陶?；炷琳w式外墻板熱工與力學(xué)性能數(shù)值模擬

郭金龍，蔣國(guó)平，代學(xué)靈，肖三霞

(1.福建江夏學(xué)院 工程學(xué)院， 福建 福州 350108；2.華南理工大學(xué) 土木與交通學(xué)院， 廣東 廣州 510641)

建筑工業(yè)化是實(shí)現(xiàn)我國(guó)建筑業(yè)節(jié)能減排、結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)的有力措施，而大力推廣裝配式混凝土建筑，是實(shí)現(xiàn)建筑工業(yè)化的重要內(nèi)容。相比于傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土建筑高能耗、長(zhǎng)周期的施工特點(diǎn)，裝配式混凝土建筑具有施工進(jìn)度快、現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)少、人工需求量低、施工排放量微等諸多優(yōu)點(diǎn)。預(yù)制混凝土墻板是裝配式混凝土建筑的重要組成部分，包括內(nèi)墻板和外墻板，在裝配式混凝土建筑中替代傳統(tǒng)的砌體內(nèi)外墻，起到建筑功能分區(qū)、圍護(hù)建筑主體的作用。

已有部分文獻(xiàn)對(duì)預(yù)制混凝土墻板的力學(xué)性能開展了相關(guān)研究。文獻(xiàn)[1]將夾心保溫預(yù)制混凝土墻板與鋼框架采用不同方式進(jìn)行連接，對(duì)總共七榀帶墻板平面鋼框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行側(cè)推試驗(yàn)，模擬地震作用往復(fù)加載下預(yù)制混凝土墻板的力學(xué)性能，結(jié)果顯示采用柱連接外墻板的抗側(cè)剛度、耗能能力、極限承載力均要優(yōu)于采用梁連接、梁柱連接的情況。文獻(xiàn)[2]對(duì)預(yù)制混凝土復(fù)合墻板與框架結(jié)構(gòu)的相互作用開展了側(cè)推試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)復(fù)合墻板的平面內(nèi)剛度對(duì)框架結(jié)構(gòu)整體橫向剛度影響十分顯著，且連接節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度決定了復(fù)合墻板的承載力和剪切剛度。文獻(xiàn)[3]對(duì)預(yù)制混凝土復(fù)合墻板的連接錨固件的拉拔性能和抗剪性能開展試驗(yàn)研究，討論了不同形式連接錨固件的破壞形態(tài)。文獻(xiàn)[4-5]對(duì)預(yù)制混凝土墻板在受到平面內(nèi)剪力作用下的力學(xué)響應(yīng)展開研究，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致墻板失去承載力的原因是墻板自身受剪破壞。此外還有文獻(xiàn)[6]對(duì)四點(diǎn)支承式預(yù)制混凝土外墻板的抗彎承載能力進(jìn)行了研究，文獻(xiàn)[7]對(duì)自重作用、風(fēng)荷載以及地震作用下的預(yù)制混凝土外墻板連接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)方法討論，文獻(xiàn)[8]對(duì)預(yù)制混凝土外墻板進(jìn)行吊裝及脫模過(guò)程的力學(xué)性能分析。但上述研究多關(guān)注于墻板受荷下的力學(xué)響應(yīng)、墻板與結(jié)構(gòu)主體的連接性能以及對(duì)主體結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響，而對(duì)于正常工作過(guò)程中墻板的工作性能涉及甚少，包括保溫隔熱性能、受力及變形狀態(tài)等。而由于預(yù)制混凝土成品質(zhì)量較有保證，相對(duì)現(xiàn)澆混凝土而言其外表面更為平整光潔，可直接利用預(yù)制混凝土外墻板作為建筑清水外墻，故其在室內(nèi)外溫差和風(fēng)荷載耦合作用下的開裂、變形情況值得研究。此外，預(yù)制混凝土外墻板如何在夏季外熱內(nèi)涼的環(huán)境下起到隔熱作用，以及如何在冬季外冷內(nèi)暖的環(huán)境下起到保溫作用，都具有一定研究意義和工程價(jià)值。

