新型钢结构建筑预制复合墙板的研发与施工技术

时间:2020-11-28 19:19 | 栏目:建筑论文 | 浏览:次

硕士论文网第2020-11-28期，本期硕士论文写作指导老师为大家分享一篇建筑论文文章《新型钢结构建筑预制复合墙板的研发与施工技术》，供大家在写论文时进行参考。

本篇论文是一篇建筑硕士论文范文，结合新型复合外墙板的研究背景与性能、技术、功能要求，充分考虑各项规范指标，结合实际生产安装过程，详细分析了墙板的材料选择、构造技术、连接节点、制作安装过程等。最终提出了较为完善的墙板体系，通过公式论证计算了墙板的热工性能指标。

第 1 章绪论

1.1 研究背景

建筑生产活动在推动城市化进程中占据头等地位，大量的资源在建筑生产活动中被消耗，根据有关统计数据显示，建筑活动消耗了全球超过 50%的能源，超过 30%的环境污染问题与建筑活动有直接关系，超过 40%的环境污染问题与建筑活动有间接关系。长期以来，我国建筑业主要采用的是现场施工的方式，大部分工作都在施工现场由人工来完成，不但劳动强度大，而且施工现场混乱，建筑材料消耗量大，现场产生的建筑垃圾较多，同时对周围的环境有较大影响。而凭借工厂化预制生产和现场组装施工，装配式建筑具有安全耐用、施工快、低碳环保等巨大优势。同时可以显着减少建筑垃圾和施工污水，降低施工噪声，提高施工质量。其具体优势有：1、经过在设计单位的走访与调研后发现，由于装配式建筑在设计中图纸的精细化程度较高，相对现浇建筑而言设计费用较高。但同时在施工组织过程中，减少了大量的现场施工环节，施工建设成本相对传统现浇模式更低；2、预制装配式建筑有利于节约能源和保护环境。在施工过程中，装配施工噪声较小，有害气体排放较少，粉尘飞扬情况易于控制，对现场施工人员数量需求较低；3、纵观建筑全生命使用周期，装配式建筑更加绿色节能环保。在相同的冷、暖气条件及墙体保温体系下，由于装配式构件的精细化设计，装配式建筑房间气密性更好，室内保温能力更强，减少了能源的浪费；4、与传统建筑相比，装配式建筑具有更高的设计精度，可以改善墙体开裂和渗漏等质量缺陷。并提高建筑物的整体安全水平，耐火性和耐久性。装配式建筑发展得到政府的大力支持，装配式建筑各项推进政策自 2015 年得以大量颁布。《工业化建筑评价标准》于 2015 年底发布。提出在 2016 年推进全国装配式建筑综合建设，并取得突破性进展；2015 年底住建部出台《建筑产业现代化发展纲要》计划到 2020 年装配式建筑占新建建筑的比例 20%以上，到 2025年装配式建筑占新建筑的比例 50%以上；2016 年初国务院出台《关于大力发展装配式建筑的指导意见》要求要因地制宜发展装配式混凝土结构、钢结构和现代木结构等装配式建筑，力争用 10 年左右的时间，使装配式建筑占新建建筑面积的比例达到 30%；2016 年 3 月 5 日政府工作报告提出要大力发展钢结构和装配式建筑，提高建筑工程标准和质量；2016 年 7 月 5 日住建部出台《住房城乡建设部 2016 年科学技术项目计划装配式建筑科技示范项目名单》并公布了 2016 年科学技术项目建设装配式建筑科技示范项目名单；2016 年 9 月 14 日国务院召开国务院常务会议，提出要大力发展装配式建筑推动产业结构调整升级；2016 年 9月 27 日国务院出台《国务院办公厅关于大力发展装配式建筑的指导意见》，对大力发展装配式建筑和钢结构重点区域、未来装配式建筑占比新建筑目标、重点发展城市进行了明确。

