模卡式拼装节能墙体研究

论文摘要

建筑墙体的发展已经和土地、资源、能源、环境和建筑节能发生了密切的关系。新型墙体的研发已经成为科研的热点。模卡式拼装节能墙体研究的目的在于提供一种条形榫卯砌块拼装式墙体及施工方法。模卡式拼装节能墙体是由工厂化生产的条形榫卯砌块,连接件及发泡聚苯保温板在建筑施工现场直接拼装而成,形成高标准节能墙体,使墙体与保温节能一体化,并在施工作业面上一次完成。论文设计了模卡式节能墙体结构的基本构造。模卡式节能墙体由榫卯砌块、连接件、保温材料构成。确定了榫卯砌块的基本尺寸、连接件的作用及构造,采用的保温材料基本性能等。同时,基于现有砌块制造技术,分析了榫卯砌块的基本生产工艺流程,并对模卡式墙体施工提出了建议。在墙体基本性能研究方面,将模卡式墙体看成两向非均质围护结构计算其平均热阻；利用平壁稳定传热的基本理论计算其传热系数；最后对其保温层的经济厚度进行了讨论。计算结果表明,模卡式拼装节能墙体传热系数仅为0.689W/（m2·K）,远低于其它常用墙体,具有良好的节能效果。墙体的聚苯板厚度采用0.08m时,能取得最佳经济指标,墙体的传热系数仅为0.400 W/（m2·K）。利用环境噪声学理论,探讨了模卡式墙体的隔声性能。当入射声波频率为125Hz时,其隔声量为55dB,共振频率为54Hz,满足民用及普通公建要求。模卡式的双层结构由于中间空气层（或添加隔音材料）提高了墙体的隔声性能,采用双层90mm粉煤灰陶粒混凝土加40-60厚空气层能够取得良好的隔声效果。满足节能65%要求的双层90mm粉煤灰陶粒混凝土模卡墙板加聚苯板构成的模卡墙体实际水蒸气分压力远小于饱和水蒸气压力,且在墙体中的分布线不相交,故模卡式陶粒混凝土墙体墙板内部不会出现冷凝结潮,具有良好的抗冷凝结潮性能。论文进行了模卡式拼装节能墙体钢框架体系的低周水平往复试验和数值模拟。结果表明,模卡式墙体开裂后通过应力重分布使墙体的裂缝分布均匀。墙体的整体受力性能较好,能够承受较大的水平荷载的作用。连接件协调了墙块之间的变形,并产生阻隔裂缝分布的作用,提高墙体的整体性及延性性能,在大变形的情况下,保证已开裂墙体不致于脱落、倒塌。墙体开裂荷载约为极限荷载的48%,小于同类无框架填充墙体的比值,墙体开裂以后承载力仍有一定的提高。这说明榫卯砌块明显地改善了墙体的变形能力,增加了结构的延性,在墙体达到极限荷载后,可保持裂而不倒。模卡式墙体由于该墙体榫头、插口等的榫卯作用,使墙体在水平荷载的作用下能够承受较大的往复荷载而只产生非常小的水平位移,从而保证墙体的正常工作。试验与数值模拟结果也同时表明,新型模卡式拼装节能墙体整体受力性能优良,在较大的往复水平荷载的作用下,墙体的大部分区域都没有达到极限荷载。如对该墙体的插孔等特殊部位进行适当的改动,可以进一步提高其承受荷载的能力。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 保温墙体的构造
• 1.3 节能墙体现状
• 1.3.1 建筑砌块类
• 1.3.2 轻质板材类
• 1.3.3 复合墙板及复合墙体类
• 1.3.4 国外研究现状简述
• 1.4 课题研究背景及意义
• 1.5 本文工作
• 本章参考文献
• 第二章 模卡式墙体及施工技术
• 2.1 引言
• 2.2 模卡式墙体的组成
• 2.2.1 榫卯砌块
• 2.2.2 连接件
• 2.2.3 保温材料及要求
• 2.3 模卡式墙体材料的性能评判与选择
• 2.4 模卡式墙体的施工工艺
