海尔斯蜂巢轻质墙体在高烈度区框架及框架-核心筒结构设计中的应用

海尔斯蜂巢轻质墙体在高烈度区框架及框架-核心筒结构设计
中的应用
邱玉东;戴开法
【摘要】采用蜂巢轻质墙体,降低结构自重,从而降低结构受到的地震作用,达到降低结构用钢量,降低工程造价,墙体的特性优势明显,节省项目投资的目的.
【期刊名称】《居业》
【年(卷),期】2010(002)001
【总页数】4页(P20-23)
【关键词】砌块;蜂巢轻质墙体;高烈度;地震作用;工程造价;结构设计
【作者】邱玉东;戴开法
【作者单位】同济大学,上海同设建筑设计院,上海,200092;同济大学,上海同设建筑设计院,上海,200092
【正文语种】中文
【中图分类】TU522.3
1 海尔斯蜂巢轻质墙体构造
图1 海尔斯蜂巢轻质墙体
海尔斯蜂巢轻质墙体是以纤维蜂巢②为芯材，不燃材料植物纤维水泥蒸压板①为敷面，用天然玉米淀粉胶复合而成的蜂巢墙板，通过专用限位槽③结合专用填充剂、
专用嵌缝剂和专用锚栓等安装，形成全新的《海尔斯蜂巢轻质墙体建筑构造》体系。

适用于居住建筑、公共建筑和工业建筑工程的非承重内隔墙。

因其单位平方米重量仅相当于普通多孔砖墙体的二十五分之一，相当于混凝土空心砌块的十五分之一，相当于轻钢龙骨纸面石膏板的三分之一，所以更适用于高层建筑的内隔墙体。

其基本构造见图1。

详见《海尔斯蜂巢轻质墙体建筑构造》图集/2009沪J/T-147。

2 海尔斯蜂巢轻质墙体主要技术指标（表1）
表1 技术指标质墙体单位技术指标试验方法或依据规范面密度 kg/m3
1200≤D≤1400 GB/T7019-1997耐火极限 h 0.50＜te≤1.30 GB8624-2006抗压强度MPa 2≤抗压强度≤5抗冲击次抗冲击25次以上单点吊挂力N 20≤F≤500
导热系数 W/（m·K）≤0.13计权隔声量dB 35≤Rw＜50 GB/T-50121-2005含水率% ≤10湿胀率% ≤0.20% GB/T7019-1997质量kg/m2 18≤W≤28甲醛含量
0 0 GB50325-2001蜂巢轻放射性内照射指数≤0.25外照射指数≤0.35GB6566-2001再生利用率 % 100%
3 海尔斯蜂巢轻质墙体主要特点
海尔斯蜂巢轻质墙体具有良好的抗震、缓冲性能，轻质、安装快捷方便、不开缝、不变形，大板块（3300×1200×100）安装、整体性好，占用空间小；防水、保温、节能、隔声、耐火，不含有放射性、毒害性物质，废弃物可降解、也可回收再利用，无污染。

该结构体系全国首创，施工技术经科技查新为国际先进；也是上海市高新技术成果。

因其质量很轻，故应用于高层建筑更有利于结构的优化。

我们将其在高烈度区框架-核心筒结构设计中的应用，并获得了很好的成效。

4 工程实例
宿豫经济开发区商务中心主楼位于江苏省宿迁市宿豫区，为钢筋混凝土框架-核心
筒结构，地下1层，地上23层，结构总高度81.90 m，总建筑面积约为20,000
m2，抗震设防烈度为8度，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度为
0.30g。

该工程于2006年11月开工建设，2009年6月主体竣工。

主楼的效果图见图2。

图2 宿豫经济开发区商务中心效果图
本工程结构设计基本参数见表2。

5 采用海尔斯蜂巢轻质墙体与采用混凝土空心砌块、加气混凝土砌块墙体的比较表2 本工程结构设计基本参数序号项目数据内容1 建筑结构的安全等级二级2 地基基础安全等级乙级3 桩基安全等级甲级4 设计使用年限 50年5 抗震设防类别丙类建筑
6 地基土液化等级及处理不考虑地基土液化影响
7 抗震设防烈度 8度
8 地震加速度 0.3g
9 设计地震分组第一组10 场地类别 III类11 特征周期
Tg=0.45s 12 水平地震影响系数最大值αmax=0.24 13 抗震等级一级14 风荷载0.40 kN/m2 15 地面粗糙度 B级
结构设计主要截面见表3。