另一方面，為了解決傳統(tǒng)墻體保溫材料易燃、施工工序繁瑣的問(wèn)題，已有文獻(xiàn)提出在預(yù)制墻板的混凝土主材中加入絕熱材料如?；⒅椤⑻樟５?，預(yù)制形成整體式外墻板[9-11]。該整體式外墻板在安裝過(guò)程中不需要另外進(jìn)行保溫層施工，提高了建筑施工過(guò)程中的預(yù)制裝配化程度，也避免了復(fù)合保溫層墻板多層連接處理的問(wèn)題以及對(duì)拉連接件的熱橋效應(yīng)[12]。總體而言針對(duì)該整體式外墻板的相關(guān)研究多關(guān)注其施工工藝，而對(duì)其熱工及力學(xué)性能研究較少，也未見系統(tǒng)的數(shù)值模擬分析。數(shù)值模擬是工程結(jié)構(gòu)的熱工及力學(xué)性能的有效手段，已廣泛應(yīng)用于研究中。本文針對(duì)含?；⒅榈奶樟；炷琳w式外墻板，利用有限元程序建立數(shù)值模型，分析該類型外墻板在冬夏兩季室內(nèi)外溫差作用和風(fēng)荷載耦合作用下的保溫隔熱性能、受力及變形情況。進(jìn)而對(duì)含?；⒅榈奶樟；炷琳w式外墻板數(shù)值模型進(jìn)行參數(shù)研究，分析該類型整體式外墻板工作性能的影響因素及變化規(guī)律，對(duì)該類型整體式外墻板的設(shè)計(jì)提供參考。

1 陶粒混凝土整體式外墻板概況

本文所研究的預(yù)制混凝土整體式外墻板高度尺寸由實(shí)際建筑工程需求確定，一般等同于樓層高；考慮運(yùn)輸、吊裝等因素，墻板寬度方向則按建筑模數(shù)及工程需求進(jìn)行分塊；厚度方向一般取100 mm ～ 200 mm；典型的整體式外墻板構(gòu)造如圖1(a)所示，墻板彼此之間通過(guò)啟口拼接，并在啟口拼接處涂刷密封膠凝材料。數(shù)值模型中，本文將啟口處進(jìn)行平整化，墻板簡(jiǎn)化為如圖1(b)所示的規(guī)則形狀。

圖1 整體式外墻板

墻板兩側(cè)內(nèi)嵌雙向鋼筋網(wǎng)，墻板主體混凝土由含?；⒅榈奶樟；炷劣陬A(yù)制廠內(nèi)一次性澆筑而成。玻化微珠是一種無(wú)機(jī)輕質(zhì)顆粒材料，由火山巖礦石經(jīng)開采后破碎、篩分、高溫瞬時(shí)燃燒膨脹?；?。?；⒅椴牧隙喑什灰?guī)則球狀顆粒，內(nèi)部為空腔結(jié)構(gòu)，表面?；忾]，物理性能方面具有質(zhì)輕、隔熱防火、耐高低溫、抗老化、吸水率小、熱惰性高、理化性能穩(wěn)定等優(yōu)良特性，適合作為摻料應(yīng)用于整體式墻板混凝土中。本研究將玻化微珠和陶粒同時(shí)作為摻量加入整體式外墻板的混凝土中，由于玻化微珠的摻入，整體式外墻板混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)相比普通混凝土將有所下降，以下對(duì)其進(jìn)行分析。

將整體式外墻板假設(shè)為?；⒅閷雍吞樟；炷翆觾蓪硬牧掀春掀饋?lái)的分層式墻體，如圖2所示。整體式外墻體的等效導(dǎo)熱系數(shù)λ可由公式(1)計(jì)算。

圖2 分層式墻體假設(shè)模型

λ=Kδ

(1)

式中：δ為整體式外墻板的厚度，單位為m；K為整體式外墻板的傳熱系數(shù)，單位為W/(m2·K)，可由公式(2)計(jì)算。

(2)

