yīng)在滿足適用、經(jīng)濟的基礎(chǔ)上，保護環(huán)境、變廢為寶，不少地方也結(jié)合當?shù)貙嶋H情況，開發(fā)了不少具有地方特色的輕質(zhì)墻材如秸稈復(fù)合板結(jié)構(gòu)，煤矸石ALC板，秸稈草磚，秸稈復(fù)合板等，輕鋼結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)化之路必使得小塊墻體向大塊墻體轉(zhuǎn)變、塊體墻體向各種輕質(zhì)板材和復(fù)合板材方向轉(zhuǎn)變。

[1]顏宏亮，馬林.墻體改革與輕鋼結(jié)構(gòu)住宅體系的發(fā)展[J].住宅科技，2001（8）：39-41.

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[4]劉波，陳福林，王月棟，等.輕質(zhì)加氣混凝土墻板在新加坡環(huán)球影城中的應(yīng)用[J].施工技術(shù)，2011，40（7）：12-14.

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[7]李國強，王城.外掛式和內(nèi)嵌式ALC墻板鋼框架結(jié)構(gòu)的滯回性能試驗研究[J].鋼結(jié)構(gòu)，2005，20（1）：52-56.

Study on the properties of light filled wall system of light steel structure residence

FENG Jing1，GUO Jianfei1，HE Wenyue2
（1.Zhijiang College of Zhejiang University of Technology，Hangzhou 310024，China；
2.China New Building Material Design&Research Institute，Hangzhou 310003，China）

According to the present situation of the performance difference between the filling wall system of light steel structure residence and the traditional brick wall and many quality problems of lightweight wall system，analysis of wall related functional requirements，discussion on the key properties of filled wall materials was carried out to put forward precaution announcement about quality problem and construction technology for the reference of design and construction unit，so as to rationally select the lightweight wall and guarantee the wall quality.

light steel structure residence，thermal performance，thermal insulation，autoclaved light-weight concrete（ALC）board

TU375

A

1001-702X（2016）09-0058-04

浙江省教育廳科研項目資助（Y201329932）

2016-05-01

馮靜，女，1975年生，浙江江山人，講師，碩士，一級注冊建筑師。