Study on Thermal Insulation Performance of New Lightweight Supported Shear Wall
张婷 ZHANG Ting
（广东理工学院，肇庆 526000）
（Guangdong Polytechnic College，Zhaoqing 526000，China）
摘要：钢筋混凝土剪力墙结构被广泛用于高层和超高层建筑，具有较高的承载力及抗震性，为了减少施工现场的环境及噪声污染，近年来装配式剪力墙结构成为国内外学者的研究重点。但是现浇剪力墙存在施工工期长、环境及噪声污染等缺点；而且传统预制剪力墙自重较大，既增加了结构本身荷载，又给施工和吊装带来不便。因此，本文提出一种新型装配式轻质支撑剪力墙，即将实体RC剪力墙的墙体受力最小的部分用较小的截面斜撑代替,可以在一定程度上减轻构件自重，减小地震作用。为了满足建筑节能的目标，本文对新型轻质支撑剪力墙保温性能进行研究。
Abstract: The reinforced concrete shear wall structure is widely used in high-rise and super high-rise buildings. It has high bearing capacity and earthquake resistance. In order to reduce the environment and noise pollution at the construction site, the assembled shear wall structure has become a research focus of scholars at home and abroad. However, the cast-in-place shear wall has shortcomings such as long construction period, environment and noise pollution; and the traditional prefabricated shear wall has a large self-weight, which not only increases the load of the structure itself, but also brings inconvenience to construction and lifting. Therefore, this paper proposes a new type of assembled lightweight support shear wall, that is, the part with the least force of the wall of the solid RC shear wall is replaced by a smaller cross-section diagonal bracing, which can reduce the weight of the component to a certain extent and reduce earthquake effect. In order to meet the goal of building energy conservation, this paper studies the insulation performance of the new lightweight supporting shear wall.
关键词：新型；轻质支撑剪力墙；保温性能；研究
Key words: new type；lightweight supporting shear wall；thermal insulation performance；research
中图分类号：TU761.1+2 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）35-0156-02
0 引言
我国的人均能源资源较少，国民经济的迅速发展使得我国的能源形式趋紧。建筑能耗在总能耗中占有很大的比例（27.6%）[1]，近年来，建筑业的蓬勃发展使得建筑能耗量不断增加，因此，建筑节能在我国已是迫在眉睫。建筑节能的基础是墙材革新[2]，为了满足建筑节能的目标，进行墙材革新是最为有效的措施。所以国内外都在墙材革新上进行了大量的研究和实践。
面对能源紧缺的问题，我国政府颁布了《中华人民共和国节约能源法》。各级政府也大力倡导建筑节能，相继出台了适用于当地的建筑节能设计标准，并保证该标准的贯彻和执行。
1 轻质支撑剪力墙的一般构造
