1 轻钢龙骨组合墙板简介
近些年来我国正在不断提升建筑节能标准，对建筑物的窗户传热系数和保温材料性能都提出了更高的要求。围护结构的建造成本在总成本中占据了相当大的比重，提高节能标准对传统墙体意味着保温材料厚度增加，墙体的建造成本日益攀升，建设工程成本管理压力陡增。与此同时，简单增加厚度可能使得墙体的整体性和耐火性变差，保温层剥落的风险也随之提高。建筑行业为了解决墙体建造成本的问题，同时响应国家节能减碳的号召，正在积极研发兼具轻质高强、保温隔音性、耐火性的新型墙体。
西方发达国家已经很早开始在工程实际探索新型墙体的应用，经过许多年的发展已经形成了几种相对成熟的墙板体系，例如预制混凝土夹芯保温墙板、蒸压加气轻质混凝土板、轻钢龙骨组合墙板等。轻钢龙骨组合墙板也是我国近些年来发展最快的墙板形式之一。轻钢龙骨组合墙板因为轻质高强、延性性能好、自身保温性能好、施工速度快、节能环保等特点，快速占据了一部分市场，并且在工程实践中不断改进，具有广阔的发展前景[1,2]。
轻钢龙骨组合墙体是一种以轻钢龙骨为墙板立柱，使用不同填料面层和填充材料的新型墙体。轻钢龙骨组合墙体的基本骨架为截面形式为U型或C型的卷边截面冷弯薄壁型钢，而填料种类多样，如水泥或混凝土板、石膏板、工业灰渣板、纤维类材料面板等，不同的填充料面层具有不同的特性，可以针对不同环境因地制宜选用面板材料，进而发展出了轻钢龙骨水泥墙板、轻钢龙骨石膏墙板和轻钢龙骨粉煤灰夹芯墙板等多种类型。轻钢龙骨组合墙板还可以与装配式技术相结合，使用大规模的工业预制化生产，预制墙板与建筑物框架的连接方式一般采用连接角码等连接件，将轻钢龙骨立柱与连接件形成墙体骨架，然后使用自攻螺钉连接预制面板。墙体构件在预制工厂制作成型，仅需要施工现场完成吊装和拼接工艺，可以极大的提高建造速度，并且在施工现场有效减少大量建筑垃圾的产生。
2 轻钢龙骨组合墙板的受压性能研究
轻钢龙骨是组合墙板内部的主要受力构件，但是墙板发展初期关于轻钢龙骨轴压承载计算一直没有定论。国外学者经过不断的研究后，先后提出两种关于轻钢龙骨的轴压计算方法，分别是有效宽度法[3-5]和直接强度法[6-8]，其中AISI根据有效宽度法的研究成果制定了北美冷成型钢构件设计规范。墙体的整体抗压试验研究较晚时间才进行。1976年，Simaan和Pekoz等[9]率先展开对石膏板覆面的轻钢龙骨试件的受压性能的研究。他们分别研究无覆板、一面覆板、双面覆板的墙体在轴压荷载下钢龙骨立柱的屈曲方式，发现有无覆板显著影响轻钢龙骨的承载能力，并且提出剪力蒙皮效应的概念，此后，他们根据能量法提出来计算墙体极限承载力的设计方法[10-12]。
我国对于轻钢龙骨组合墙体力学性能的研究起步较晚，较早的成果自本世纪初以后才开始出现。2003年，夏冰青[13]参考了AISI发布的北美冷成型钢构件设计规范及其规范说明，考虑外面板支撑作用的影响，提出来符合我国规范中关于剪力蒙皮作用的轻钢龙骨组合墙体的受压、受压理论计算简化方法。贝晗[14]通过ANSYS软件建立了轻钢龙骨组合墙体中C型轻钢龙骨在轴压荷载作用下的有限元模型，将墙板等效弹簧线刚度、螺钉间距等参数引入分析软件中，将考虑墙板支撑作用下立柱的力学表现与不考虑墙板支撑作用下的立柱构件进行对比，结果发现考虑墙板支撑作用的C型轻钢龙骨构件极限承载力要高3~5倍，C型轻钢龙骨的整体屈曲被限制，破坏时局部屈曲起到了控制作用。通过对6块冷弯薄壁型钢组合墙体进行轴压性能试验后发现，覆面板可以提高轴压荷载下的稳定承载力。李贝娜[15]设计了七组冷弯薄壁型钢骨架-陶粒混凝土墙板的轴压性能试验，通过试验结果发现，外覆陶粒混凝土墙板试件与无面层的钢骨架试件对比轴压承载力得到了极大的提高，无面层的钢骨架试件在发生屈曲破坏后快速破坏，而外附的陶粒混凝土面层可以很好约束钢骨架的变形，限制了内部钢骨架的变形并提高墙体的极限承载力。