式中：αi、αe分別代表墻板兩側(cè)表面的換熱系數(shù)，單位為W/(m2·K)；δ1、δ2分別代表分層式墻體各分層的厚度，單位為m；λ1、λ2分別代表各分層材料的導(dǎo)熱系數(shù)，單位為W/(m·K)。

計(jì)?；⒅閾搅繛閏，則分層式墻體假設(shè)模型中?；⒅閷雍穸圈?=cδ，陶?；炷翆雍穸圈?=(1-c)δ，由《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》可得?；⒅楹吞樟；炷恋膶?dǎo)熱系數(shù)分別為λ1=0.045 W/(m·K)，λ2=0.95 W/(m·K)，且墻體內(nèi)表面換熱系數(shù)為αi=8.7 W/(m2·K)，墻體外表面換熱系數(shù)為αe=23 W/(m2·K)，代入上述各物理量，則公式(1)可化為如下：

(3)

故可根據(jù)?；⒅閾搅縞求得陶粒混凝土整體式外墻板的等效導(dǎo)熱系數(shù)。

2 有限元數(shù)值模擬

2.1 外墻板數(shù)值模型簡(jiǎn)介

本研究采用有限元程序ABAQUS建立含玻化微珠的陶?；炷琳w式外墻板數(shù)值模型，如圖3所示，為顯示鋼筋網(wǎng)，對(duì)部分混凝土單元進(jìn)行了隱藏顯示。外墻板平面尺寸3 000 mm×1 200 mm(高×寬)，厚度200 mm，墻體混凝土采用?；⒅閾搅繛?0%的陶粒混凝土，其立方體抗壓強(qiáng)度31.5 MPa，密度1 800 kg/m3；墻板兩側(cè)內(nèi)嵌雙向鋼筋網(wǎng)，鋼筋直徑6 mm，保護(hù)層厚度15 mm，水平筋和豎向筋間距均為200 mm。模型采用分離式建模，其中混凝土采用C3D8T實(shí)體單元，鋼筋采用T3D2T桁架單元，外墻板內(nèi)側(cè)四角的連接件采用C3D8T實(shí)體單元并簡(jiǎn)化為規(guī)則立方體。單元尺寸25 mm，鋼筋和混凝土之間考慮為彼此間無(wú)相對(duì)滑移，故將鋼筋網(wǎng)內(nèi)嵌于混凝土中；外墻板四角的鋼連接件考慮為可靠錨固，故采用綁定方式考慮連接件和混凝土墻板之間的相互關(guān)系，約束各連接件三個(gè)方向的平動(dòng)自由度，模擬實(shí)際工程中連接件通過(guò)螺栓約束于樓層板處。

圖3 整體式外墻板數(shù)值模型

含?；⒅?0%的陶?；炷?、鋼材的主要材性參數(shù)如表1所示，其中陶?；炷镣鈮Π宓膶?dǎo)熱系數(shù)由公式(3)計(jì)算而得，其余力學(xué)參數(shù)及熱工參數(shù)參考《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》、《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》的取值建議。

表1 材料參數(shù)

根據(jù)Fourier熱傳導(dǎo)理論，通過(guò)墻板的三維非穩(wěn)定導(dǎo)熱方程為:

(5)

其中：λ為外墻板的導(dǎo)熱系數(shù)，由公式(3)計(jì)算而得為0.149 W/(m·K)；C為墻板比熱容，參考相關(guān)文獻(xiàn)建議，取1 050 J/(kg·K)；T為溫度；γ為墻板重度。

熱交換墻板邊界條件為:

(6)

其中：β為對(duì)流換熱系數(shù)， 主要受風(fēng)速影響， 文獻(xiàn)[13]建議其值可表示為混凝土墻板表面附近風(fēng)速v的函數(shù):

β=3.06v+4.11

(7)