轻质支撑剪力墙是在由边缘构件、斜撑和墙身三部分连接成整体后预制而成，将墙体受力最小的部分用较小的截面斜撑代替，可以大幅度减轻构件自重。在剪力墙界面连接处，墙体做成“凸”字型企口，增强其抗剪能力。上下剪力墙预留竖向受力钢筋，采用机械连接或焊接连接的方法；剪力墙两侧采用U型环筋扣合锚接。
本课题组采用OpenSees对某县的一个工程实例中的一片实体剪力墙进行建模，通过数值模拟研究其受力性能。并以工程实例中的实体剪力墙为基础，采用OpenSees建立轻质支撑剪力墙有限元模型，对其进行数值模拟分析，得到其滞回曲线、骨架曲线及特征值，研究其是否满足抗震设计要求，并与实体剪力墙的抗震性能进行了对比分析，结果表明二者具有相当的抗震性能[3]。
所取的轻质支撑剪力墙墙体长3000mm，高4200mm，宽200mm，洞口取上部保留墙体的高度为a，下部保留墙体的高度为c，洞口宽度为e，■支撑的倾角α≤70°，优化的支撑截面为200mm×300mm，如图1所示。可选用厚度为200mm的填充墙作为墙体材料，布置于墙体与支撑之间的洞口内。同时，为了减少施工现场保温层布置的工序，在预制墙体时直接在外墙表面布置防水保温层，从而解决了外墙保温施工麻烦等问题。
从国内外学者研究可知，加气混凝土砌块是强度高、保温隔热性好、质量轻、可加工性强的一种新型墙体材料，并作为墙体材料在多层、高层和加层建筑中被广泛应用。为了达到良好的隔热性及满足轻质的要求，所以，本文建议在轻质支撑剪力墙洞口中使用加气混凝土砌块做填充墙体。
2 建筑节能设计计算
2.1 建筑热工设计的概念
①建筑体形系数（S）：建筑物与室外大气接触面积与其所包围的体积的比值。
②维护结构传热系数（K）：在维护结构两侧空气温差为1K的情况下，在单位时间内通过单位面积维护结构的传热量，单位：W/（m2·K）。
③热惰性指标（D）：表征维护结构对温度波衰减快慢程度的无量纲指标，单一维护结构，D=RS；多层材料维护结构，D=∑RS。式中R为维护结构材料层的传热阻，S为相应材料层的畜热系数。D值越大，温度波在其中衰减越快，维护结构的热稳定性越好。
④热桥（冷桥）：维护结构中包含金属、钢筋混凝土或混凝土梁、柱、肋等部位，在室内外温差作用下，形成热流密集、内表面温度较低（高）的部位。这些部位形成传热的桥梁，故名热桥（冷桥）。
2.2 轻质支撑剪力墙轻质墙体部位的传热系数计算（不考虑窗户及热桥）
多层平壁的传热系数：
■（1）
式中Mi——内表面热绝缘系数，取0.11（m2·K/W）；
Me——外表面热绝缘系数，取0.04（m2·K/W）；
δk—第k层材料的厚度（m）；
λk—第k层材料的导热率W/（m·K）。
加气混凝土砌块的导热系数为λ＝0.20W/（m·K），则200mm厚的加气混凝土砌块的传热系数
■=0.87W/（m2·K）。
2.3 轻质支撑剪力墙墙体传热性能分析
2.3.1 外墙平均传热系数的计算公式
外墙受周边热桥的影响，其平均传热系数应按下式计算：
■
（2）
式中Km—外墙平均传热系数[W/（m2·K）]；
Kp—外墙主体部位传热系数[W/（m2·K）]；
KB1、KB2、KB3—外墙周边热桥部位的传热系数[W/（m2·K）]
如图2所示：Fp—外墙主体部位的面积（m2）；FB1、FB2、FB3—外墙周边热桥部位面积（m2）。
2.3.2 轻质支撑剪力墙与实体剪力墙墙体传热比较
本课题组选取的轻质支撑剪力墙如图3所示。
填充墙部位的传热系数已计算出：Kp=0.87W/（m2·K），
面积■
热桥部位的传热系数：
■
面积FB1=3×4.2-2.322=10.278mm2
则由式（2）得到，
■
计算结果表明：该轻质支撑剪力墙墙体的平均传热系数为Km＝3.24W/（m2·K），此轻质支撑剪力墙墙体的平均传热系数不满足规范，因此，本文建议，要想达到保温效果，需要在轻质支撑剪力墙的外墙表面贴上保温墙板。
如果在墙体外表面贴上厚度为50mm厚的聚苯板，该轻质支撑剪力墙墙体的平均传热系数为Km＝0.625W/（m2·K）。
为了达到墙体的平均传热系数为Km＝0.625W/（m2·K），实体剪力墙外表面需要贴上厚度60mm的聚苯板。
3 结论
①填充墙可选用加气混凝土砌块，满足隔热性能好、强度高、抗震、隔音、节省能源、轻质、环保的要求。
②通过对轻质支撑剪力墙墙体的节能分析，需要在墙体表面贴上保温板，与实体剪力墙相比，达到同样的隔热性，轻质支撑剪力墙贴的保温板比实体剪力墙要薄，说明轻质支撑剪力墙的隔热性能比实体剪力墙墙体的隔热性能好。
参考文献：
[1]涂逢祥.建筑节能形式与政策建议[J].建筑节能，2006，45：33-34.
[2]顾真安.墙材革新：建筑节能之基础[J].高层论坛，2006（01）：16-18.
[3]杨靖．新型装配式轻质人字支撑抗震墙抗震性能分析[D].河南：郑州大学，2016. |
