装配式铝合金墙体设计开发研究

曹善鹏 沈亚超 曹志贤 唐鸿洋 孙 巍

（辽宁忠旺集团有限公司，辽宁 辽阳 111003）

装配式建筑部品中，墙体所占比例约70%，其性能直接影响了装配式建筑的推广与发展。石川以硅钙板为两侧面板，面板间浇筑泡沫混凝土，制备出泡沫混凝土复合夹芯墙板[1]。北京某公司研发了一种由发泡水泥芯材、框架及上下面层复合而成的保温装配式墙体—太空板，其厚度几乎就是保温层厚度[2]。莱钢建设集团将高强度冷拔钢丝焊成三维空间网架，中间填充聚苯乙烯泡沫塑料作为保温层，双面浇筑细石混凝土作为保护层开发了LCC-C轻质保温复合墙板[3]。市场上具有隔热保温、隔音、防火、装饰一体化功能的轻质装配式墙体很少。本工作设计开发了一种装配式铝合金墙体，对推进装配式建筑发展具有一定的意义。

1 铝合金墙体组件设计

本文以框架与板相互支撑、定位为墙体构造思路，采用插接与螺接相结合的连接方式固定墙体材料。整个墙体由铝合金框架、连接件、铝合金蜂窝板、隔热隔音岩棉及铝合金装饰扣盖组合而成。

1.1 铝合金蜂窝板

铝合金蜂窝板是以蜂窝结构为芯层的蜂窝夹层板，由于其独特的结构在同等体积的其他材料中质量最轻且整体稳定性好，还具有隔音隔热性能。其表面处理可采用阳极氧化、粉末喷涂及木纹转印等工艺，便于满足墙体的节能装饰一体化要求。

1.2 墙体框架

墙体框架采用铝型材，包括墙体边框、立梃及横梁。型材两侧设置方形通槽，中间外缘设有安装槽口，安装时铝合金蜂窝板插入墙体框架的方形通槽内。墙体边框与主体结构梁、柱采用自攻自钻螺钉连接，当墙体承受平面外荷载作用时，最终通过墙体框架将所受荷载传递给主体结构，因此墙体框架型材的力学强度、质量、断面决定了墙体的承载能力。按《铝合金结构设计规范》（GB50429-2007）[4]和《铝合金建筑型材》（GB5237-2008）[5]规定进行墙体用铝合金型材强度设计。型材的尺寸偏差按GB/T14846-2008选取高精级，以保证铝合金墙体构件的加工精度和配合要求。

1.3 墙体框架连接件

墙体边框、立梃及横梁通过连接件连接成框架，本文设计一种采用U型铝槽连接的连接构造，参看图1。U型铝槽底壁嵌入墙体边框的安装槽口内，两翼缘垂直插入被连边框或立梃一端空腔并与空腔内壁配合，安装间隙0.5～1mm。U型铝槽为受弯构件，宽厚比应不超过规定的限值，参考《铝合金结构设计规范》（GB50429-2007）[4]和《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018-2002）[6]，连接件采用6063-T4铝合金宽厚比限值为21.5。

图1 U型铝槽三维结构

1.4 装饰扣盖

按国家标准《铝合金建筑型材》（GB5237-2008）的规定选取6063-T5铝合金作为装饰扣盖的使用材料。铝合金型材可进行阳极氧化、木纹转印及粉末喷涂等多种表面处理，其色彩选择多样化。在墙体设计过程中，根据建筑的整体设计理念和室内环境的风格选择合适的室内外色调，从而满足建筑对内外装饰效果的需求。

1.5 岩棉

隔热隔音性是衡量墙体整体性能的重要指标，本文设计的墙体选用岩棉作为保温隔热的主要材料，填充于墙体内部，参看表1岩棉性能参数。其具有极强的保温防火性能，大量细长纤维形成的多孔结构有助于墙体吸音降噪，化学性质稳定，不会被腐蚀或产生霉菌。

表1 岩棉性能参数

2 连接构造

本文开发的铝合金墙体采用插接与螺接相结合的连接方式连接墙体材料，不仅适用于现场组装，也可以工厂预制。运至现场的预制墙体与主体结构框架采用自攻自钻螺钉连接，然后扣上装饰扣盖，参看墙体连接构造剖视图2。墙体边框、立梃及横梁通过U型铝槽连接成框架，双层铝合金蜂窝板镶嵌在框架的方形通槽内，岩棉填充于两侧铝合金蜂窝板之间的空腔内。本文所设计的墙体防火等级：A级不燃。不考虑墙体框架，墙体实际厚度约90mm，墙体面密度40～70kg/m2。当有布置管线要求时，可在现场组装过程中，在墙体框架空腔内布设有线缆管，并将有线缆管穿透前、后铝合金蜂窝板中间的岩棉。

图2 墙体连接构造

3 结语

本文提出的装配式墙体以铝合金材料为主，采用螺接与插接相结合的连接方式连接墙体材料，适用于现场组装也可工厂预制，满足装配式建筑对墙体材料轻质及节点安装快捷的要求。墙体框架采用铝型材，蜂窝板镶嵌于框架方形通槽内不但配合稳固，而且受力平衡，大大提高了墙体的整体牢固度；双层铝合金蜂窝板夹岩棉结构双重保证了墙体的保温隔热、隔音性能。型材内腔可布设有线缆管，并将有线缆管穿透中间的岩棉，可满足实际使用需求。