【摘要】：本文設(shè)計了一種新型輕鋼龍骨混凝土組合外掛墻板,為研究其熱工性能以及抗火性能,本文針對該類墻板,采用試驗研究與有限元分析的研究手段,分析了填充巖棉厚度、龍骨腹板高度、龍骨間距、保溫材料與內(nèi)封板材料等參數(shù)對組合墻板保溫以及抗火性能的影響規(guī)律。具體研究內(nèi)容如下:(1)組合墻板熱工性能試驗研究及有限元分析設(shè)計了3片不同巖棉填塞厚度的墻板,通過防護熱箱試驗研究了巖棉填充厚度等因素對墻板熱工性能的影響。試驗中測量組合墻內(nèi)外墻表面溫度分布以探求龍骨熱橋效應;通過熱箱中熱量平衡求得墻體的傳熱系數(shù)。結(jié)果表明:墻板溫度場受到龍骨熱橋影響波動較大;天地龍骨的熱橋影響是不可忽略的;隨著內(nèi)填充保溫材料巖棉厚度的增加,墻體傳熱系數(shù)明顯降低,保溫效果提高明顯,但增加到一定厚度時保溫效果提升不明顯,其中60mm厚巖棉不滿足規(guī)范,80mm厚和100mm厚滿足。基于本文3片墻板的試驗數(shù)據(jù),通過ABAQUS有限元分析驗證組合墻板二維傳熱模型的正確性。在此前提下,通過有限元進行了參數(shù)分析:腹板高度較小時,增加其高度能有效的降低墻體傳熱系數(shù),但當腹板高度進一步增大時,傳熱系數(shù)的降低幅度就不再明顯;隨著龍骨間距的增大,墻板傳熱系數(shù)近乎呈線性逐漸小,墻體保溫性能有所提高,當龍骨間距大到一定程度后,傳熱系數(shù)的降低幅度開始慢慢減小;石膏板厚度對墻體保溫性能影響十分顯著,且隨著石膏板厚度的增加,墻板保溫性能的提高越來越小;隨著泡沫混凝土厚度的增加,綜合傳熱系數(shù)呈現(xiàn)線性遞減趨勢,填塞60mm時傳熱系數(shù)大于1.5,不滿足熱工規(guī)范要求,填塞80mm和100mm時,墻板綜合傳熱系數(shù)都滿足小于1.5的規(guī)范要求。(2)組合墻板抗火性能試驗研究及有限元分析設(shè)計了7片不同填充材料以及內(nèi)封板材料的組合外掛墻板。通過水平爐試驗研究了巖棉填充厚度因素對組合墻板抗火性能的影響,結(jié)果表明:火災作用下,W1、W2、W3由于失去穩(wěn)定性提前終止試驗,耐火時間均不足60min,不滿足我國現(xiàn)行建筑設(shè)計防火規(guī)范的多層民用建筑組合外掛墻板耐火極限要求;填塞的保溫材料巖棉具有良好的隔熱防火能力,填塞80mm厚巖棉的W2試件的耐火極限比W1提高7min,填塞100mm厚巖棉的W3試件比W1提高12min,足足延長33.3%的耐火時間。通過垂直爐試驗研究了泡沫混凝土作為保溫材料以及石膏板作為內(nèi)封板的影響,結(jié)果表明:W4~W7試件耐火極限均達到規(guī)范要求的60min,對比W4和W5試件,泡沫混凝土厚度的增加能提高墻板的耐火性能,W4和W5試件無翹曲現(xiàn)象,在災后的整體性明顯優(yōu)于填充巖棉的W6和W7試件,背火面表面開展不同程度的裂縫,豎龍骨無屈曲,且W4和W5絕熱性更優(yōu)良。對比W1~W3與W6和W7的背火面的溫度和耐火時間,可以看出石膏板作內(nèi)封板材料的墻板試件抗火性能更優(yōu)良。通過ABAQUS有限元驗證組合墻板二維傳熱模型的正確性,在此前提下,進行了參數(shù)分析,分析得到:調(diào)整腹板高度對墻板試件的耐火極限沒有明顯提高;龍骨間距從400mm-600mm時,背火面溫度在1h火災模擬分析后會線性降低,當龍骨間距為500mm-600mm時,會大大提高墻板絕熱性,最終滿足規(guī)范要求的1h的耐火極限;采用石膏板的墻板,石膏板厚度從10mm增加到20mm使得墻板60min受火后背火面的溫度降低32.0℃,石膏板厚度從20mm增加到30mm使得墻板60min受火后背火面60min后的溫度降低6.9℃(遠小于32.0℃),證明增加石膏板內(nèi)封板厚度可以明顯提高墻板的抗火性能,在石膏板厚度比較薄的時候增加石膏板厚度對墻板耐火性能的提高尤為顯著,且背火面溫度均不超過180℃,滿足規(guī)范要求的1h耐火極限;采用泡沫混凝土的墻板,泡沫混凝土厚度從80mm增加到100mm使得背火面60min后的溫度降低23.1%,泡沫混凝土厚度從100mm增加到120mm使得背火面60min后的溫度降低12.4%,證明增加泡沫混凝土填塞厚度對墻板試件的耐火性能有著顯著提高,且背火面溫度不超過180℃,滿足規(guī)范要求。(3)優(yōu)化設(shè)計在驗證ABAQUS有限元模型正確性的前提下進行了優(yōu)化設(shè)計,獲得以下優(yōu)化建議:將泡沫混凝土替代巖棉作為新型填塞保溫材料;龍骨腹板高度取值120mm~140mm;在確保墻板連接可靠、承載安全的情況下,一般工程應用中取C型龍骨間距為400mm或600mm;采用石膏板代替水泥纖維板作為內(nèi)封板材料;在生產(chǎn)成本可控范圍內(nèi),建議連接部位采用非金屬連接件,以削弱墻板中熱橋的影響,提高組合墻板的熱工及抗火性能。
【圖文】：