表3 截面情况楼层典型框架柱（b×h）框架梁（b×h）抗震墙厚度／mm柱、墙混凝土强度等级地下室～第 5层600×1000400×700 400×600 700 600 C60第6层～第 12层600×1000400×700 400×600 600 500 C60～C50第 13层～第17层600×600 400×700 400×600 500 400 C40～C30第 18层～屋面
400×600 300×500 300×700 400 300 C30
由于海尔斯蜂巢轻质墙体密度很小，用于高层建筑将有效减小结构重量，从而降低结构受到的地震作用。

对于处在高地震烈度区的高层建筑来说，使用海尔斯蜂巢轻质墙材更能显示出其减轻地震作用的良好效果。

下面将以宿豫经济开发区商务中心这一钢筋混凝土框架-核心筒结构为例，对采用海尔斯蜂巢轻质墙体与采用混凝土空心砌块墙体、加气混凝土砌块墙体三种情况下的结构动力特性、地震作用下基底剪力、地震作用下层间位移角、结构配筋用钢量等进行比较。

表4列出了建筑中采用海尔斯蜂巢轻质墙体与采用混凝土空心砌块、加气混凝土
砌块墙体三种情况下的结构动力特性比较，从表中可以看出，当采用蜂巢轻质墙体时，结构的周期较小，而结构的刚度在两种情况下是不变的，说明此时结构的质量较低。

实际上，采用海尔斯蜂巢轻质墙体时结构的总质量为41 743 t，采用混凝
土空心砌块墙体时结构的总质量为46 793 t，采用加气混凝土砌块墙体时结构的
总质量为45 011 t，三者比较后发现采用海尔斯蜂巢轻质墙体结构质量减少约12%和8%。

由于地震作用是惯性力作用，减小结构质量将会减小结构承受的地震作用。

三种情况下的结构动力特性比较见表4。

表4 结构动力特性比较自振周期海尔斯蜂巢轻质墙体（X+Y+Rz）混凝土空心砌
块墙体（X+Y+Rz）加气混凝土砌块墙体（X+Y+Rz）T1／s 1.3457
（1.00+0.00+0.00）1.4152（1.00+0.00+0.00）1.3905（1.00+0.00+0.00）T2／s 1.2600（0.00+1.00+0.00）1.3242（0.00+1.00+0.00）1.3015
（1.00+0.00+0.00）0.8903（1.00+0.00+0.00）T3／T1 0.6368 0.6421 0.6403 T3／s 0.8569（0.00+0.00+1.00）0.9087（0.00+0.00+1.00）
5.2 结构基底剪力比较
表5显示出，建筑中采用海尔斯蜂巢轻质墙墙体与采用混凝土空心砌块、加气混
凝土砌块墙体三相比较，混凝土空心砌块在地震作用下的X向基底剪力减小约12%，Y向基底剪力减小约13%；加气混凝土砌块在地震作用下的X向基底剪力
减小约8%，Y向基底剪力减小约8%。

就直观的说明了采用该墙体的减震效果。

结构基底地震剪力比较见表5。

表5 地震剪力比较加气混凝土砌块墙体X向基底剪力／kN 26 503 29 731 28 610 Y向基底剪力／kN 26 848 30 280 29 130基底剪力海尔斯蜂巢轻质墙体混
凝土空心砌块墙体
从表6中能够看出，建筑中采用海尔斯蜂巢轻质墙体时，结构的最大层间位移角较小，说明结构在地震作用下的变形较小，这也反映出采用海尔斯蜂巢轻质墙体的优越性。

结构最大层间位移角比较见表6。

表6 位移角比较加气混凝土砌块墙体X向最大层间位移角 1/920 1/851 1/874 Y 向最大层间位移角 1/886 1/840 1/864层间位移角海尔斯蜂巢轻质墙体混凝土空心砌块墙体
5.4 结构配筋用钢量比较
结构除了承受恒载、活载等竖向荷载外，还要承受地震荷载、风荷载等水平荷载，其中地震荷载的大小对钢筋混凝土构件配筋量有直接的影响。

由于采用蜂巢轻质墙材后，建筑的总质量降低，结构承受的地震作用减小，从而结构构件配筋用钢量降低。

通过建筑中采用海尔斯蜂巢轻质墙体与采用混凝土空心砌块、加气混凝土砌块墙体三者的比较，发现采用蜂巢轻质墙体后，结构配筋用钢量分别减少8%和5%左右。

所以降低了结构造价。

5.5 基础部分材料用量比较
本工程基础采用钢筋混凝土钻孔灌注桩，钢筋混凝土阀板基础，桩径800 mm，桩长27 m。

基础部分材料用量比较见表7。

表7 材料用量比较分项海尔斯蜂巢轻质墙体混凝土空心砌块墙体加气混凝土砌块墙体工程总质量 41 743 t 46793 t 45011 t基础底板厚度 h=1 900 mm h=2 100 mm h=2 100 mm主楼下布桩数 146根 166根 160根
通过建筑中采用海尔斯蜂巢轻质墙体与采用混凝土空心砌块及加气混凝土砌块墙体三者的比较，发现采用蜂巢轻质墙体后，主体建筑下桩数可减少12.0%、板厚减
少9.5%左右，底板钢筋混凝土用量减少440 m3，桩钢筋混凝土用量减少271
m3。