采用熱力耦合算法，分析室內(nèi)外溫差和風(fēng)荷載耦合作用下，整體式外墻板的工作性能。

2.2 夏季室內(nèi)外溫差作用和風(fēng)荷載耦合作用工況

分析夏季室外溫度38℃，室內(nèi)溫度26℃，室內(nèi)外溫差作用下，整體式外墻板的隔熱性能。室內(nèi)風(fēng)速視為靜止，則由公式(7)可求得整體式外墻板內(nèi)表面對(duì)流換熱系數(shù)為4.11；夏季室外考慮為和風(fēng)情況，根據(jù)Beaufort風(fēng)力等級(jí)關(guān)系，考慮風(fēng)速為6 m/s，可求得外墻板的外表面對(duì)流換熱系數(shù)為22.47；參考《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》，室外熱源對(duì)外墻板的外表面輻射系數(shù)為0.92；整體式外墻板初始溫度取26℃。作為對(duì)比，建立C30普通混凝土外墻板數(shù)值模型，除墻體混凝土材料以外，其余參數(shù)與含玻化微珠的陶?；炷镣鈮Π逡恢?。普通混凝土材料性能參數(shù)見表1，參考《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》的建議取導(dǎo)熱系數(shù)取1.74 W/(m·K)，比熱容920 J/(kg·K)。由所考慮風(fēng)速可得基本風(fēng)壓為w=ρv2/1600=0.023 kN/m2，均勻垂直作用于外墻板外表面。

夏季耦合工況作用4 h后，兩個(gè)外墻板厚度方向的熱通量時(shí)程曲線如圖4(a)所示，可知陶粒混凝土外墻板的平均熱通量數(shù)值模擬結(jié)果為q=8.58 W/m2。而根據(jù)熱阻的理論計(jì)算公式R=δ/λ=1.34 m2·K/W，進(jìn)而可求得外墻板的平均熱通量理論值為q=ΔT/R=8.96 W/m2。對(duì)比可知，數(shù)值模擬結(jié)果較理論值偏差-4.2%，可見本文所建立的數(shù)值模型具有較高精度，可以用于模擬整體式外墻板的熱力性能分析。

夏季耦合工況作用4 h后，兩個(gè)外墻板的整體溫度分布如圖4(b)、圖4(c)所示，墻板的外表面溫度明顯上升，而內(nèi)表面溫度依然保持在和室內(nèi)溫度相當(dāng)?shù)乃?，可見整體式外墻板能起到隔熱作用，但對(duì)比而言，陶?；炷镣鈮Π逭w上高溫區(qū)域較小。分別對(duì)比分析兩個(gè)整體式外墻板內(nèi)外表面中點(diǎn)的升溫曲線，如圖4(d)、圖4(e)所示，夏季耦合工況下，墻板外表面溫度逐漸升高并趨于平穩(wěn)，作用4 h后，普通混凝土外墻板外表面中點(diǎn)溫度為34.5℃，陶粒混凝土外墻板該點(diǎn)溫度為37.0℃，而墻板內(nèi)表面溫度上升幅度則明顯不如外表面，作用4 h后，普通混凝土外墻板內(nèi)表面中點(diǎn)溫度為28.1℃，而陶?；炷镣鈮Π逶擖c(diǎn)溫度為26.0℃，可見在相同的夏季室內(nèi)外溫差作用下，采用陶?；炷琳w式外墻板外表面溫度相對(duì)普通混凝土更高，而內(nèi)表面溫度則相對(duì)更低。對(duì)比圖4(a)所示的兩個(gè)外墻板厚度方向的熱通量曲線，可見陶粒混凝土外墻板的熱通量明顯低于普通混凝土外墻板，即通過(guò)陶?；炷镣鈮Π鍌飨蚴覂?nèi)的熱量要明顯低于通過(guò)普通混凝土外墻板傳向室內(nèi)的熱量，這也是陶?；炷镣鈮Π逋獗砻鏈囟认鄬?duì)高于普通混凝土的原因。由此說(shuō)明相比普通混凝土外墻板，陶粒混凝土外墻板可將熱量更為有效地阻隔在室外，在夏季外熱內(nèi)涼的環(huán)境下具有更好的隔熱性能。

