轻钢框架住宅轻质填充墙体系的性能探讨

冯静，郭剑飞，何文跃

（1.浙江工业大学之江学院，浙江 杭州 310024；

2.中国新型建材设计研究院，浙江 杭州 310003）

轻钢框架住宅轻质填充墙体系的性能探讨

冯静1，郭剑飞1，何文跃2

（1.浙江工业大学之江学院，浙江 杭州 310024；

2.中国新型建材设计研究院，浙江 杭州 310003）

针对轻钢框架住宅轻质填充墙体系与传统砖墙存在明显性能差异的现状及轻质墙板体系的诸多质量问题，并依据墙体相关功能要求的分析，对常用的若干轻质填充墙材料的关键性能进行探讨，对工程应用常见的质量问题、构造技术提出相关注意事项，供设计与施工单位参考，以利于合理选择轻质墙体和施工时保证墙体质量。

轻钢住宅；热工性能；隔热；ALC板

0 引言

2015年9 月中美两国元首签署了《中美元首气候变化联合声明》，中国承诺推动低碳建筑，到2020年城镇新建建筑中绿色建筑占比达到50%。目前，我国的建筑能耗占社会总能耗的33%左右，可以折算成11亿t标准煤；在碳排放总量中，传统建筑排放的碳几乎占到了50%，发展节能与绿色建筑已刻不容缓。轻钢结构住宅由于建材可以循环利用，墙体保温隔热性能好，降低了碳排放量，保护了生态环境，是发达国家广泛应用的环保建筑类型，但我国轻钢住宅推广进度缓慢、配套体系不成熟，并且由于防火、造价和质量等问题，未被开发单位和业主广泛接受。诸多发达国家轻钢结构住宅产业化之所以比我国成熟，重要的一方面是国外的建材业发达，相关建材品种多且科技含量较高，产业配套技术全面。轻钢结构住宅体系是高度复杂的综合性体系，其中墙体材料性能、安装施工及其配套技术是其产业化的关键。本文主要对轻钢框架住宅体系中常见并相对成熟的若干墙体材料的关键性能进行探讨，并对工程应用的常见质量问题、构造技术问题提出相关注意事项，供设计与施工单位参考。

1 轻钢框架住宅系统的墙体功能要求

与传统砖墙体系相比，轻钢框架住宅轻质墙板体系在性能上具有明显区别，建筑设计应综合考虑轻质墙材特性并根据住宅不同部位墙体的主要功能要求（见表1）选用合适的墙体材料并采取对应的墙体构造措施，施工单位应摒弃传统砖墙的施工方式，采取针对性的施工工艺和质量保证措施。确定材料时也须结合考虑墙体的附加功能要求，如可钉性、耐候性、施工便利性、经济性、环保性及建材的地方特色等综合因素。

表1 不同部位墙体的主要功能要求

保温与隔热性能是事关建筑是否节能、绿色的关键因素，两者是不同的物理概念，但在设计选材时常被混肴，从而影响选材合理性，最终影响建筑的节能效果。设计应按所处气候分区，依据国家或地方标准，如严寒和寒冷地区选用墙材时应侧重考虑保温性能，热工性能指标主要考量墙材传热系数K；夏热冬冷和夏热冬暖地区，则需同时考虑保温和隔热性能，通过控制传热系数K和热惰性指标D来实现外墙保温隔热节能的目的，其中热惰性指标是评价围护结构抵抗温度波和热流波在围护结构中传播能力的热工性能指标，D值越大则热稳定性越好。对外墙的“热桥”部位，在墙体构造节点设计中应进行保温处理，以保证热桥部位内表面温度在室内空气设计温、湿度条件下不低于露点温度，防止出现结露，出现结露将导致相应附近外墙传热系数进一步增大，高温一侧表面温度进一步降低，使得表面结露条件进一步恶化而产生严重墙体质量问题。

选用墙材时，建筑设计应根据工程气候分区和住宅建筑体形系数等要素初定达到冬季保温、夏季隔热和节能要求的砌块、条板或复合墙体的外墙板材料和相应厚度；根据隔声要求确定隔墙板材料与相应厚度；根据不同墙体材料确定防水防潮等构造措施。部分常见的墙体材料有专门建筑构造图集可以根据上述功能要求直接选用板材，并根据不同的受力特征和变形要求，选用不同的板材和节点构造要求。

