装配式轻钢承重保温一体化墙板结构房屋设计研究

一、引言

随着建筑行业对节能环保及工业化建造要求的提升，装配式建筑因其高效、节能、环保等特性备受关注。其中，装配式轻钢承重保温一体化墙板结构房屋作为一种新型建筑结构形式，结合了轻钢的高强度与一体化墙板的保温隔热等多功能优势，具有良好的发展前景。深入研究其设计方法，对推动此类房屋的规范化、高效化建设意义重大。

二、装配式轻钢承重保温一体化墙板结构体系概述

（一）结构组成

轻钢骨架

装配式轻钢承重结构通常采用薄壁型钢作为主要受力构件，如 C 型、Z 型冷弯薄壁型钢。这些型钢通过焊接、螺栓连接等方式形成稳定的骨架体系，承担房屋的竖向和水平荷载。轻钢骨架具有强度高、重量轻的特点，能够有效减轻房屋自重，降低基础造价。

保温一体化墙板

保温一体化墙板一般由内、外层面板和中间保温层组成。内层面板多采用防火、防潮性能良好的石膏板等材料，外层面板可选用具有耐久性和装饰性的纤维水泥板等。中间保温层常采用聚苯乙烯泡沫板（EPS）、挤塑聚苯乙烯泡沫板（XPS）或聚氨酯泡沫等高效保温材料，实现房屋良好的保温隔热性能。

（二）体系优势

节能环保

保温一体化墙板的高效保温隔热性能，能有效减少房屋在使用过程中的能源消耗，降低采暖和制冷成本。同时，装配式建造方式减少了现场湿作业，降低了建筑垃圾的产生，符合节能环保的发展理念。

施工速度快

轻钢骨架和一体化墙板在工厂预制生产，现场只需进行组装，大大缩短了施工周期。与传统砖混结构房屋相比，可节省大量的施工时间，提高建设效率。

空间灵活性高

轻钢骨架的结构形式较为灵活，可根据建筑功能需求进行多样化的空间布局设计。同时，一体化墙板的安装方便，便于后期对房屋空间进行改造和调整。

三、装配式轻钢承重保温一体化墙板结构房屋设计要点

（一）结构设计

荷载计算

准确计算房屋所承受的各种荷载是结构设计的基础。包括恒荷载，如轻钢骨架、保温一体化墙板、屋面及楼面材料等的自重，活荷载以及风荷载、地震作用等水平荷载。根据不同地区的气象和地质条件，按照相关规范确定荷载取值。

轻钢骨架设计

根据荷载计算结果，合理选择轻钢型材的规格和型号。对轻钢骨架进行力学分析，确保其在各种荷载组合作用下满足强度、刚度和稳定性要求。同时，考虑轻钢骨架的防腐处理，采用热浸镀锌等方式提高其耐久性。

整体结构稳定性设计

通过设置支撑体系，增强房屋整体结构的稳定性。在轻钢骨架的节点处，采用合理的连接方式，保证节点的传力可靠，使结构在水平荷载作用下能够协同工作。

（二）保温隔热设计

保温材料选择

据当地气候和节能要求，选合适的保温材料及厚度。在寒冷地区，应优先选用保温性能更好的聚氨酯泡沫等材料，并适当增加保温层厚度满足冬季需求；夏热冬冷地区，综合考虑保温和隔热性能。同时，要关注保温材料的防火性能，确保符合建筑防火规范。

避免热桥设计

热桥会导致热量传递增加，降低保温效果。在设计中，应尽量避免轻钢骨架与外界直接接触形成热桥。

通风设计

合理通风设计利于改善室内空气质量、调节温度。可在屋面、外墙设通风口，借助自然通风实现室内外空气流通；同时结合机械通风系统，在室内空气质量差时辅助通风，提升室内舒适度。

（三）连接节点设计

轻钢骨架与墙板连接

轻钢骨架与保温一体化墙板的连接节点设计至关重要。一般采用自攻螺钉或专用连接件将墙板固定在轻钢骨架上。连接时确保牢固防墙板脱落，同时做好节点密封，避免雨水渗漏与空气渗透。