言有機保溫材料的火災危險09 年 2 月 9 日，如圖 1-1，中國中央電視臺新大樓北配樓發(fā)生了巨大的火災，，致使國經(jīng)濟損失，并犧牲了一名優(yōu)秀的消防隊員。火災的起因是違規(guī)燃放煙花，但是由于該溫材料——擠塑聚苯乙烯保溫板(XPS板)過火極快，火勢瞬間從北配樓頂部蔓延到整個將此次大火稱為“新中國成立以來建筑物過火燃燒最快的一例火災”。2010 年 11 月 海余姚路膠州路一棟高層公寓在節(jié)能改造過程中起火。起火點位于 l0-12 層之間，最后火包圍著，造成 58 人死亡，71 人受傷。起火原因是電焊工操作不當，引燃了防護網(wǎng)，溫材料——本次節(jié)能改造工程外墻采用的是現(xiàn)場噴涂聚氨酯抹灰系統(tǒng)結(jié)合聚苯板(E，其中硬泡聚氨酯噴涂薄抹灰系統(tǒng)主要應用于大樓的主墻面，EPS 板薄抹灰系統(tǒng)用于口部位。2011 年 2 月 3 日零時 30 分，沈陽皇朝萬鑫酒店發(fā)生大火�；馂钠鹨蛞彩侨祭^而引燃外墻保溫板，導致火勢瞬問蔓延、擴大，致使建筑外窗破碎，火情蔓延至室內(nèi)立體燃燒，所幸未造成人員傷亡，但是財產(chǎn)損失巨大。

（a）外保溫 （b）組合保溫 （c）內(nèi)保溫圖 1-2 保溫墻板結(jié)構(gòu)分類內(nèi)保溫墻體主要是將保溫材料固定在墻體內(nèi)側(cè)。內(nèi)保溫墻體目前主要有兩種形式：一是在工廠保溫芯材和外層增強漿料預制成組合保溫板，運到施工現(xiàn)場，將預制保溫板粘貼在外墻內(nèi)側(cè)，為止預制板接縫開裂，在表面用專用粘結(jié)劑鋪粘一層玻纖網(wǎng)格布，其上滿刮一道防水膩子，最后做料等飾面;二是在施工現(xiàn)場將保溫材料固定在外墻內(nèi)側(cè)，表面抹一層粘結(jié)砂漿，隨即滿鋪玻纖網(wǎng)格，然后壓入粘結(jié)砂漿，最后找一遍砂漿面層，干后刮膩子刷涂料飾面[3]。這種墻體需要設(shè)置空氣間和覆面保護層阻止水分進入保溫層。內(nèi)保溫墻體的優(yōu)點在于其施工一般為干作業(yè)施工，施工方便速；因為保溫材料在墻體內(nèi)側(cè)，所以對保溫材料的防水性、耐候性要求并不高。由于這種節(jié)能墻的外側(cè)結(jié)構(gòu)層密度大、蓄熱能力大，因此采用這種墻體時室溫波動相對較大，供暖時升溫快，不暖時降溫也快，這種墻體比較適合于北方[4]。但是也有很明顯的缺點：（1）保溫材料固定在室內(nèi)，導致室內(nèi)使用面積有一定的減�。唬�2）保溫材料固定在室內(nèi)，導致這些墻體無法再進行裝修、二使用；（3）圈梁、樓板、芯柱等部位會因為無法固定保溫材料，而造成此處形成“熱橋”，造成較的熱損失；（4）由于材料、施工等因素，墻體飾面層容易開裂；（5）國家現(xiàn)在提倡對舊有建筑進行造，如果采用內(nèi)保溫的做法，已有民用建筑的改造對日常生活影響比較大。
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TU398.9

【參考文獻】

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本文編號：2613234