2 轻钢框架住宅系统的墙体功能分析

轻钢框架住宅系统的墙体材料包含以普通水泥为主原料的复合型多功能预制轻质条形板材、轻质块体，或是轻钢龙骨复合保温墙体等。轻质填充墙体构造主要适用于轻钢框架体系，墙体材料主要是轻质砌块和轻质板材2大类，轻质填充墙系统见图1。常见轻质墙体材料的性能见表2。

图1 轻质填充墙系统

表2 常见墙体材料的性能比较

2.1 轻质砌块墙体

2.1.1 混凝土小型空心砌块

混凝土小型空心砌块价格相对低廉，但单一墙体的耐候性、保温隔热性、隔声性、可钉性相对较差。用作外墙时，其热工性能较实心黏土砖差，需要结合外墙外保温、内保温、夹心保温等才能满足节能规范关于热工性能指标的要求，以达到建筑节能65%的目标，各种保温技术措施及保温层的厚度应根据本地区建筑节能设计的规定，按照建筑热工设计方法确定计算。但小型砌块建筑外墙的保温层外侧有密实保护层或内侧构造层为加气混凝土及其它多孔材料时，保温设计应根据地区气候条件及室内环境设计指标，进行内部冷凝受潮验算并确定是否设置隔汽层。混凝土小型空心砌块空气声计权隔声量为43～47 dB，可满足一般隔声要求，若在墙内空洞中填入矿渣棉等松散材料提高其隔声性能，其空气声计权隔声量就可达50dB以上，即可以用于隔声要求较高的建筑。混凝土小型空心砌块可钉性较差，轻型设备的固定可在砌体灰缝内预留埋件或钻孔，严禁在砌好的墙体上剔凿或用冲击钻钻孔。我国混凝土小型空心砌块品种较少，同时需提高砌块的质量、强度，增加功能和品种，以满足建筑装饰及外墙的热工等要求。欧美国家研制的混凝土空心砌块比较注重块材的系列化、多功能、饰面的形状色彩、纹理变化等要求，特别在砌块保温性能和装饰性方面做了大量的研究并取得了很多的成果[1]。

2.1.2 蒸压加气混凝土砌块

轻钢结构住宅常用的轻质砌块是加气混凝土砌块，是一种轻质多孔、保温隔热、防火性能良好、可钉、可刨、可锯，并且具有环保优点的新型建筑材料，既可以作为单一墙体材料，也可作为保温隔热材料，是目前较合理与经济的节能墙体材料。

根据表2混凝土小型空心砌块与加气混凝土砌块热工性能指标对比，加气混凝土砌块适用于全国各气候区。在严寒地区和对保温要求较高的地区，单一构造蒸压加气混凝土砌块不能满足热工性能指标要求时，须与高效保温材料复合使用，建议外贴18～20 kg/m3聚苯泡沫板。相比混凝土小型空心砌块，180 mm厚加气混凝土砌块墙体即有较低的传热系数和较高的热惰性指标，而混凝土小型空心砌块要符合节能规范的热工性能指标限值须外加保温层且墙体厚度较大。另外，蒸压加气混凝土砌块由于是多孔结构，具有一定的吸声能力，180 mm厚加气块双面粉刷计权隔声量>45 dB，即可满足外墙、分户墙隔声要求。

2.2 轻质板材墙体

轻质板材有单一材料板材和复合材料板材2大类。常见的单一板材有蒸压轻质加气混凝土ALC板、ASA圆孔板和实心板、GRC板等。单一材料板材大多不满足建筑节能的要求，在工业化的要求下，常将保温材料层（聚苯乙烯或矿棉等纤维类保温材料）复合其中，或在墙体外铺设硬质板状保温材料，形成轻质复合墙板，复合板材外墙板须具备良好的耐侯性和满足外围护结构的保温隔热的性能，同时还要解决板的连接构造等问题，构造节点、材料工艺技术难度较大[1]。常见的复合板材有ASA复合墙板、ALC墙板外保温方式粘贴聚苯板等。

