張秀華 李月嬌 李思雨

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150040)

建筑業(yè)作為國(guó)家支柱產(chǎn)業(yè)，在滿足社會(huì)需求、促進(jìn)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)也消耗大量的資源，導(dǎo)致了環(huán)境污染和氣候變暖等負(fù)面影響。從全球來(lái)看，建筑能耗占總能耗的29.74%，而在建筑能耗中，通過(guò)外墻耗散的熱量占建筑總熱量的40%左右，是氣候相近國(guó)家的2倍～3倍。因此提高外墻的保溫隔熱性能迫在眉睫，開發(fā)節(jié)能建筑墻體對(duì)推動(dòng)節(jié)能發(fā)展具有重要意義。結(jié)合國(guó)家對(duì)綠色建材的重視與推廣，本文主要對(duì)冷彎薄壁型鋼組合墻體的傳熱性能進(jìn)行總結(jié)研究。

1 組合墻體傳熱性能研究現(xiàn)狀

組合墻體主要由型鋼骨架與覆面板組成，通過(guò)ST4.8級(jí)自攻螺釘連接，中間空腔用巖棉填充而成。根據(jù)覆面板材料不同，組成結(jié)構(gòu)也有所不同。常見的覆面板有稻草板、石膏板、OSB板、膠合板與竹板等。

1.1 國(guó)外研究

國(guó)外對(duì)組合墻體的傳熱性能研究起步早比較成熟。Jeffrey E等［1］通過(guò)耐候試驗(yàn)和耐腐蝕測(cè)試，研究腹板開孔輕鋼龍骨墻體的耐久性能，得出結(jié)論:腹板開孔后可以有效的減少墻體的熱量損失，減少局部熱橋現(xiàn)象。Kosny J等人［2］對(duì)輕鋼龍骨組合墻體進(jìn)行了標(biāo)定熱箱試驗(yàn)和有限元模擬分析，得出結(jié)論:龍骨的布置形式和龍骨比重對(duì)墻體熱阻影響程度較大。并在此基礎(chǔ)上提出使用隔熱材料包裹龍骨可以有效減小復(fù)合墻體中熱橋效應(yīng)。在此基礎(chǔ)上Syed A M和Kosny J［3］通過(guò)分區(qū)法計(jì)算并對(duì)比了龍骨比重分別為5%，8%，11%與14%時(shí)鋼龍骨與木龍骨墻體的熱阻。結(jié)果表明:隨著墻體中龍骨比重的提升，墻體熱橋影響增大，墻體保溫性能顯著下降。Lassue S等［4］將腹板開孔的輕鋼龍骨墻體熱損失簡(jiǎn)化方程植入計(jì)算機(jī)程序，并提出一種新型可視化熱橋的紅外熱成像法用于計(jì)算熱損量。

1.2 國(guó)內(nèi)研究

我國(guó)對(duì)組合墻體傳熱性能研究雖然起步晚、基礎(chǔ)差，但經(jīng)過(guò)科研人員的不斷鉆研并通過(guò)借鑒發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，在該方面也已經(jīng)取得了巨大進(jìn)步。

顏於滕［5］利用標(biāo)定熱箱試驗(yàn)法和ABAQUS有限元分析軟件對(duì)腹板開孔的輕鋼龍骨進(jìn)行保溫性能分析，并提出應(yīng)用于腹板開孔組合墻體傳熱系數(shù)的計(jì)算公式。楊華等［6］采用有限元分析軟件對(duì)腹板開孔后截面參數(shù)對(duì)輕鋼復(fù)合墻體傳熱性能的影響進(jìn)行分析。截面參數(shù)包括龍骨幾何尺寸、孔洞參數(shù)、覆面石膏板與外加苯板厚度等。研究表明:腹板高度、孔洞排數(shù)、孔洞長(zhǎng)度及苯板厚度是影響腹板開孔輕鋼龍骨墻體傳熱性能的主要參數(shù)。武勝等［7］采用熱電偶測(cè)溫法對(duì)腹板開孔、帶外保溫層腹板開孔輕鋼龍骨組合墻體傳熱性能試驗(yàn)研究。結(jié)果表明:兩種墻體傳熱系數(shù)為0.315W/(m2·K)，0.250 W/(m2·K)，可以滿足我國(guó)寒冷地區(qū)規(guī)范要求。李玉順等［8］對(duì)鋼—竹組合墻體試件進(jìn)行傳熱性能試驗(yàn)研究，得到該組合墻體傳熱系數(shù)約為0.387 W/(m2·°C)，具有良好的保溫效果，復(fù)合嚴(yán)寒地區(qū)居住建筑的傳熱系數(shù)限值要求。

