1、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同济大学上海同设建筑设计院 副 院 长 邱玉东总工程师 季万江上海华东建设发展设计有限公司 副总工程师 赵德良【提要】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。【关键词】蜂巢轻质墙体 高烈度 地震作用 工程造价 结构设计1.海尔斯蜂巢轻质墙体构造海尔斯蜂巢轻质墙体是以纤维蜂巢 为芯材，不燃材料植物纤维水泥蒸压板 为敷面，用 2 1天然玉米淀粉胶复合而成的蜂巢墙板，通过专用限位槽 结合专用填充剂、专用嵌缝剂和专用锚 3栓等安装，形成全新的海尔斯
2、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图 1 海尔斯蜂巢轻质墙体22. 海尔斯蜂巢轻质墙体主要技术指标见表（1）:表（1）蜂巢轻质墙体 单 位 技 术 指 标 试验方法或依据规范面 密 度 kg/m 1200 D 1400 GB/T7019-1997耐火极限 h 0.50 te 1.30 GB8624-2006抗压
3、强度 2 抗压强度 5抗 冲 击 次 抗冲击25次以上单点吊挂力 N 20F 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/ 18W28甲醛含量 0 0 GB50325-2001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
4、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 米，总建筑面积约为 20,000m2，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
5、 6 月主体竣工。主楼的效果图见图 2。3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）：表(2)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 0.3g9 设计地震分组 第一组10 场地类别 III 类11 特征周期 Tg=0.45s12 水平地震影响系数最大值 max=0.24 13 抗震等级 一级14 风荷载 0.40KN/m15 地面粗糙度 B 级 4结构设计主要截面见表(3)：表
6、(3)构件类型楼层典型框架柱（bh）框架梁（bh）抗震墙厚度（mm）柱、墙混凝土强度等级地下室第 5 层 6001000 400700400600 700600 C60第 6 层第 12 层 6001000 400700400600 600500 C60C50第 13 层第 17 层 600600 400700400600 500400 C40C30第 18 层屋面 400600 300500300700 400300 C305.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
7、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。5.1结构动力特性比较表 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
8、总质量为 41743 吨，采用混凝土空心砌块墙体时结构的总质量为 46793 吨，采用加气混凝土砌块墙体时结构的总质量为 45011 吨，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)支撑类型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）
9、1.2600 (0.00+1.00+0.00) 1.3242 (0.00+1.00+0.00) 1.3015(1.00+0.00+0.00)T3（s） 0.8569 (0.00+0.00+1.00) 0.9087 (0.00+0.00+1.00) 0.8903(1.00+0.00+0.00)T3/T1 0.6368 0.6421 0.640355.2 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
10、 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)墙体类型基底剪力 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X 向基底剪力 (kN) 26503 29731 28610Y 向基底剪力 (kN) 26848 30280 291305.3 结构层间位移角比较从表 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)墙体类型层间位移角 海尔斯蜂巢轻质墙体 混凝土空心砌块墙体 加气混凝土
11、砌块墙体X 向最大层间位移角 1/920 1/851 1/874Y 向最大层间位移角 1/886 1/840 1/8645.4 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
12、筋混凝土阀板基础，桩径 800mm，桩长 27m。基础部分材料用量比较见表(7)：表(7)墙体类型分 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 41743 吨 46793 吨 45011 吨基础底板厚度 h=1900mm h=2100mm h=2100mm主楼下布桩数 146 根 166 根 160 根6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 440m,桩钢筋混凝土用量减少 271 m。从而降低了基础造价。5.6 保
13、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）：墙体类型导热系数 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W/m.K 0.080.13 0.7-1.2 0.100.165.7 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）：墙体类型燃烧性能 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等 级 A A A5.8
14、 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）：墙体类型分 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施工定额 （m/天/人） 50 4 5施工组织（20 工人进场） 10 天 123 天 98 天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 平方米。得房率提高 1.7%建筑使用面积的比较见表（11）：7表（11）：墙体类型
15、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/ 延米 0.10 0.20 0.20内墙占地面积 332 664 6645.10 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 2030，二、三类
16、建筑能够可增加使用面积33.7，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
17、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。参考文献：1、宿豫经济开发区商务中心工程抗震设防结构电算成果资料2、 海尔斯蜂巢轻质墙体构造图集/2009 沪 J/T-147。
