裝配式鋁合金墻體設計開發研究

曹善鵬 沈亞超 曹志賢 唐鴻洋 孫 巍

（遼寧忠旺集團有限公司，遼寧 遼陽 111003）

裝配式建筑部品中，墻體所占比例約70%，其性能直接影響了裝配式建筑的推廣與發展。石川以硅鈣板為兩側面板，面板間澆筑泡沫混凝土，制備出泡沫混凝土復合夾芯墻板[1]。北京某公司研發了一種由發泡水泥芯材、框架及上下面層復合而成的保溫裝配式墻體—太空板，其厚度幾乎就是保溫層厚度[2]。萊鋼建設集團將高強度冷拔鋼絲焊成三維空間網架，中間填充聚苯乙烯泡沫塑料作為保溫層，雙面澆筑細石混凝土作為保護層開發了LCC-C輕質保溫復合墻板[3]。市場上具有隔熱保溫、隔音、防火、裝飾一體化功能的輕質裝配式墻體很少。本工作設計開發了一種裝配式鋁合金墻體，對推進裝配式建筑發展具有一定的意義。

1 鋁合金墻體組件設計

本文以框架與板相互支撐、定位為墻體構造思路，采用插接與螺接相結合的連接方式固定墻體材料。整個墻體由鋁合金框架、連接件、鋁合金蜂窩板、隔熱隔音巖棉及鋁合金裝飾扣蓋組合而成。

1.1 鋁合金蜂窩板

鋁合金蜂窩板是以蜂窩結構為芯層的蜂窩夾層板，由于其獨特的結構在同等體積的其他材料中質量最輕且整體穩定性好，還具有隔音隔熱性能。其表面處理可采用陽極氧化、粉末噴涂及木紋轉印等工藝，便于滿足墻體的節能裝飾一體化要求。

1.2 墻體框架

墻體框架采用鋁型材，包括墻體邊框、立梃及橫梁。型材兩側設置方形通槽，中間外緣設有安裝槽口，安裝時鋁合金蜂窩板插入墻體框架的方形通槽內。墻體邊框與主體結構梁、柱采用自攻自鉆螺釘連接，當墻體承受平面外荷載作用時，最終通過墻體框架將所受荷載傳遞給主體結構，因此墻體框架型材的力學強度、質量、斷面決定了墻體的承載能力。按《鋁合金結構設計規范》（GB50429-2007）[4]和《鋁合金建筑型材》（GB5237-2008）[5]規定進行墻體用鋁合金型材強度設計。型材的尺寸偏差按GB/T14846-2008選取高精級，以保證鋁合金墻體構件的加工精度和配合要求。

1.3 墻體框架連接件

墻體邊框、立梃及橫梁通過連接件連接成框架，本文設計一種采用U型鋁槽連接的連接構造，參看圖1。U型鋁槽底壁嵌入墻體邊框的安裝槽口內，兩翼緣垂直插入被連邊框或立梃一端空腔并與空腔內壁配合，安裝間隙0.5～1mm。U型鋁槽為受彎構件，寬厚比應不超過規定的限值，參考《鋁合金結構設計規范》（GB50429-2007）[4]和《冷彎薄壁型鋼結構技術規范》（GB50018-2002）[6]，連接件采用6063-T4鋁合金寬厚比限值為21.5。

圖1 U型鋁槽三維結構

1.4 裝飾扣蓋

按國家標準《鋁合金建筑型材》（GB5237-2008）的規定選取6063-T5鋁合金作為裝飾扣蓋的使用材料。鋁合金型材可進行陽極氧化、木紋轉印及粉末噴涂等多種表面處理，其色彩選擇多樣化。在墻體設計過程中，根據建筑的整體設計理念和室內環境的風格選擇合適的室內外色調，從而滿足建筑對內外裝飾效果的需求。

1.5 巖棉

隔熱隔音性是衡量墻體整體性能的重要指標，本文設計的墻體選用巖棉作為保溫隔熱的主要材料，填充于墻體內部，參看表1巖棉性能參數。其具有極強的保溫防火性能，大量細長纖維形成的多孔結構有助于墻體吸音降噪，化學性質穩定，不會被腐蝕或產生霉菌。

表1 巖棉性能參數

2 連接構造

本文開發的鋁合金墻體采用插接與螺接相結合的連接方式連接墻體材料，不僅適用于現場組裝，也可以工廠預制。運至現場的預制墻體與主體結構框架采用自攻自鉆螺釘連接，然后扣上裝飾扣蓋，參看墻體連接構造剖視圖2。墻體邊框、立梃及橫梁通過U型鋁槽連接成框架，雙層鋁合金蜂窩板鑲嵌在框架的方形通槽內，巖棉填充于兩側鋁合金蜂窩板之間的空腔內。本文所設計的墻體防火等級：A級不燃。不考慮墻體框架，墻體實際厚度約90mm，墻體面密度40～70kg/m2。當有布置管線要求時，可在現場組裝過程中，在墻體框架空腔內布設有線纜管，并將有線纜管穿透前、后鋁合金蜂窩板中間的巖棉。

圖2 墻體連接構造

3 結語

本文提出的裝配式墻體以鋁合金材料為主，采用螺接與插接相結合的連接方式連接墻體材料，適用于現場組裝也可工廠預制，滿足裝配式建筑對墻體材料輕質及節點安裝快捷的要求。墻體框架采用鋁型材，蜂窩板鑲嵌于框架方形通槽內不但配合穩固，而且受力平衡，大大提高了墻體的整體牢固度；雙層鋁合金蜂窩板夾巖棉結構雙重保證了墻體的保溫隔熱、隔音性能。型材內腔可布設有線纜管，并將有線纜管穿透中間的巖棉，可滿足實際使用需求。