ALC 墻板作為遮陽構件的創新應用

謝偉昌

（廣東省建科建筑設計院有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

蒸壓輕質加氣混凝土（autoclaved lightweight concrete, ALC）墻板，主要生產原材料為鈣質和硅質，半個世紀以前已經在國外開始普及和使用，應用技術相對成熟，其主要優點有耐火耐寒、質量輕盈、安裝簡易、節能環保、可釘可鑿及價格低廉等，因此在建筑生產活動中常作為圍護墻及內隔墻的筑建材料，是一種可持續發展的綠色建筑材料。

我國南方地區以熱帶亞熱帶季風氣候為主，全年氣溫較高，太陽直射時間長，使得建筑在使用過程中的能耗較高，在目前節能及綠色建筑理念的倡導下，建筑設計中常用的降耗手段為設置遮陽措施。根據相關研究[1]，建筑遮陽是指通過設置遮陽構件防止太陽光直射建筑外墻或室內，防止炫光并有效減少室內得熱，現代主要的遮陽形式有水平遮陽、垂直遮陽、綜合式遮陽及擋板式遮陽，目前我國遮陽構件主要采用鋼筋混凝土、砌體砌塊或鋁合金百葉進行制作，有材料成本大、人工費用高及施工時間長等缺點。本文通過結合實際案例，提出ALC 墻板作為垂直式遮陽措施，并分析其可行性和優良性，為裝配式建筑實際設計及施工提供進一步的借鑒。

1 應用項目

本次應用項目為廣東某教育建筑項目，建筑功能為教學樓，地上5 層，首層層高4.5m，2～5 層層高4.0m，總建筑面積約為18680m2，建筑高度為22.89m，主體結構采用為框架結構，按裝配式建筑進行設計及施工。

教學樓采用回字形布局，主要房間為大開間課室，為確保使用過程中不產生炫光和保證室內溫度，外立面設計中采用了大面積的垂直遮陽造型措施。裝配式ALC 遮陽板平面布置如圖1 所示。在傳統施工工藝中，這種通高的垂直遮陽板一般采用鋼筋混凝土進行施工，但因其布置較為密集并設有一定的角度，模板搭接和澆筑難度大、產生的人工費用高、損耗時間長及容易產生較多的建筑垃圾，不符合綠色建筑的設計理念。而ALC 墻板作為一種裝配式建筑構件，可根據設計者要求的尺寸規格預先在車間生產加工后運送到場地進行安裝，安裝工藝為干作業，材料表面光滑，飾面層免抹灰，施工速度快且產生的建筑垃圾較少，對環境保護有一定的積極作用。ALC 遮陽板安裝實景如圖2 所示。因此，本項目決定采用ALC 墻板作為遮陽板的施工材料，經過施工過程中的不斷優化，此設計方案成功落地，為ALC 墻板作為遮陽構件的創新應用提供了一次實際案例。廣東某教育建筑項目建成實景如圖3、圖4 所示。

圖1 裝配式ALC 遮陽板平面布置（單位：mm）

圖2 ALC 遮陽板安裝實景

圖3 廣東某教育建筑項目建成實景（一）

圖4 廣東某教育建筑項目建成實景（二）

2 性能

本應用項目的垂直遮陽構件為設置在建筑外立面的裝飾構件，擁有一定的數量、體積及質量，為確保ALC 墻板能滿足建筑使用安全要求，應用項目主要采用200mm 厚ALC 墻體作為遮陽措施，并對其主要安全性能進行檢測，主要包括風荷載受力分析、抗震設計、保溫性能及耐火性能。

2.1 風荷載受力分析

因南方地區臺風天氣較多，作用于ALC 遮陽板主要水平作用力為風荷載，設計中需充分考慮在此作用力下ALC 遮陽板不會發生彎曲變形導致破壞。應用項目選取規格為4.23m×0.6m×0.2m[高（L）×寬（B）×厚（H）]的ALC 墻板作為實驗對象，于板厚方向受風荷載，ALC遮陽板風荷載受力分析如圖5 所示。板材的強度等級為A5.0 級，鋼筋級別為HPB235，縱向受拉鋼筋的強度設計值fy為210N/mm2，邊界條件為上邊及下邊進行簡支固定，左邊及右邊為自由端，風荷載標準值按30m 標高取值，根據國家標準規范要求進行計算后[2]，板材的抗彎承載力、剪承載力及撓度均滿足規范要求。

圖5 ALC 遮陽板風荷載受力分析（單位：mm）

2.2 抗震設計

地震是危及建筑使用安全的重要因素，現我國建筑設計中需嚴格執行抗震設防的規定，滿足3 個水準設防目標，即“小震不壞，中震可修，大震不倒”，因此，不僅主體結構構件需滿足規范要求，其余功能性或裝飾性構件也應滿足抗震設計要求。遮陽板設置于建筑外立面，若地震作用下產生破壞導致墜落，必然會對人民生命財產產生嚴重威脅。相比現澆鋼筋混凝土容易受現場、天氣、人工技術及材料配比等眾多不利因素的影響，預制式ALC 墻板能于環境更優越的車間中進行生產，其制作過程及養護條件能得到嚴格控制，使其表現出良好的均質性和致密性，有利于抵抗地震時的各種形式的力的作用。由于其內部泡沫結構的存在，還具有很好的輕質化特性，從而做到質量輕而強度高，在地震力作用下，可以承受更大的荷載。同時，ALC 墻板本身的彈性模量適中，易于在地震時產生一定的變形和滯回力，從而緩和震動對建筑物的影響。