从而降低了基础造价。

5.6 保温性能的比较
海尔斯蜂巢轻质墙体为复合材料，内外传导的热桥主要是空气和草木纤维体，导热系数小；与采用混凝土空心砌块及加气混凝土砌块墙体相比较，有更好的节能效果。

保温性能的比较见表8。

表8 保温性能比较加气混凝土砌块墙体W/m·K 0.08～0.13 0.7～1.2 0.10～0.16
导热系数海尔斯蜂巢轻质墙体混凝土空心砌块墙体
5.7 燃烧性能的比较
通过建筑中采用海尔斯蜂巢轻质墙体与采用混凝土空心砌块及加气混凝土砌块墙体三者均为无机不燃材料，燃烧性能等级相同
燃烧性能的比较见表9。

表9 燃烧性能比较墙体类型海尔斯蜂巢轻质墙体加气混凝土砌块墙体等级 A A A 混凝土空心砌块墙体
5.8 施工进度的比较
海尔斯蜂巢轻质墙体其施工速度分别是混凝土空心砌块墙体、加气混凝土砌块墙体的12和10倍。

大大地提高施工效率，缩短了工期。

施工进度的比较见表10。

表10 施工进度比较加气混凝土砌块墙体施工定额／（m2（天/人））50 4 5施
工组织（20工人进场）10 d 123 d 98 d分项海尔斯蜂巢轻质墙体混凝土空心砌块墙体
5.9 建筑使用面积的比较
海尔斯蜂巢轻质墙体其厚度较混凝土空心砌块墙体和加气混凝土砌块墙体薄。

所以可以节约建筑空间，增加了使用面积。

本工程中增加建筑使用面积332 m2，得房
率提高1.7%。

建筑使用面积的比较见表11。

表11 建筑使用面积比较分项海尔斯蜂巢轻质墙体混凝土空心砌块墙体加气混凝
土砌块墙体材料规格（办公内隔墙）3000×1200×100 600×300×200
600×300×200内墙占地面积/（m2／延米）0.10 0.20 0.20内墙占地面积/m2 332 664 664
5.10 海尔斯蜂巢轻质墙体的应用前景
海尔斯蜂巢轻质墙体已在上海及江苏等地进行推广并得到应用；如宿迁管委会办公大楼、上海永和家苑、上海东明建材楼房改造工程及四川灾区集成化住宅等均取得了很好的效果。

相关资料表明，采用海尔斯蜂巢轻质墙体与使用混凝土空心砌块、加气混凝土砌块墙体相比，质量更轻，结构质量减少约12%和8%；节约内墙体
投资20%～30%，二、三类建筑能够可增加使用面积3%～3.7%，安装更为简便，其施工速度是普通板材复合墙体的7倍，小块砌体墙体的20倍；减少了施工的工作量。

降低工程总造价（本案例中使用海尔斯蜂巢轻质墙体与传统墙体材料相比较，其工程总造价节约了13%），蜂巢轻质墙体环保、可再生利用。

所以，该轻质墙
体是一种安全可靠、节能、环保经济的新型内隔墙墙体。

可广泛地设计应用于高层建筑，尤其是应用在地震高烈度区的高层建筑更突显其优越性。

6 结论
通过对海尔斯蜂巢轻质墙体的介绍、宿豫经济开发区商务中心框架－核心筒结构计算成果分析，以及在商务中心设计中采用海尔斯蜂巢轻质墙体与采用普通混凝土空心砌块、加气混凝土砌块墙体三者的比较，能够得到以下结论：
采用海尔斯蜂巢轻质墙体后，结构的自振周期有所降低，对采用普通混凝土空心砌块墙体来说结构的总重量减少约12%，结构的X向和Y向基底剪力分别减少约12%和13%。

对采用加气混凝土砌块墙体来说结构的总重量减少约8%，结构的X，Y
向基底剪力减小约8%。

使结构的最大层间位移角有所降低，结构配筋用钢量分别减少8%和5%，同时也节约了结构配筋与混凝土用量。

减少内墙体投资20%～30%，增加建筑可利用面积1.7%；设计应用于高层建筑，节能环保、可有效地提高建筑工程的抗震性能，降低工程造价，提高得房率，缩短了施工，减小基本建设项目投资周期；效益显著。