圖4 夏季耦合工況作用4 h后整體式外墻板熱工性能

夏季耦合工況作用下，陶?；炷琳w式外墻板的變形如圖5(a)所示，墻板上最大位移為0.35 mm，而普通混凝土整體式外墻板的變形與之類似，最大位移為0.42 mm，可見在夏季耦合工況作用下，整體式外墻板變形量很小，最大變形發(fā)生在墻板中部。陶?；炷琳w式外墻板的鋼筋網(wǎng)應(yīng)力分布如圖5(b)所示，外表面?zhèn)蠕摻罹W(wǎng)應(yīng)力相對(duì)較高，以受拉為主，最大應(yīng)力為18.3 MPa，而普通混凝土整體式外墻板的鋼筋網(wǎng)應(yīng)力分布與之類似，最大應(yīng)力為19.1 MPa。由于普通混凝土外墻板變形量相對(duì)更大，故其鋼筋網(wǎng)應(yīng)力比陶?；炷恋囊笠恍?，但兩個(gè)外墻板均處于低應(yīng)力狀態(tài)。

圖5 夏季耦合工況作用下整體式外墻板力學(xué)性能

2.3 冬季室內(nèi)外溫差作用和風(fēng)荷載耦合作用工況

分析冬季室外溫度-10℃，室內(nèi)因采用取暖設(shè)備溫度20℃，室內(nèi)外溫差作用下，整體式外墻板的保溫性能。室內(nèi)風(fēng)速可視為靜止，故由公式(7)可求得整體式外墻板的內(nèi)表面對(duì)流換熱系數(shù)為4.11；冬季室外考慮為強(qiáng)風(fēng)情況，根據(jù)Beaufort風(fēng)力等級(jí)關(guān)系，風(fēng)速為13.8 m/s，可求得外墻板的外表面對(duì)流換熱系數(shù)為46.34；對(duì)于室內(nèi)取暖設(shè)備所產(chǎn)生的熱輻射，參考《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》，室內(nèi)熱源對(duì)外墻板的內(nèi)表面輻射系數(shù)為0.92；整體式外墻板初始溫度等同于室外溫度-10℃。作為對(duì)比，建立C30普通混凝土外墻板數(shù)值模型，具體設(shè)定及參數(shù)同2.2小節(jié)。由所考慮風(fēng)速可得基本風(fēng)壓為w=ρv2/2=0.123 kN/m2，均勻垂直作用于外墻板外表面。

冬季耦合工況作用4 h后，兩個(gè)外墻板厚度方向的熱通量時(shí)程曲線如圖6(a)所示，可知陶?；炷镣鈮Π宓钠骄鶡嵬繑?shù)值模擬結(jié)果為q=-22.9 W/m2(負(fù)值表示熱量由室內(nèi)傳向室外)。而根據(jù)熱阻可求得外墻板的平均熱通量理論值為q=ΔT/R=-22.4 W/m2。對(duì)比可知，數(shù)值模擬結(jié)果較理論值偏差2.2%，再次驗(yàn)證了本文所建立的數(shù)值模型具有較高精度。

冬季耦合工況作用4 h后，兩個(gè)外墻板的整體溫度分布如圖6(b)、圖6(c)所示，墻板的外表面溫度明顯下降，而內(nèi)表面溫度依然保持在相對(duì)較高的水平，可見整體式外墻板能起到的保溫作用，但對(duì)比而言，陶?；炷镣鈮Π逭w上高溫區(qū)域較大。分別對(duì)比分析兩個(gè)整體式外墻板內(nèi)外表面中點(diǎn)的降溫曲線，如圖6(d)、圖6(e)所示，冬季耦合工況下，墻板外表面溫度逐漸降低并趨于平穩(wěn)，作用4 h后，普通混凝土外墻板外表面中點(diǎn)溫度為-4.2℃，陶?；炷镣鈮Π逶擖c(diǎn)溫度為-8.4℃，普通混凝土外墻板內(nèi)表面中點(diǎn)溫度為14.8℃，而陶粒混凝土外墻板該點(diǎn)溫度為20.0℃，可見在相同的冬季室內(nèi)外溫差作用下，采用陶粒混凝土整體式外墻板外表面溫度相對(duì)普通混凝土更低，而內(nèi)表面溫度則相對(duì)更高。對(duì)比圖6(a)所示的兩個(gè)外墻板厚度方向的熱通量曲線，可見陶粒混凝土外墻板的熱通量明顯低于普通混凝土外墻板，即通過(guò)陶粒混凝土外墻板傳向室外的熱量要明顯低于通過(guò)普通混凝土外墻板傳向室外的熱量，這也是陶?；炷镣鈮Π逋獗砻鏈囟认鄬?duì)低于普通混凝土的原因。由此說(shuō)明相比普通混凝土外墻板，陶?；炷镣鈮Π蹇蓪崃扛鼮橛行У乇Ａ粼谑彝?，在冬季外冷內(nèi)暖的環(huán)境下具有更好的保溫性能。