面板材料的不同，对内部轻钢龙骨的约束作用也各不一样，墙板的轴压承载能力也会呈现出差异。庞帅[16]对喷涂式的冷弯薄壁型钢-轻质聚合物墙进行了轴压性能试验，探究了不同面板材料和墙体内部填料对轴压性能的影响。试验结果表明，墙板在面局部受弯荷载下的破坏模式主要为面板出现贯穿裂缝，跨中轻钢龙骨屈曲；无覆面的使用水泥基轻聚合物内部填料的墙板比使用石膏基的轴压承载力提高81.8%；此外在墙体外侧使用水泥基和石膏基覆面板可有效提高墙体的轴压承载力；最后给出了填充轻质材料的组合墙板在考虑面板材料对轴压承载力提升作用下的计算简化方法。
3 轻钢龙骨组合墙板的抗弯性能研究
为了检验墙板能否有足够的强度传递风荷载和地震荷载作用，需要对墙板进行抗弯性能的研究。目前对于轻钢龙骨组合墙板的抗弯性能的试验研究主要是通过模拟板的均布荷载作用研究墙板的破坏模式和承载力特征。为了研究开洞口对墙板的承载力的影响，许尽武[17]设计了两榀注浆式的轻钢龙骨复合墙板的抗弯性能研究，研究墙板的破坏模式和裂缝分布情况，同时探究墙板开窗洞口能否保证墙板的连接可靠性和整体抗弯性。结果发现，轻钢龙骨注浆式复合墙板在横向局部荷载作用下，破坏形式主要表现为墙板在自攻螺钉连接处发生破坏，面板出现贯穿裂缝；在试件开裂后，挠度值突增，但是直至墙板完全破坏前挠度仍有较大发展；开洞墙板由于洞口周围进行了加密，抗弯承载力相比于不开洞墙板承载力没有明显降低。林敬木[18]针对于轻钢龙骨组合墙体腹板开洞的立柱构件分别基于有效宽度法和直接强度法提出抗弯承载力计算简化方法，基于前期的试验结果和有限元分析软件的建立了关于腹板开孔轻钢龙骨墙体布置单元模型的分析结果，验证了计算方法的可靠性，并在此基础之上对石膏面板的有效宽度做了进一步的分析。
组合墙板在发展中也逐渐暴露出墙体整体性不佳的问题，这主要也是由于组合墙板的制作方法大都采用装配式，使用自攻螺钉连接墙板和面层材料。在实际工程中也有采用喷涂式的方式在现场制作墙板，这种做法可以大大改善墙体的整体性能并提高了承载能力。李科龙[19]尝试将石膏基轻质砂浆引入轻钢龙骨组合墙体，使用喷涂式方法制作，经过弯曲试验和压弯试验后发现，该组合墙体具有较高的承载力和较大的变形能力。庞帅[16]对喷涂式的冷弯薄壁型钢-轻质聚合物墙进行了抗弯性能试验。试验结果表明，墙板在面局部受弯荷载下的破坏模式主要为面板出现贯穿裂缝，跨中轻钢龙骨屈曲；对于无覆面墙体，使用水泥基轻聚合物内部填料的墙板比使用石膏基的墙板受弯承载力高7.7%。
在墙板的生产过程中，对轻钢龙骨与面板之间存在的空隙一般使用保温材料填充，有学者认为填充的保温材料也会产生和墙面材料类似的蒙皮效应，从而提升墙体的承载能力。钱臻旭、潘金龙等[20]对两块轻钢龙骨混凝土组合墙板进行了抗弯性能试验，试验结果发现，取消墙板中的空气层可以大幅提高墙板的抗弯承载力，墙板内置的保温材料可以有效的限制竖向龙骨的变形并提高墙板的抗弯性能。
4 总结与展望
国内外机构对于轻钢龙骨组合墙板的力学性能研究已经有了成熟的经验，通过试验研究了墙板的轴压性能和抗弯性能，并提了有效的承载力计算方法。但是轻钢龙骨组合墙板目前多用于建筑内隔墙，用作外墙时墙体的保温隔热性能、大面积开洞问题尚未得到很好的解决，今后需要对墙体用作外墙的建筑性能和结构安全性等方面进行更多的研究。
[参 考 文 献]
[1] 武胜. 新型冷弯构件力学性能及轻钢龙骨复合墙体传热性能研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2008.
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[16] 庞帅. 喷涂式冷弯薄壁型钢—轻聚合物复合墙体受弯性能和轴压性能研究[D]. 合肥工业大学, 2018.
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[20] 钱臻旭, 潘金龙, 张莉亚, 等. 轻钢龙骨混凝土组合墙板抗弯性能研究[J]. 工业建筑, 2020, 50(8): 32-37.
