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后墙是日光温室的重要组成部分,是区别于其他类型温室的主要标志。后墙对于日光温室来说,无论是从生产功能上,还是从经济投入上均占据重要地位。后墙的结构形式、材料选择及构造做法的合理与否,直接影响日光温室内夜间的环境温度,并影响着总日光温室的造价。
“西北非耕地温室结构与建造技术”项目组,通过实地调研,根据西北非耕地的资源、交通、施工现状,以充分利用西北非耕地当地资源为原则,尝试设计了一种适合西北非耕地日光温室的轻简化装配式后墙。
后墙设计思路
日光温室后墙采用土墙和砖墙是目前应用较为广泛的墙体类型。但土墙存在对耕土层破坏严重、土地利用率低下等问题;砖墙虽然占地较小,但现场砌筑施工效率较低,有时难以保证满灰满缝。随着人工成本的快速增加,该类材料的应用空间将会受到进一步挤压。
为解决上述问题,项目组针对西北非耕地特点设计了以预制混凝土板夹芯填土作为储热层、以聚苯板作为保温层的轻简化装配式后墙。预制混凝土板运至现场后可快速组装,减少了砌筑程序,施工效率高,有极大的推广应用空间。填土可就地取材,不仅可降低墙体建造成本,还能避免预制混凝土板之间密封不严而形成的缝隙,提高墙体保温性能。另外,在后墙外侧贴聚苯板能显著提高墙体热阻,进一步增强墙体封闭性,填土层只需承担蓄热功能即可,其厚度较普通土墙可大大减小,有利于提高土地利用率。
后墙保温蓄热设计
实验研究表明,日光温室内侧土墙50 cm的部分起到储放热的功能,其余部分承担保温功能,即用于防止储热层热量流向室外。根据计算,“6 cm混凝土板 40 cm夯土 6 cm混凝土板 10 cm聚苯板”即可满足墙体储放热和保温要求,继续增加填土厚度对墙体内表面温度影响有限。考虑现场后墙施工的因素,填土层厚度确定为70 cm,则轻简化装配式后墙的结构为“6 cm混凝土板 70 cm夯土 6 cm混凝土板 10 cm聚苯板”以确保日光温室的安全使用。
项目组采用一维差分法对轻简化装配式后墙与山东寿光五代日光温室土墙的内表面温度进行了模拟,确认是否需要通过调整夯土层厚度使得轻简化装配式后墙的保温蓄热性能不低于土墙。图1是轻简化装配式后墙和土墙内表面温度在闭帘期间(17:00~次日08:00)的变化。该结果表明设计墙体的保温蓄热性能不劣于土墙,不需要继续增加夯土层厚度。
后墙承重设计
后墙承重结构为钢框架和预制混凝土板,钢框架承受屋面传来的荷载,后墙内外6 cm预制混凝土板承受板内70 cm填土的荷载。
骨架设计荷载考虑保温被0.03 kN/m2、后屋面0.25 kN /m2、风荷载0.40 kN /m2、雪荷载0.25 kN /m2
及吊挂荷载0.15 kN /m2,通过结构计算,钢框架柱采用T形截面150×150×6×8mm,横梁用L50×5角钢,斜撑采用¢12钢筋,钢框架每3 m一榀,顶部用L50×5角钢连接钢框架,预制混凝土板考虑承受70 cm厚土压力,板为单向板,板钢筋放置在无土一侧,且靠近温室内一侧混凝土表面拉毛,效果更好。基础设计为混凝土条形基础。后墙平、剖面图详见图2、图3。
后墙装配化施工
后墙施工步骤为:基础施工——钢框架安装——分层安装钢筋混凝土预制混凝土板——板中间分层填土夯实——封顶——后墙保温板施工。
后墙施工中需注意预制混凝土板放置方向和填土施工顺序。由于预制混凝土板一侧受土压力作用,有板钢筋一侧须放置在无土侧;后墙内填土材料应过筛去除杂质,施工前洇水至最优含水率。施工顺序为:将两侧预制混凝土板逐层放入,安装一层板,填一层土,分层夯实,直到墙顶。施工过程见图4~图11。
结论