圖6 冬季耦合工況作用4 h后整體式外墻板熱工性能

冬季耦合工況作用下，陶?；炷琳w式外墻板的變形如圖7(a)所示，墻板上最大位移為0.92 mm，而普通混凝土整體式外墻板的變形與之類似，最大位移為1.20 mm?？梢娤噍^夏季耦合工況，冬季耦合工況作用下整體式外墻板變形量更大，這一方面是因?yàn)楸疚乃紤]的冬季室內(nèi)外溫差較夏季更大，另一方面是因?yàn)槎撅L(fēng)荷載更大，但總體而言整體式外墻板在正常工作狀態(tài)下的變形量十分有限，尤其是墻板邊緣處的變形量較墻板中部則更小，因此在設(shè)計(jì)整體式外墻板邊緣啟口尺寸時(shí)，無(wú)需考慮外墻板變形導(dǎo)致的墻板彼此間擠壓。陶?；炷琳w式外墻板的鋼筋網(wǎng)應(yīng)力分布如圖7(b)所示，外表面?zhèn)蠕摻罹W(wǎng)應(yīng)力相對(duì)較高，以受壓為主，最大應(yīng)力為46.7 MPa，而普通混凝土整體式外墻板的鋼筋網(wǎng)應(yīng)力分布與之類似，最大應(yīng)力為51.2 MPa?？梢娤噍^夏季耦合工況，冬季耦合工況作用下整體式外墻板鋼筋網(wǎng)受壓應(yīng)力有所提高，而受拉應(yīng)力則依然處于低應(yīng)力狀態(tài)，不會(huì)引起外墻板混凝土因受拉而開裂。

圖7 冬季耦合工況作用下整體式外墻板力學(xué)性能

3 摻量及墻厚影響分析

對(duì)比上文夏冬兩季耦合工況分析結(jié)果可見，冬季耦合工況下陶?；炷琳w式外墻板的變形量更大、鋼筋網(wǎng)應(yīng)力也更高，且冬季的室內(nèi)外溫差相對(duì)更大，相比而言冬季耦合作用工況更為不利，故本節(jié)僅分析冬季室內(nèi)外溫差和風(fēng)荷載耦合作用工況。

分析不同玻化微珠摻量的影響，研究摻量變化范圍為0%～50%。取整體式外墻板厚度為100 mm，室內(nèi)溫度為20℃，室外溫度分別為-10℃，風(fēng)速為13.8 m/s。作用4 h后，墻板厚度方向平均熱通量隨摻量變化曲線如圖8(a)所示，更多?；⒅榈膿饺霚p少了墻板厚度方向的熱量傳遞，進(jìn)而導(dǎo)致室內(nèi)溫度降低值更低，內(nèi)表面中點(diǎn)的溫度降低值隨摻量變化曲線如圖8(b)所示，可見隨著?；⒅閾搅康脑龃螅瑑?nèi)表面中點(diǎn)的降溫幅度逐漸縮小，陶?；炷琳w式外墻板保溫隔熱性能逐漸增強(qiáng)。當(dāng)摻量超過(guò)30%后，降溫值小于1℃并逐漸趨于平衡，故建議在工程應(yīng)用中?；⒅閾搅坎怀^(guò)30%。外墻板最大位移隨摻量變化曲線如圖8(c)所示，鋼筋網(wǎng)最大應(yīng)力隨摻量變化曲線如圖8(d)所示，隨著?；⒅閾搅康脑龃?，墻板傳遞熱量降低，墻板的整體位移響應(yīng)、應(yīng)力響應(yīng)均隨之降低。

