泡沫混凝土夹芯叠合板设计及热工计算.pdf

3 2 低温建筑技术 2 0 1 5年第 1 1 期 ( 总第 2 0 9期 ) I ) OI ： 1 0 ． 1 3 9 0 5 ／ j ． c n k i ． d w j z ． 2 0 1 5 ． 1 1 ． 0 1 3 泡沫混凝土夹芯叠合板设计及热工计算 渊博 ， 门广闯 ( 1 ．山东建筑大学热能工程学院， 济南2 5 0 1 0 1 ； 2 ．山东建筑大学土木工程学院， 济南2 5 0 1 0 1 ) 【 摘要】 建筑工业化的快速发展， 对叠合楼板的结构性能和保温隔热、 隔声等使用功能一体化提出了越来 越紧迫的要求。文中设计了一种泡沫混凝土夹芯叠合板， 由预应力混凝土键齿底板、 泡沫混凝土夹芯层和混凝土 后浇叠合层构成。预制底板设计成带密布键齿肋 ， 能够提高其与泡沫混凝土夹芯层的咬合和粘结， 泡沫混凝土作 为混凝土叠合楼板的夹芯层， 能够提高楼板的保温、 隔热、 隔声性能， 其厚度通过热工计算确定。计算结果表明泡 沫混凝土夹芯叠合楼板较普通凝土叠合楼板具有良好的保温隔热性能。 【 关键词】 泡沫混凝土； 夹芯叠合楼板； 保温隔热； 隔声； 热工计算 【 中图分类号】 T U 5 2 8 ． 2 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 — 6 8 6 4 ( 2 0 1 5 ) 1 1 — 0 0 3 2 — 0 2 1 叠合楼板的研究和应用现状 建筑工业化的快速发展， 对叠合楼板结构性能和 保温 、 隔热、 隔声等方面使用功能一体化提出了越来 越 紧迫的要 求。叠合 楼板 是工 业化 建筑 中应 用最 为 普遍 的结构 构件 ， 但 混凝 土楼 板保 温隔热 、 隔声 性能 差的问题始终存在。现在常用做法是在楼板表面采 用粘贴挤塑板等有机保温材料 、 或采用聚苯颗粒保温 砂浆抹灰等措施， 来改善采暖房间热量 的传递和散 失， 这不仅存在二次施工和人力投入增加的缺点， 更 主要 的是 附 加保 温 隔热 层 为 有机 保 温 材 料 ， 不 耐老 化 、 不能与楼 板结 构 同寿命 。针对 这一 问题 文 中利 用泡沫混凝土 良好 的保 温 隔热能 力和 一定 的承 压 能 力 ， 探 讨设计 了一 种泡 沫混凝 土 夹芯叠 合楼板 ， 旨在 实现叠合楼板承重保 温隔热功 能一体化 的初步 目标 。 2泡沫 混凝土 的性能特点 ( 1 ) 优良的保温隔热性能。泡沫混凝土包含大 量封 闭气 孔 ， 气孑 L 内不 流 动 的气 体 是很 好 的绝 热介 质 ， 能切断 热交换 途 径 ， 具 有 良好保 温 隔热 性能 。密 度等级在 2 0 0～ 7 0 0 k g ／ m 范 围的泡沫混 凝 土 ， 导热 系 数在 0 ． 0 9～ 0 ． 1 7 W／ ( m K) 之 间 ， 热阻约 为普通混 凝 土 的 1 0～ 2 0倍 。若 泡沫混凝 土作 为叠合 楼板 的夹 芯层 ， 会使混凝土叠合楼板具有良好的保温隔热能力。 ( 2 ) 良好的隔声性 能。通常把平 均吸声 系数大 于 0 ． 2的材料称 为消声材料 。泡沫混凝土属多孔 类吸 声材料 ， 它的平均 吸声系数为 0 ． 8～1 ． 4 ， 是极好 的消 声材料 ， 消声能力可达一级或二级标准 ， 用于建筑 物的楼层板、 地下车库的顶层等将是 良好的隔音层。 ( 3 ) 质量轻、 有一定承压能力。泡沫混凝土的 密度较小 ， 密度 等级 一般 为 3 0 0～1 6 0 0 k g ／ m ， 抗 压强 度 为 0 ． 5～ 2 2 ． 0 M P a ⋯ 。密度为 6 0 0 k g ／ m 左 右的泡沫 混凝土 ， 质量轻且具有一定的抗压能力， 将其置于叠 合 楼板 中和轴 附近 ， 受力较小 ， 切实可行。 ( 4 ) 良好的粘结性 能和耐久 性能 。泡沫混凝 土 的构成类似于普通混凝土， 属无机材料， 与混凝土结 构层 有优 良附着 和粘 结能力 ， 耐久 性等 同于普通混 凝 土结构。作 为叠 合板 的夹 芯层 能 与上下 混凝 土结 构 层 良好粘结并 与混凝土叠合楼板 同样长的使 用寿命 。 3 泡沫混凝土夹芯叠合板的断面设计及热工计算 3 ． 1 断面构成 利用泡沫混凝 土的特点 ， 将 泡沫混凝 土置 于预制 底板和后浇叠合层之问， 可形成既能承重传力又能保 温隔热、 隔声的功能一体化叠合楼板。 为 了提高预制底板与夹 芯层 的咬合 、 粘结 和抗剪 能力 ， 将底板设计成带密排键齿肋型式， 接触面全部 设置粗糙面， 凹凸深度不小于 4 m m ； 底板设计成预 应力混凝土底板可 以提 高底板 刚度 、 减轻 自重 。夹 芯 叠合楼板 的截面构成如图 1 所示 。 图1 泡沫混凝土夹芯叠合楼板断面构造 层 3 ． 2 热工计算 结构传热系数是体现结构保温隔热性能的基本 参数， 是节能设计重点关注的热工指标， 传热系数值 越小 ， 材料保 温隔热性能越好 。 以严寒 和寒冷 地 区为 例说 明泡 沫混 凝 土夹 芯层 厚度确定方法。以预制底 板厚 5 0 m m、 后浇 层厚 7 0 m m 的混凝土叠合楼板为例。当用泡沫混凝土作为其保 温隔热夹芯层 ， 地 面采用 2 0 m m厚水泥砂浆 ， 若楼板位 渊博等： 泡沫混凝土夹芯叠合板设计及热工计算 3 3 于采暖房问和非采暖房间之间， 根据 J G J 2 6— 2 0 1 0 ( 严 寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》 ] ， 对于层数 超过 9层的居住建筑， 楼板 的传热 系数 应不大于 1 ． 2 W／ ( m K)。 楼板传热系数 可由楼板的总热阻 尺和采暖房 问楼板内外表面换热阻 、 R 按公式( 1 ) 计算得到。 1 K 彘 ( ) 楼 板 的 总 热 阻 R ： 鲁+ 鲁+ ⋯+ ( 2 ) A1 A 2 Aj 式 中， 6 、 6 ： ⋯为楼板 各层 材料 的厚度 ； A 、 A ： ⋯为 各层材料的导热系数， 的数值可从 G B 5 0 7 3 6— 2 0 1 2 《 民用建筑供 暖通风与空气调节设计规范》 查得。 采暖房 间楼板 内外表面换热阻 R 、 R 按 G B 5 0 1 7 6— 2 0 0 2 ( 民用建筑热工设计规范》 取： R = 0 ． 1 1 W／ ( m K) ， R = 0 ． 0 4 W／ ( m K) 。 取泡 沫混 凝 土夹心 层厚 度 为 6 0 m m， 将各 层 材料 的厚度及导热系数分别代入( 2 ) ( 1 ) 式， 计算可得夹芯 叠合楼板的楼板的总热阻为 0 ． 6 8 1 W／ ( 1T I K) 、 传热 系数 为 1 ． 1 9 W／ ( i n K ) ， 传热系数满足不大于 1 ． 2 W／ ( I n K ) 的要求 。计算 过程 如表 1 所示 。 表 1 泡沫混凝土夹芯叠合楼板 的热工计 算 料 W- l／ ( 馘 mz ． 总 K 黼 ) ． W - 一 对于 5 0 m m厚预制底板 、 叠合层 7 0 m m厚的混凝 土叠合板 ， 按 ( 2 ) 、 ( 1 ) 式计 算可 得传热 系数 为 3 ． 9 8 W／ ( m K ) ， 总热 阻值 R为 0 ． 0 9 1 ( I n K) ／ w。 比较表 明 ： 含有 6 0 m m厚泡 沫混 凝土 夹芯层 的 叠合楼 板总热 阻 0 ． 6 8 1 ( IT I K) ／ W 远大 于不 设泡 沫混 凝 土 夹芯 层 时的热 阻值 0 ． 