1.2 研究意义和内容

装配式建筑是建筑产业结构调整的需要，是降低碳排放的需要，是改善建筑能耗的需要。着眼全球，装配式建筑己经必然性地成为一个热点话题，也是未来现代建筑技术科学发展的导向性标志。外墙板设计在装配式建筑设计中起到关键的作用，是丞待解决的重要问题。本文通过对装配式建筑外墙板的现状进行调研，找出现阶段存在的问题，研发新型保温装饰一体化墙板及其构造技术体系，并通过 Energy Plus 技术平台虚拟建造技术进行热工模拟与改良，以此为装配式建筑保温装饰一体化复合墙板构造技术研究提供参考。本文基于对装配式钢结构建筑、装配式外墙板的调研，拟对装配式钢结构建筑复合外墙板构造及其应用体系进行研究。主要研究内容有：第一章：进行装配式钢结构建筑外墙板的国内外研究现状进行分析，总结出本文的研究意义、研究内容、研究方法和研究框架。第二章：对装配式建筑外墙板应用现状进行调研。从装配式建筑外墙板的类型和应用案例两个方面进行调研。总结目前外墙板应用中存在的诸多问题。第三章：提出新型复合外墙板的构造及外墙板与主体结构的连接体系。通过ANSYS 有限元分析软件对新型复合外墙板进行热工性能分析并优化。通过 BIM软件进行连接体系的可视化设计。第四章：确定外墙板与主体结构的连接方式。基于 BIM 技术平台对竖板外挂外墙体系进行构造大样和细部节点进行设计。选取具有代表性的构造大样及其三维 BIM 模型进行研究。第五章：基于 BIM 技术对装配式钢结构住宅墙板体系构造设计进行完善。建立各类型外板的 BIM 族库。结合案例进行虚拟建造。提出外墙板单元化打包与运输。制定外墙板的安装顺序。选取合适的软件作为虚拟建造的平台。对外墙板从出厂到运输再到实际安装的详细过程进行展示。

第 2 章装配式建筑外墙板应用现状

2.1 常用装配式建筑外墙板类型

经过文献调研、实地调研，整理出四种目前应用较多的墙板类型：现将我国常用装配式建筑外墙板按类型呈现如下: 蒸压加气混凝土墙板的主要原料为水泥、石灰粉、硅砂等，为了提高板材的强度，根据结构要求配置不同数量的经防腐钢筋网片，再通过高温高压蒸汽养护而生产的具有多孔状结晶的板材。是一种轻质、高强、多孔的新型绿色环保建筑材料。其密度较一般混凝土板材小，同时具有良好的耐火、防火、隔音、隔热、保温等性能。用作外墙板时具有三个特点：吸水率小而慢，墙面防水效果好；抹灰不易开裂；若采用弹性做法，在地震区用角钢卡紧时隔墙与上部结构可牢固连接。蒸压加气混凝土外墙板按照接口形式作为依据可分为两类：T 型口板和 C 型口板。其中，T 型口板板身两侧具有对应的凹凸卡口设计，通过相邻板自身的卡扣连接，有效的防止了外墙板在建筑内外侧的位移对外墙板造成的破坏；C 型口板则在板身两侧留有相同的 C 型槽，通过额外的连结构件相连接，但其构件众多，施工繁杂，所以相比 T 型口板使用较少。蒸压加气混凝土板材主要用于多层混合结构和钢筋混凝土框架结构，多用作外墙基层同时兼作保温材料。钢筋混凝土框架结构可有效利用加气混凝土产品质轻的特点，将其广泛用作高层建筑的外墙以及内隔墙。板材尺寸可根据实际工程的具体需求与厂家协商定制，但为了实现墙板的商品化，提高施工效率，墙板常用规格具有一定的要求。墙板采用竖板体系时，决定墙板长度的关键因素为建筑的层高，采用横向安装时，决定墙板长度的关键因素为结构柱间距。《住宅设计规范》GB50096-2011 规定，住宅层高宜取 2.8m。民用建筑常用柱距一般在 3.6~8m，厂房、仓库、商店等柱距常为 6m、7.5 m、 9m、12m 等，常规墙板的最大长度为 6m。

2.2 装配式建筑外墙应用案例
本项目位于山东省济宁市嘉祥县万张镇工业园区，建筑高度为 21.3m，地上 5 层、无地下结构，首层层高 4.5m，二至五层层高4.2m。建筑平面为矩形布置，轴网间距 8.4m，主体结构为钢构件框架结构，外墙采用饰面层为真石漆喷涂的 FK 整间板，内墙板采用轻质蒸压混凝土条板，吊装完成 FK 外墙板后，现场开槽施工安装内墙板。由于内墙采用了轻质蒸压混凝土条板，其材料便于切割的特性使得无需工厂预制内墙线槽、孔洞、开关盒、插线盒等内装设备，简化了外墙板的设计、施工难度，但现场仍需切割，产生大量粉尘污染。FK 外墙板在板缝处理上，采用了一种全新的处理方式—胶条挤压处理法。该种方法在每块墙板四边围合了两层耐候挤压橡胶条。在施行墙板装配时，两块板通过挤压的方式使胶条变形，自动完成板缝的处理。由于省去了后期的人工板缝处理，这种方式大大提高了建筑外墙板的安装效率。但由于胶条挤压法处理板缝的实际案例较少，尚未得到时间的检验，其使用寿命得不到保障。本项目位于北京市海淀区中关村软件园，建筑高度为20.7m，地上 5 层、地下 2 层，首层层高 4.2m，二至五层层高 3.9m。建筑平面为矩形布置，轴网间距 8.4m，主体结构为钢筋混凝土框架剪力墙，外墙采用清水混凝土挂板系统。项目方案组详细分析了外墙立面效果、墙身做法和性能、工程造价等因素决定采用预制混凝土挂板系统，饰面为清水混凝土效果。该墙板体系具有下列优点：竖板墙面整体预制，通过合理的立面分隔减少了板缝数量，玻璃幕墙与清水混凝土颜色协调、美观；从造价方面考虑，用清水混凝土挂板代替石材、龙骨、复合围护墙，安装简便，经济性好；从防火性能上看，230mm 厚清水混凝土挂板的耐火性能突出。而在预制墙体分隔单元上，采用了以两个窗口为一个预制单元的分隔方案，该方案将预制单元的两侧做出 L 型互补缺口，避免了明缝，增强了立面整体效果；减少了预埋件数量，增强了挂板的整体性；提高了生产、