后墙采用预制混凝土板,而非传统的烧制普通粘土砖,大大减少了能耗。采用“钢筋混凝土板 填土 保温板”组合形式,蓄热保温效果明显,且整体采用装配式结构,所需材料均通过工厂预制,现场只需要装配即可完成安装,节省了建造时间。
(执笔:闫俊月,李 明,张秋生,尹义蕾)
“西北非耕地温室结构与建造技术”项目组,通过实地调研,根据西北非耕地的资源、交通、施工现状,以充分利用西北非耕地当地资源为原则,尝试设计了一种适合西北非耕地日光温室的轻简化装配式后墙。
后墙设计思路
日光温室后墙采用土墙和砖墙是目前应用较为广泛的墙体类型。但土墙存在对耕土层破坏严重、土地利用率低下等问题;砖墙虽然占地较小,但现场砌筑施工效率较低,有时难以保证满灰满缝。随着人工成本的快速增加,该类材料的应用空间将会受到进一步挤压。
为解决上述问题,项目组针对西北非耕地特点设计了以预制混凝土板夹芯填土作为储热层、以聚苯板作为保温层的轻简化装配式后墙。预制混凝土板运至现场后可快速组装,减少了砌筑程序,施工效率高,有极大的推广应用空间。填土可就地取材,不仅可降低墙体建造成本,还能避免预制混凝土板之间密封不严而形成的缝隙,提高墙体保温性能。另外,在后墙外侧贴聚苯板能显著提高墙体热阻,进一步增强墙体封闭性,填土层只需承担蓄热功能即可,其厚度较普通土墙可大大减小,有利于提高土地利用率。
后墙保温蓄热设计
实验研究表明,日光温室内侧土墙50 cm的部分起到储放热的功能,其余部分承担保温功能,即用于防止储热层热量流向室外。根据计算,“6 cm混凝土板 40 cm夯土 6 cm混凝土板 10 cm聚苯板”即可满足墙体储放热和保温要求,继续增加填土厚度对墙体内表面温度影响有限。考虑现场后墙施工的因素,填土层厚度确定为70 cm,则轻简化装配式后墙的结构为“6 cm混凝土板 70 cm夯土 6 cm混凝土板 10 cm聚苯板”以确保日光温室的安全使用。
项目组采用一维差分法对轻简化装配式后墙与山东寿光五代日光温室土墙的内表面温度进行了模拟,确认是否需要通过调整夯土层厚度使得轻简化装配式后墙的保温蓄热性能不低于土墙。图1是轻简化装配式后墙和土墙内表面温度在闭帘期间(17:00~次日08:00)的变化。该结果表明设计墙体的保温蓄热性能不劣于土墙,不需要继续增加夯土层厚度。
后墙承重设计
后墙承重结构为钢框架和预制混凝土板,钢框架承受屋面传来的荷载,后墙内外6 cm预制混凝土板承受板内70 cm填土的荷载。
骨架设计荷载考虑保温被0.03 kN/m2、后屋面0.25 kN /m2、风荷载0.40 kN /m2、雪荷载0.25 kN /m2
及吊挂荷载0.15 kN /m2,通过结构计算,钢框架柱采用T形截面150×150×6×8mm,横梁用L50×5角钢,斜撑采用¢12钢筋,钢框架每3 m一榀,顶部用L50×5角钢连接钢框架,预制混凝土板考虑承受70 cm厚土压力,板为单向板,板钢筋放置在无土一侧,且靠近温室内一侧混凝土表面拉毛,效果更好。基础设计为混凝土条形基础。后墙平、剖面图详见图2、图3。
后墙装配化施工
后墙施工步骤为:基础施工——钢框架安装——分层安装钢筋混凝土预制混凝土板——板中间分层填土夯实——封顶——后墙保温板施工。
后墙施工中需注意预制混凝土板放置方向和填土施工顺序。由于预制混凝土板一侧受土压力作用,有板钢筋一侧须放置在无土侧;后墙内填土材料应过筛去除杂质,施工前洇水至最优含水率。施工顺序为:将两侧预制混凝土板逐层放入,安装一层板,填一层土,分层夯实,直到墙顶。施工过程见图4~图11。
结论
后墙采用预制混凝土板,而非传统的烧制普通粘土砖,大大减少了能耗。采用“钢筋混凝土板 填土 保温板”组合形式,蓄热保温效果明显,且整体采用装配式结构,所需材料均通过工厂预制,现场只需要装配即可完成安装,节省了建造时间。
(执笔:闫俊月,李 明,张秋生,尹义蕾)