1.前言
隨著我國城鎮化的迅猛發展以及人民生活水平的不斷提高，我國的建筑總能源消耗量大幅增長，已占社會總能源消耗的30%以上，因此采用節能型墻體材料有其必要性和緊迫性。加氣混凝土作為一種綠色環保的輕質無機材料，具有集新型墻體材料和保溫材料于一體的獨特優點，是目前外墻材料中少數能夠滿足建筑節能要求的單一外墻材料之一，而且不燃、能夠與建筑同壽命，其技術經濟性越來越受到人們的重視。本文嘗試以實際工程為背景，探討在鋼筋混凝土剪力墻高層住宅中通過結構優化，以加氣混凝土砌體填充墻替代普通磚砌體填充墻，從建筑節能、工程造價等方面進行比較，為鋼筋混凝土剪力墻高層住宅應用加氣混凝土砌體填充墻提供具體示例。
2. 本文優化目標
結構設計首先應滿足國家的有關設計規范要求，包括建筑節能要求，做到安全適用、經濟合理。在結構設計中，結構布置除了與建筑布置和建筑使用功能有關之外，還與所采用的建筑材料有關，盡可能采用輕質、高強、節能的建筑材料，可以降低建筑的總重量以及提高建筑的節能保溫性能和抗震能力。實際結構設計中，應該還需要綜合考慮建筑全壽命使用期間的經濟性，平衡各方面的性能，盡可能合理優化。
表1所示是加氣混凝土砌塊砌體墻和目前常用的其他砌體材料墻的熱工系數。從墻體自重來看，由于加氣混凝土的孔隙率一般為70-80%，干密度一般為400-700kg/m3，僅為一般實心標準磚的1/3，普通混凝土的1/5，，應用于建筑上可以降低被替代墻體重量的60%以上，明顯減輕結構自重、降低地震作用效應；從熱工性能來看，B05級的加氣混凝土砌塊砌體墻的導熱系數不到混凝土實心磚砌體墻、實心灰砂磚砌體墻、混凝土小砌塊砌體墻的1/6，不到混凝土多孔磚砌體墻的1/4，其熱工性能比目前常用的其他砌體墻要優越得多；從單位產品的能耗看，按目前墻體材料的生產能耗核算，粘土磚的能耗為91kg/m3標煤，而加氣混凝土砌塊僅為約56kg/m3，顯然加氣混凝土砌塊的產品生產具有明顯的節能優勢。由此可見加氣混凝土砌塊砌體墻具有優異的節能、保溫性能，是一種性能優越、輕質、保溫、用途廣泛的綠色環保墻體材料，而且由于其高效的保溫隔熱效果，使建筑在后期使用中可以節省大量的空調、采暖費用，降低建筑物耗能，幾乎是目前所有外墻材料中唯一能夠滿足節能65%要求的單一材料外墻。
本文嘗試對一個已完成設計的實際工程進行以建筑節能為目標的優化，在建筑使用功能區域不變、結構基本動力特性不變的基本前提下，通過調整結構平面布置、構件截面尺寸和材料強度等減輕結構自重和提高房屋的節能保溫性能，并從工程造價和建筑節能的效益等方面進行比較和評價。
3. 優化設計
3.1工程概況
上海地區某高層住宅，樁基礎，2層地下室，地上18層，局部至20層，層高2.8m，地上建筑總面積約9507.4m2，剪力墻結構，剪力墻厚200mm，房屋的填充墻、隔墻采用灰砂磚砌體，建筑立面、標準層建筑、結構平面如圖1所示。設計時按基本烈度7度、丙類建筑抗震設防，IV類場地，設計地震分組為第一組，場地特征周期0.9秒。結構設計計算采用SATWE軟件，荷載、內力調整等按設計規范要求確定。根據原設計施工圖，1～11層剪力墻的混凝土強度等級為C35，11層以上為C30。
根據SATWE軟件計算結果，房屋活載總重約1667t，恒載總重約18920t，房屋合計總重20587t；通過計算得到的結構前三振型的自振周期如后面表3所示。
標簽： 外墻
