新型装配式墙结构干式连接竖向接缝处传热研究

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装配式混凝土建筑不可避免地存在预制构件间的典型接缝,接缝处的连接与构造不仅关系到结构安全问题,也涉及到建筑的热工性能。预制墙板间接缝如果处理不当就可能产生热桥,故非常有必要对接缝处的传热进行研究,采取措施降低能耗,保护主体结构,延长使用寿命,提高耐久性能。基于新型装配式承重复合墙体这一全新的建筑体系,考虑接缝处保温、防水、气密性的情况下,设计了干式连接的接缝构造:接缝两侧采用槽口构造,在靠室内的一侧,由内向外依次填充止水橡胶条、EPS泡沫条、建筑密封胶,用高强灌浆料将除预留排水槽以外的空隙部位灌浆填实,最后用砂浆对竖向缝进行找平。装配式承重复合墙体干式连接这一全新的建筑体系接缝的传热特征十分复杂,内部钢板连接件涉及垂直于厚度方向的二维甚至三维传热理论,为了探索这种装配式复合墙结构干式连接竖向接缝处的温度、热流密度等传热性能,选用了二维三维软件共同模拟验证。通过红外热像仪观测找出其保温性能较薄弱的位置、ANSYS有限元热分析法分析其接缝处的温度、热流分布特征,采用PTemp热桥二维稳态传热方法,计算了墙板间三种典型接缝处的线传热系数并验算其结露风险,探寻连接件、材料、缝宽等因素对干式连接建筑墙板接缝的热工影响,并通过EnergyPlus进行能耗模拟,验证接缝处构造方法的可行性与节能效果。螺栓连接方式相对于其他几种干式连接方式,传热最为稳定,施工最为简易,推荐优先使用。接缝钢板与钢板结合处热阻最小,热流密度最大,钢板对接缝处传热有很大影响。通过有限元验证接缝在5到50mm宽度之间的热流密度和温度分布。竖缝宽度应该在10~20mm的合理范围内取值,验证了装配式规范对干式连接无保温墙板处理竖向接缝宽度的要求。此类干式连接墙板在寒冷地区宜采用50mm厚度以上的EPS外保温构造方式,同时覆盖墙板和接缝。墙板T型连接处连接件钢板位置线传热系数较大,当使用本研究提出的接缝构造后,线传热系数值ψ=0.01W/(m·K),数值与有限元计算值相同,满足线传热系数限值小于等于0.01W/(m·K)的要求,再一次验证了此接缝构造的可行性。模拟得出密肋复合墙板竖缝处不进行处理的全年单位面积累计热负荷指标为43.63(Kw·h)/m2,竖缝处采用此类构造设计的节能优化方案-全年单位面积累计热负荷指标为39.12(Kw·h)/m2,比原整体节能方案降低4.51(Kw·h)/m2,节能效率提升10.3%左右。
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