安装效率。

第 3 章新型复合外墙板的基本构造与性能分析

3. 1 新型复合外墙板的提出

3. 2 新型复合外墙板的锚固件优化设计

3. 3 新型复合外墙板与主体结构连接体系优化设计

3.4 新型复合外墙板的热工性能计算与分析

3. 5 新型复合外墙板的生产与安装

3.6 本章小结

第 4 章基于 BIM 技术的复合外墙板体系设计

4.1 竖板外挂外墙体系构造大样设计

4.2 竖板外挂外墙体系细部节点设

4.3 本章小结

第 5 章基于 BIM 技术的装配式住宅墙板体系虚拟建造研究——以某装配式钢结构住宅为例

5.1 基于 BIM 平台的族库模型建立

5.2 基于 BIM 平台的外墙板应用体系安装图示与顺序

5.3 基于 BIM 平台的外墙板应用体系虚拟建造

5.4 本章小结

第 6 章结论与展望

本文在充分调研国内外装配式建筑各类外墙板的基础上，提出了一种具有良好可行性的新型保温装饰一体化复合外墙板体系，并结合实际案例进行分析得出以下结论：在装配式建筑外墙板的调研中发现，目前的装配式建筑外墙板多数以“装配式基层”为主，这类墙板虽然属于装配式墙板，但在现场装配过程中仍需在保温层和饰面层中使用“湿施工”做法。而本文研究的新型保温装饰一体化复合外墙板则无需其他现场施工，仅需进行装配即可。充分体现了装配式建筑的优势与特点。在新型保温装饰一体化复合外墙板的研发过程中，使用轻质蒸压加气混凝土板作为基层，该板本身即具备一定的保温隔热性能。结合保温层使得墙板厚度控制在 240mm、保温层厚度为 80mm 时，墙板的保温性能即可达到 0.298 W/（㎡·K）远高于山东省《居住建筑节能设计标准》中围护结构传热系数（K）限值关于外墙传热系数小于 0.35 W/（㎡·K）的规定。在调研中发现，很多使用岩棉板作为外保温层的建筑均不同程度的出现保温层开裂脱落的现象。故而在选择保温材料时，选用了竖向拉拔强度较高的竖丝岩棉板。竖丝岩棉板的采用使得粘锚结合的墙板各层连接方式在强度上得到了保障。在外墙板各层锚固件和结构连接件的研究中，采用了较多的可调节结合方式进行连接，提高了锚固件、连接件的通用性的同时，给与了外墙板全三维可调节的特性。降低了该类外墙板的生产成本和安装成本。在基于 BIM 技术的装配式钢结构住宅墙板体系构造设计的完善过程中，建立了大量各类型外板的 BIM 族库。BIM 族库以其多维性，存储了大量有效信息。为后续的案例研究和模拟研究提供了便利。外墙板作为建筑围护结构最重要的部分，其安装方式、安装效率、热工性能、气密性能、造价等都会对建筑整体产生至关重要的影响。针对装配式建筑外墙板的研究，目前还较浅，相关规范也不够完善。但关于外墙板的研究日渐增多，日后必定有更加出色和深入的研究发表。 BIM 软件在国际上已逐步成为大中型公共建筑招投标的加分项，更有项目仅以 BIM 作为招投标的硬性规定。而国内 BIM 发展虽相对于国际起步较晚，但以 PKPM、鲁班软件等为首的国产 BIM 软件凭借其直接对接国内标准、融合国内设计习惯的优势，已发展的有声有色。想必日后会逐渐发展成为国内 BIM 设计界的标杆性软件。钢结构住宅在省内还未大规模兴建，本文研究的新型保温装饰一体化墙板仅停留在理论分析阶段，研究结论和分析结果尚未得到实践检验。日后，实践与理论的结合亦应成为研究的主要方法和主要手段。装配式建筑的外围护结构不仅限于外墙板，还有屋顶等围护结构，装配式屋顶的研究亦应与装配式外墙板结合研究。

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