• 2.4.1 榫卯砌块基本生产工艺流程
• 2.4.2 生产场区布置方案
• 2.4.3 设备选型与费用概算
• 2.5 模卡式拼装节能墙体施工工艺
• 2.5.1 工艺流程
• 2.5.2 墙板安装要点
• 2.5.3 安装注意事项及质量检查
• 2.6 本章小结
• 本章参考文献
• 第三章 模卡式墙体性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 模卡式墙体保温隔热性能分析
• 3.2.1 常见墙体的传热特性
• 3.2.2 模卡式墙体保温性能分析
• 3.2.3 模卡式拼装节能墙体保温层的经济厚度
• 3.3 模卡式墙体隔声性能分析
• 3.3.1 模卡式拼装节能墙体的隔声原理
• 3.3.2 模卡式墙体的隔声性能分析
• 3.3.3 模卡式墙体的频率特性
• 3.4 抗冷凝结潮性能分析
• 3.4.1 墙体界面温度分布
• 3.4.2 水蒸气分压力分布
• 3.5 墙体其它性能分析
• 3.5.1 热桥影响
• 3.5.2 雨水渗透和夏季水蒸气反渗透
• 3.5.3 隔热问题
• 3.5.4 裂缝控制
• 3.6 本章小结
• 本章参考文献
• 第四章 模卡式框架填充墙的动力性能研究
• 4.1 关于框架填充墙的研究现状
• 4.1.1 国外研究现状
• 4.1.2 国内研究现状
• 4.2 试验准备
• 4.2.1 模具制作及榫卯砌块加工
• 4.2.2 钢框架设计
• 4.2.3 墙体材料
• 4.3 试验方案
• 4.3.1 试件设计与制作
• 4.3.2 加载装置
• 4.3.3 测点布置及量测项目
• 4.3.4 加载过程
• 4.4 试验过程分析
• 4.4.1 破坏过程
• 4.4.2 裂缝形态
• 4.5 试验结果及分析
• 4.5.1 滞回曲线与骨架曲线
• 4.5.2 承载力和变形能力分析
• 4.5.3 荷载-应变分析
• 4.5.4 刚度退化
• 4.5.5 耗能系数与粘滞阻尼比
• 4.6 试验体系极限承载能力分析
• 4.6.1 模卡式填充墙和框架的屈服准则和破坏机构
• 4.6.2 填充墙和框架的极限分析
• 4.7 本章小结
• 本章参考文献
• 第五章 模卡式墙体的有限元分析
• 5.1 前言
• 5.2 数值计算模型
• 5.2.1 计算模型
• 5.2.2 单元划分
• 5.3 SOLID65单元
• 5.3.1 Solid65单元概述
• 5.3.2 SOLID65单元的破坏准则
• 5.4 材料本构关系和计算参数
• 5.4.1 砌块
• 5.4.2 接缝胶浆
• 5.4.3 框架
• 5.5 加载方式和求解策略
• 5.5.1 加载方式
• 5.5.2 求解策略
• 5.6 数值分析结果
• 5.6.1 墙体裂缝分布规律
• 5.6.2 墙体应力分布规律
• 5.6.3 垂直荷载对墙体水平抗侧力的影响
• 5.6.4 框架和墙体的共同作用
• 5.5.5 框架材料对墙体抗水平侧移能力的影响
• 5.7 局部应力分析
• 5.7.1 榫头处应力分析
• 5.7.2 顶板与空腔连接处应力分析
• 5.7.3 榫眼处应力分析
• 5.8 本章小结
• 本章参考文献
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 6.2.1 本文后续工作
• 6.2.2 应用展望
• 致谢
• 作者简介
• 攻读博士学位期间发表的论文