另外，為進一步提升ALC 遮陽板在抗震作用，應用項目中的ALC 遮陽墻板與主體結構之間采用柔性連接，連接構造考慮了在確保節點強度的可靠性、安全性的基礎上，同時保證ALC 墻板連接節點在平面內的延性。墻板側邊及頂部與鋼筋混凝土墻、柱、梁、板等主體結構連接處應預留15～20mm 縫隙，縫寬滿足結構設計的要求[3]，能適應較大的層間角變位，對抗震設計起到積極的作用。

2.3 保溫性能及耐火性能

垂直遮陽板作為建筑遮陽隔熱的主要構件，自身的熱工學性能也尤為重要。傳統的現澆鋼筋混凝土因其內部含有大量的粗骨料和鋼筋，自身容易形成熱橋使熱量快速傳遞至建筑內部，不利于隔熱和保溫。反觀ALC 遮陽板，其內部有眾多微小氣孔，在材料中可形成靜空氣層，使其具有很好的保溫隔熱性能，以200mm 厚ALC 板材為例，其傳熱阻R0為1.02（m2·K）/W，傳熱系數K 為0.98W/（m2·K），比同厚度的現澆鋼筋混凝土更為優秀，滿足節能設計要求。

ALC 遮陽板是硅酸鹽材料，是優秀的不燃建筑材料。即使遮陽板周圍發生火災事故，由于其熱導率低及熱阻率高的特性，令其不易受到高溫的影響，從而能夠保持穩定的性能。100mm 厚的墻板耐火極限為3.75h，150mm 厚的墻板耐火極限為5.75h，100mm 厚的墻板耐火極限為8.00h，均能滿足民用建筑的一級耐火等級設計要求。

3 其他設計要點

3.1 連接節點設計

ALC 墻板為裝配式預加工墻板，在實際項目中應盡量以600mm 或其倍數進行模塊化設計，盡可能減少非標準的尺寸產生，這樣能減少現場切割的數量，大大提升工作效率及減少造價。在節點設計中，ALC 遮陽板在首層及二層采用管板工法連接（圖6、圖7），三層及以上采用角鋼螺栓工法（圖8），ALC 板底與主體結構之間的座漿以及板材與板材之間灌縫采用水泥砂漿灌注，然后采用ALC 板專用填縫材料將八字口補平，確保遮陽板的外表面完整且美觀。 ALC 遮陽板轉角接縫工法如圖9 所示。根據應用項目的實踐證明，上述節點設計有利于提高遮陽板的安裝效率并確保安全性，比傳統工藝有較為突出的優勢。

圖6 首層ALC 遮陽板管板工法（單位：mm）

圖7 二層ALC 遮陽板管板工法（單位：mm）

圖8 ALC 遮陽板角鋼螺栓工法（單位：mm）

圖9 ALC 遮陽板轉角接縫工法

3.2 施工安裝要點

ALC 遮陽板作為建筑外立面的主要構件，其表面裝飾層面磚裝飾可與板材一同在工廠整體預制，到達施工現場后可實現整體快速安裝，節省現場人工抹灰、修補等環節，因此施工及管理質量直接決定建筑外立面的呈現效果。各參建單位需對ALC 墻板的運輸、吊裝和堆放進行嚴格的監管，運輸板材應采用專人專車運送，裝卸時利用專門的工具，避免板材受到吊裝工具的損傷；擺放時輕拿輕放，并采取可靠捆緊措施，防止顛簸或磕碰導致墻板破壞；板材運輸進場時，建設單位、施工單位及監理單位需共同進行接收，對未有檢測報告或發生表面破損的板材進行退場處理，確保滿足設計要求；現場堆放時，場地應平整，兩端應設置墊木，堆放時每層高≤1m，垛高≤2m[4]；露天堆放時宜采用塑料布等覆蓋措施，防止污染。嚴格遵守上述施工安裝要點，能幫助項目做到省時、省力、省造價。

根據相關研究[5]，ALC 墻板在安裝或養護不當時容易造成裂縫，因此施工前應仔細閱讀設計圖紙，組織員工培訓，對設置不合理的地方進行優化，現場盡可能減少板材切割的情況發生，并在安裝前復核板材尺寸和實際尺寸，使用專用工具設備安裝外墻板；當墻板上有油污時，應在安裝前將其清除；墻板應考慮施工順序，施工順序對節點構造有一定影響，還應考慮施工操作的方便和安全，如便于脫鉤、就位、臨時固定、灌縫和疊合梁現澆部分的施工順序；ALC 墻板安裝完畢后，應對缺棱掉角部位進行修補，修補材料應采用ALC 板專用修補材料。

4 結語

在國家大力倡導發展裝配式建筑的背景下，廣東某教育建筑項目利用ALC 墻板作為遮陽板的實例，展示了此工藝能縮短工期、減少環境污染及提升工人收入等優勢，在確保建筑完成度的同時產生了較好的示范效益及經濟效益，為ALC 墻板的實用性提供更廣泛的思路。