2.2.1 ALC板材

ALC板是以托勃莫来石为主要矿物成分的硅酸盐材料，耐久性好。内部具有结晶完全、细密均匀的封闭气孔、缺陷和微裂缝都很少的微观结构，所以其抗冻性、抗渗性都很好，优于一般加气混凝土制品，可确保ALC板在我国各个气候分区都能正常使用[2]。相对于加气混凝土砌块，ALC条板由于没有块体之间的砂浆，保温性能得到一定程度的提高，性能均匀分布，整体保温效果更好。从表2可见，ALC板材的热工性能较好，当选用合理的厚度时，不仅可以用于保温要求高的寒冷地区，也可用于隔热要求高的夏热冬冷地区或夏热冬暖地区，满足节能标准的要求。当严寒地区保温要求较高，单一ALC板不能满足热工性能指标限值时，可采用复合墙板形式，如外墙采用150 mm厚ALC板，采用聚苯板将钢柱与钢梁等围护结构热桥部位填实，采用外墙外保温方式粘贴50 mm厚聚苯板，并以铺贴耐碱玻纤网格布的聚苯颗粒浆料罩面，最后涂覆外墙涂料饰面，此做法可以大幅提高围护结构保温性能，外墙传热系数仅0.40 W/（m2·K），并且墙厚仅250 mm[3]。但外铺保温材料主要靠粘结剂贴于单一板材，存在粘结剂老化问题，且单一材料板材常外贴聚苯板保温板存在防火隐患。ALC板内部的微观结构是由很多均匀互不连通的微小气孔组成，具有良好的隔声性能。采用ALC板不用抹灰找平，可以直接刮腻子喷涂料，降低造价20～25元/m2，且避免了空鼓现象，无构造柱、水平系梁、拉结钢筋等辅助工程，经济性好于加气混凝土砌块。150 mm厚ALC板+双面30 mm厚腻子即可达到隔声量45.6 dB的隔声效果，相当于粉刷后一砖墙的隔声效果。在吊挂重物方面，小于150 mm厚度的加气块稳定性差，不宜吊挂重物，但100和120 mm厚的ALC条板单点吊挂力分别可达1200和1500 N，板墙上安装空调、热水器、贴瓷砖等重物没任何问题。

在我国建成的多层钢结构住宅中大多采用ALC板，有专门配套的标准图集，但是生产、施工工艺相对较复杂，板缝过多且缝隙的处理材料（密封胶）的耐久性仍没有得到很好的解决。ALC板的干燥收缩率高于传统烧结砖，容易收缩开裂，所以ALC板材必须做好外墙转角缝、涨缩缝、一般缝等接缝与开洞处的防水系统，采用专用的弹性良好的建筑防水密封胶，配合发泡聚乙烯圆棒等材料，形成一个封闭的防水分隔缝系统；采用与ALC板相匹配的外墙涂料，使涂料与ALC板有良好的粘结性能，防水性能良好[4-5]。

2.2.2 ASA系列板材

常见的ASA系列板材是以水泥为胶凝料，采用粉煤灰为填充料，以耐碱玻纤网格布或钢筋为增强材料制成的一种建筑板材，包括ASA-FX复合保温外墙板、ASA-YX圆孔隔墙板、ASA-SX实心墙板等。ASA圆孔隔墙板与ASA复合保温外墙板见图2。ASA板主要与钢框架结构配合使用，见图3，一般外围护结构由双层墙板组成，中间可留10～200 mm厚空气层，内层板镶嵌在框架平面内，起到加强框架平面内刚度的作用，从而大幅度降低结构用钢量。墙板室内一侧表面与框架梁或柱内表面平齐，外层板悬挂在梁或柱外侧，起到阻隔“热桥”的作用，内外层板错缝排列，构成中空组合墙体。ASA墙板用作分室隔墙、分户隔墙或外围护墙时的性能要求是不同的。可根据热工性能指标限值，ASA外墙板可采用不同的板材厚度和组合形式，达到隔热或保温的要求，建筑师可根据各地建筑节能要求通过围护墙体的多种组合形式及其热工性能等指标进行参考选用。同时，可根据不同的隔声要求，选用不同ASA墙板，普通内隔墙通常采用ASA-YX90板，对于分户墙、卧室和书房宜选用隔声效果好的轻质墙体材料，可采用ASAYX120板或双层板，做好转角和边沿缝隙的填充和密封。

图2 ASA圆孔隔墙板与ASA复合保温外墙板

图3 外墙与H型钢柱连接

3 轻钢框架住宅系统的墙体常见问题

（1）当不同材料进行复合时，高效保温材料处在中间位置，如在板材中不设置隔气层，冬季温度较低时，在保温层中就会出现结露现象，结露水反覆冻融必然会导致板材的开裂[6]。