圖8 摻量和厚度的影響

分析不同整體式外墻板厚度的影響，研究厚度變化范圍為100 mm～200 mm。取?；⒅閾搅繛?0%，室內(nèi)溫度為20℃，室外溫度分別為-10℃，風(fēng)速為13.8 m/s。作用4 h后，墻板厚度方向熱通量平均值隨墻厚變化曲線如圖8(a)所示，更厚的墻板減少了墻板厚度方向的熱量傳遞，進(jìn)而導(dǎo)致室內(nèi)溫度降低幅度更低，內(nèi)表面中點(diǎn)的溫度降低值隨墻厚變化曲線如圖8(b)所示，可見隨著墻厚的增大，內(nèi)表面中點(diǎn)的降溫幅度逐漸縮小，陶?；炷琳w式外墻板保溫隔熱性能逐漸增強(qiáng)，但相對(duì)玻化微珠摻量而言，墻厚對(duì)外墻板保溫隔熱性能的影響并不顯著，故建議在工程應(yīng)用中優(yōu)先采用厚度小的陶?；炷琳w式外墻板。由圖8(c)所示可知，采用厚度小的陶?；炷琳w式外墻板會(huì)引起更大的墻板變形，但總體而言變形量依然較小，不會(huì)影響陶粒混凝土整體式外墻板的正常時(shí)用。而由圖8(d)所示可知，墻厚的變化在一定程度上也會(huì)影響鋼筋網(wǎng)最大應(yīng)力，但變化幅度不大。

4 結(jié) 論

本文通過(guò)對(duì)陶粒混凝土整體式外墻板進(jìn)行室內(nèi)外溫差和風(fēng)荷載耦合作用下的工作性能進(jìn)行數(shù)值模擬分析，得出以下結(jié)論：

(1) 夏季室內(nèi)外溫差和風(fēng)荷載耦合作用下，陶?；炷琳w式外墻板外表面溫度相對(duì)普通混凝土更高，而內(nèi)表面溫度則相對(duì)更低，陶?；炷镣鈮Π宓臒嵬棵黠@低于普通混凝土外墻板，相比普通混凝土外墻板，陶粒混凝土外墻板可將熱量更為有效地阻隔在室外，在夏季外熱內(nèi)涼的環(huán)境下具有更好的隔熱性能。整體式外墻板變形量很小，墻板鋼筋網(wǎng)處于低應(yīng)力狀態(tài)。

(2) 冬季室內(nèi)外溫差和風(fēng)荷載耦合作用下，陶?；炷琳w式外墻板外表面溫度相對(duì)普通混凝土更低，而內(nèi)表面溫度則相對(duì)更高，相比普通混凝土外墻板，陶粒混凝土外墻板可將熱量更為有效地保留在室外，在冬季外冷內(nèi)暖的環(huán)境下具有更好的保溫性能。整體式外墻板變形量及鋼筋網(wǎng)應(yīng)力相比夏季耦合作用下有所增大，但依然較小，無(wú)需考慮外墻板變形導(dǎo)致的墻板彼此間擠壓和外墻板混凝土因受拉而開裂的問(wèn)題。

(3) ?；⒅榈膿搅恐苯佑绊懱樟；炷镣鈮Π宓墓ぷ餍阅?，隨著摻量的增大，陶?；炷琳w式外墻板保溫隔熱性能逐漸增強(qiáng)，當(dāng)摻量超過(guò)30%后，增強(qiáng)趨勢(shì)不明顯，故建議在工程應(yīng)用中?；⒅閾搅坎怀^(guò)30%。而且隨著摻量的增大，墻板的整體位移響應(yīng)、應(yīng)力響應(yīng)均隨之降低。相對(duì)?；⒅閾搅慷?，墻厚對(duì)外墻板保溫隔熱性能的影響并不顯著，故建議在工程應(yīng)用中優(yōu)先采用厚度小的陶粒混凝土整體式外墻板。