墙板之间连接

保温一体化墙板之间的连接应保证密封性能和整体性。可采用企口连接、榫卯连接等方式，使墙板之间紧密结合。在连接部位设密封材料防雨水和空气渗漏，通过合理设计节点，让墙板协同受力以增强墙体整体性能。

基础与轻钢骨架连接

基础与轻钢骨架的连接要保证结构的稳定性和传力可靠。通常采用地脚螺栓将轻钢骨架固定在基础上，并在连接部位设置垫板，增大接触面积，均匀传递荷载。同时，要对基础进行防水处理，防止基础受潮影响结构安全。

四、设计案例分析

（一）项目概况

该装配式轻钢承重保温一体化墙板结构房屋项目位于北方城市，建筑面积 200m2 ，为两层住宅。该地区冬季寒冷，夏季较为凉爽，对房屋的保温性能要求较高。

（二）设计过程

结构设计

根据项目所在地的荷载标准，计算出房屋的恒荷载、活荷载、风荷载和地震作用。选合适规格的冷弯薄壁型钢作轻钢骨架，根据受力分析，确定轻钢梁、柱的间距为 600mm ，截面尺寸也进行调整。在房屋的四个角部和山墙部位设置交叉支撑，增强结构的整体稳定性。

保温隔热设计

根据气候条件，保温一体化墙板的中间保温层选用 50mm 厚的聚氨酯泡沫板。在轻钢骨架与外墙板之间设置隔热垫片，避免热桥产生。屋面设通风口，结合自然通风和机械通风系统，改善室内空气质量、调节温度。

连接节点设计

轻钢骨架与墙板采用自攻螺钉连接，墙板间用企口连接，缝隙处设置橡胶密封条密封。基础与轻钢骨架通过地脚螺栓连接，基础表面做防水处理。

（三）实施效果

项目施工中，由于采用装配式建造方式，施工速度快，仅两个月就完成了主体结构的安装。建成后，保温隔热性能良好，冬季室内温度较为舒适，有效降低了采暖成本。且房屋的空间布局灵活，满足了业主的多样化需求。

五、设计优化建议

（一）进一步提高标准化设计水平

加强装配式轻钢承重保温一体化墙板房屋标准化设计研究，制定统一设计标准与模数协调体系，实现轻钢骨架、墙板等构配件标准化生产与通用化安装，提效率、降低成本。

（二）加强新型材料与技术应用

关注新型保温材料、轻钢型材和连接技术的发展，积极引入性能更优的材料和技术。研发新型的轻钢连接节点，提高连接的可靠性和施工便捷性。

（三）完善设计软件与模拟分析

开发针对装配式轻钢承重保温一体化墙板结构房屋的设计软件，集成结构设计、保温隔热设计、连接节点设计等功能模块。实现提前预测房屋的力学性能、热工性能等，优化设计方案，提高质量和效率。

六、结论

装配式轻钢承重保温一体化墙板结构房屋作为一种新型建筑结构形式，具有节能环保、施工速度快、空间灵活性高等诸多优势。在设计过程中，需充分考虑结构设计、保温隔热设计和连接节点设计等关键点，确保房屋的安全性、舒适性和耐久性。通过实例分析可知，合理的设计能使此类房屋在实际应用中取得良好效果。同时，通过进一步提高标准化设计水平、加强新型材料与技术应用以及完善设计软件与模拟分析等优化措施，可推动装配式轻钢承重保温一体化墙板结构房屋的进一步发展，为建筑行业的绿色化和工业化转型做出贡献。

参考文献

[1] 关文杰. 轻钢骨架装配式房屋建筑结构设计[J]. 建筑技术开发,2022,49(22):10-12.

[2] 袁志仁,朱浩,彭波,等.装配式轻钢承重保温一体化墙板受剪性能研究[J].长春工程学院学报(自然科学版),2023,24(02):23-28.

[3] 杨佑珩.房屋建筑结构加固设计及技术应用研究[J].住宅与房地产,2023,(20):91-93.