（2）外墙板有内嵌式和外挂式，外挂式可解决钢结构“热桥”问题，但对施工精度要求较高，安装误差过大时容易导致板间接缝出现渗水问题。内嵌式墙板对整体结构的刚度和承载力贡献较多，宜在结构设计中加以利用，可降低用钢量[7]；另外，内嵌式外墙板容易导致“热桥”问题，在墙体构造节点设计中均应进行保温处理，防止出现结露而严重影响墙体质量。

（3）与传统砖墙体系相比，不同新型轻质墙板体系的物理性能差异较大，如加气混凝土砌块、ALC板的干燥收缩率高达0.3～0.5 mm/m，远超传统烧结砖的0.1 mm/m，必须正确采用配套砂浆、密封胶、粘结剂与墙板适应性好的涂料等配套材料。

（4）与传统砖墙体系相比，轻质条板装修注意事项较多开槽、开洞、吊挂重物等都有相关构造措施规定，以保护墙板不被破坏，装修须严格按照具体板材的构造要求进行，但现实中较难实现，也影响了轻钢结构住宅的推广应用。

4 结语

随着轻质墙板越来越多地应用于轻钢结构住宅中，围护墙体不断暴露出一些常见或有别于传统砖墙体系的质量问题，由于轻钢结构体系自重轻、空腔多，不合适选用墙板体系时造成隔声效果欠佳、装修吊挂设备、开洞开槽较为不便；导热系数极高的钢材与轻质墙体的组合体，使得建筑体系热惰性可能较差等问题。了解各种常见轻质墙材体系的相关性能与容易存在的构造问题是轻钢结构设计与施工时选择合适的围护墙体材料的前提。建筑设计师应该根据不同地方气候分区、不同保温隔热条件、不同轻质墙板材料特性、不同功能要求等选用合适的轻质墙板体系。墙体围护体系的研究与发展应在满足适用、经济的基础上，保护环境、变废为宝，不少地方也结合当地实际情况，开发了不少具有地方特色的轻质墙材如秸秆复合板结构，煤矸石ALC板，秸秆草砖，秸秆复合板等，轻钢结构住宅产业化之路必使得小块墙体向大块墙体转变、块体墙体向各种轻质板材和复合板材方向转变。

[1]颜宏亮，马林.墙体改革与轻钢结构住宅体系的发展[J].住宅科技，2001（8）：39-41.

[2]孙维理，刘宜靖.一种优良的节能抗震建筑体系-钢结构+ALC板围护结构[J].墙材革新与建筑节能，2002（9）：35-38.

[3]夏晓东.H型钢结构节能住宅在辽宁农村的技术应用浅析[J].建筑工程技术与设计，2015（32）：154-155.

[4]刘波，陈福林，王月栋，等.轻质加气混凝土墙板在新加坡环球影城中的应用[J].施工技术，2011，40（7）：12-14.

[5]黄国宏，王波，钱刚毅，等.轻质加气混凝土墙板洞口设计与加固技术[J].施工技术，2011，40（7）：8-11.

[6]丁杰，吴美倩，张文跃.ALC板在盛泽国际纺织城钢结构E型房的应用研究[J].江苏建筑，2010（3）：100-103.

[7]李国强，王城.外挂式和内嵌式ALC墙板钢框架结构的滞回性能试验研究[J].钢结构，2005，20（1）：52-56.

Study on the properties of light filled wall system of light steel structure residence

FENG Jing1，GUO Jianfei1，HE Wenyue2
（1.Zhijiang College of Zhejiang University of Technology，Hangzhou 310024，China；
2.China New Building Material Design&Research Institute，Hangzhou 310003，China）

According to the present situation of the performance difference between the filling wall system of light steel structure residence and the traditional brick wall and many quality problems of lightweight wall system，analysis of wall related functional requirements，discussion on the key properties of filled wall materials was carried out to put forward precaution announcement about quality problem and construction technology for the reference of design and construction unit，so as to rationally select the lightweight wall and guarantee the wall quality.

light steel structure residence，thermal performance，thermal insulation，autoclaved light-weight concrete（ALC）board

TU375

A

1001-702X（2016）09-0058-04

浙江省教育厅科研项目资助（Y201329932）

2016-05-01

冯静，女，1975年生，浙江江山人，讲师，硕士，一级注册建筑师。