2 組合墻體傳熱性能影響因素

冷彎薄壁型鋼組合墻體因其強(qiáng)度高，自重輕等優(yōu)點(diǎn)，廣泛被應(yīng)用到住宅的主要承重部分。本文通過(guò)總結(jié)前人對(duì)冷彎薄壁型鋼組合墻體進(jìn)行的試驗(yàn)探究和有限元模擬分析，得出影響組合墻體傳熱性能主要因素:

1)型鋼截面尺寸，包括型鋼腹板高度、厚度和翼緣寬度;

2)龍骨比重、龍骨間距;

3)型鋼形式及布置位置;

4)型鋼腹板開孔參數(shù)，包括開孔排數(shù)、孔洞長(zhǎng)度、孔洞寬度及孔洞縱向間距;

5)組合墻體是否外加苯板;

6)覆面板的種類、導(dǎo)熱系數(shù)及保溫性能。

3 冷彎薄壁型鋼—稻草板組合結(jié)構(gòu)

我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國(guó)，有著豐富的秸稈資源，稻草秸稈每年生產(chǎn)數(shù)量大體上3億t。但因?yàn)榇迕竦难h(huán)利用意識(shí)低，大多數(shù)秸稈成為了村民的生活燃料或在田間焚燒，不僅造成資源浪費(fèi)，也污染環(huán)境。如能將其充分利用，不僅可解決焚燒秸稈帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題且發(fā)揮稻草秸稈生產(chǎn)周期短、利用率高、成本低的優(yōu)勢(shì)。因此從利用效率和利用成本的角度出發(fā)，稻草板在綠色建筑領(lǐng)域中具有很大的發(fā)展空間。

3.1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

Khedari J和Suttisonk B［9］對(duì)稻草秸稈和無(wú)機(jī)膠結(jié)合材料應(yīng)用于建筑保溫中進(jìn)行了大量的研究，提出使用不同的農(nóng)業(yè)廢棄物可以提高建筑的保溫性能，其中稻草秸稈的效果最為明顯，可以發(fā)展成為一種新型的輕質(zhì)建筑保溫材料。

稻草板具有綠色環(huán)保、保溫隔熱和隔音降噪等諸多特點(diǎn)。張秀華等［10］對(duì)壓型鋼板—稻草板組合樓蓋進(jìn)行了力學(xué)性能試驗(yàn)，得出壓型鋼板—稻草板組合樓蓋具有良好的承載力，力學(xué)性能可以滿足建筑結(jié)構(gòu)樓蓋的要求。楊景程［11］對(duì)冷彎薄壁C型鋼—稻草板組合墻體的力學(xué)性能進(jìn)行試驗(yàn)研究。研究結(jié)果表明:薄壁型鋼和稻草板可以協(xié)同工作，具有良好的抗剪承載力。

可見鋼—稻草板組合結(jié)構(gòu)充分發(fā)揮了二者的優(yōu)勢(shì)，是一種良好的綠色建筑結(jié)構(gòu)。該組合結(jié)構(gòu)具有輕質(zhì)高強(qiáng)延性好、抗震性能優(yōu)良、整體性好、節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)。

3.2 組合墻體傳熱性能研究建議

該組合墻體的力學(xué)性能已經(jīng)得到了試驗(yàn)證明，但目前對(duì)其傳熱性能研究未見成熟報(bào)道。建議主要對(duì)其進(jìn)行三個(gè)方面的研究:

1)截面參數(shù)對(duì)組合墻體傳熱性能的研究，包括型鋼腹板高度、厚度以及翼緣寬度;

2)型鋼開孔參數(shù)的影響，包括開孔縱向間距、橫向間距、孔洞長(zhǎng)度以及孔洞寬度;

3)對(duì)該組合墻體的傳熱系數(shù)進(jìn)行公式的修正;以及該結(jié)構(gòu)保溫性、經(jīng)濟(jì)性能研究。

4 結(jié)語(yǔ)

目前，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)于冷彎薄壁型鋼組合墻體的傳熱性能已進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究并取得了階段性的成果。由于其覆面板材的多樣性，組合結(jié)構(gòu)的保溫性有較大不同，稻草板作為綠色建筑材料，有較大的發(fā)展空間。稻草板作為覆面板時(shí)，組合墻體的傳熱性能的研究應(yīng)進(jìn)一步探索。