0 9 1( m K) ／ W， 传热 系数 1 ． 1 9 W／ ( t n K ) 远 低 于不设 泡沫 混凝 土夹 芯 层时 的 板传热 系数 3 ． 9 8 W／ ( m K) 。可见 ， 楼 板保 温隔热性 能得 到显著 提高。 当楼板传热系数 K随不同气候 区域和设计要求 调整取值 ， 同样可以得到满足保温隔热性能要求的泡 沫混凝土夹 芯层厚 度。 3 ． 3 结构设计计算 叠合楼板的结构计算包括预制部分和叠合板整 体 的设 计计 算 ， 第 一 阶段 ： 叠合层 混 凝土 未达 到强 度 设计值之前 ， 荷载由预制底板承担， 按简支构件计算； 第二阶段： 叠合层混凝土达到设计强度之后， 荷载由 叠合板承担， 按整体结构计算。 3 ． 3 ． 1 预应力混凝 土键齿底板 的设计计算 预应力混 凝土 键 齿底 板要 求 满 足放 张 、 堆放 、 运 输 、 吊装 等 阶段均 不 出现裂缝 ， 截 面边缘 混凝 土法 向 应力满足混凝土结构设计规范 G B 5 0 0 1 0规定。荷载 有键齿底板和泡沫混凝土夹芯层的 自重， 吊装验算时 考虑动力系数 1 ． 5 ， 需计算 吊点和跨中截面内力。施 工 阶段计算 时 ， 荷载 包括键齿底 板 和泡 沫混凝 土夹 芯 层 自重、 后浇叠合层疽重和旗工活荷载 ， 施工活荷载 取 1 ． 5 k N ／ m ， 按简支构件计算跨 中截面弯矩和剪力。 3 ． 3 ． 2 叠合板整体的设计计算 叠合板按整体结构计算 ， 包括承载能力和正常使 用 两限状 态 计算 。正常 使用 阶段 裂缝 控 制等 级 为二 级 ， 即满足一般要求不出现裂缝。荷载取两阶段较大 者 ： 施工阶段 ， 预制底板和夹芯层的 自重、 叠合层 自重 以及施工活荷载 ； 使用阶段 ， 底板和夹芯层 的自重、 叠 合层 自重、 建筑做法( 面层、 地板、 吊顶等) 自重及使用 阶段 的活荷 载。 内力取 由可 变 荷载 控制 的组 合 和 由 永久荷载控制的组合 的较大值。按跨 内最大弯矩计 算板 内钢 筋 。由于 泡沫 混凝 土 夹芯层 位 于截 面 中和 轴附近 ， 且其抗拉压强度远低于混凝土相应强度 ， 计 算中忽略其作用。 4结语 计算表明， 泡沫混凝土夹芯叠合楼板总热阻远大 于不设 泡沫混 凝土夹 芯层 时 的热 阻值 ， 传热 系数 1 ． 1 9 W／ ( m K ) 远 低 于不设 泡 沫混凝 土夹 芯层 时 的 传热系数 ， 具有 良好的保温隔热性能。将这种夹芯叠 合板用作有保温隔热要求的建筑楼板， 能够实现混凝 土楼板传力与保温隔热隔声功能一体化。用于住宅 建筑非采暖空间与采暖房间之间的楼层板， 能够省去 保 温层 的二 次施 工工 序 ； 用 于屋 面板 ， 能够 省去 屋 面 保 温的二次施 工 ， 具 有 工厂 化 生产 、 节 时 、 省 工 、 节 能 环保等优点 。 参 考文献 [ 1 ] 张磊蕾， 等． 泡沫混凝土的研究进展及应用[ J ] ．建筑砌块与 砌块建筑 ， 2 0 1 0， ( 1 ) ： 3 9— 4 1 ． [ 2 ] J G J 1—2 0 1 4， 装配式混凝 土结构技术规程 [ s ] ． [ 3 ] J G J 2 6— 2 0 1 0 ， 严寒和寒冷地区居住建筑节能设计 标准 [ S ] ． [ 4 ] G B 5 0 7 3 6 - 2 0 1 2， 民用建筑供暖通风与空气调节设计规范 [ S ] ． [ 5 ] G B 5 0 1 7 6 - 2 0 0 2， 民用建 筑热工设计规 范[ s ] ． [ 收稿 日期] 2 0 1 5— 0 8—1 2 [ 作者 简介] 渊博 ( 1 9 9 4一)， 女 ， 济南人 ， 本科 ， 从事建筑 环 境及能源应用工程专业学习与研 究。