冷弯薄壁型钢‑稻草板复合墙体热‑力耦合工作性能研究

作者：周锋，李泉，王静峰，丁兆东

期刊：土木工程学报

           冷弯薄壁型钢建筑大力推广装配式与低碳围护体系，稻草板属于生物质低碳板材，用作墙体覆面板兼具保温与围护功能。为明确温度‑荷载共同作用下复合墙体力学行为，开展不同温度环境下墙体竖向承载力试验，分析稻草板的保温隔热贡献，考察高温环境对墙体承载力、破坏模式的影响。试验显示：常温下稻草板可以参与墙体协同受力；升温环境下板材刚度下降，墙体极限承载力发生衰减；合理设置空腔隔热层可以缓解高温带来的力学性能退化，为低碳冷弯薄壁型钢围护墙体应用提供试验支撑。

Abstract

Cold‑formed thin‑walled steel structures promote low‑carbon prefabricated enclosure systems. Straw board is a bio‑based low‑carbon panel serving both thermal insulation and enclosure functions. To understand thermo‑mechanical coupling performance, vertical bearing capacity tests are carried out under different temperature conditions. The thermal insulation contribution of straw boards and high‑temperature influence on bearing capacity and failure mode are investigated. Straw boards participate in composite action at ambient temperature. Stiffness and ultimate capacity degrade under elevated temperature. Reasonable cavity insulation mitigates performance deterioration. The study provides test support for low‑carbon cold‑formed steel enclosure walls.

一、研究背景

1. 冷弯薄壁型钢住宅追求低碳建材，稻草板固碳效果好，替代传统水泥板材可以降低建筑碳排放。
2. 围护墙体同时承受竖向荷载，还会经受夏季高温暴晒；温度升高会改变生物质板材力学性能，进而影响整个墙体受力。
3. 目前多数研究只做常温力学试验，缺少热‑力耦合下墙体的性能数据，制约稻草板大规模工程使用。

二、研究内容

（一）试件设计

设计多组冷弯型钢‑稻草板复合墙体试件，设置有无空腔隔热层两组对照，分别在常温、40℃、60℃环境下进行竖向加载试验。

（二）试验现象与承载力对比

常温工况下稻草板可以和钢龙骨协同工作；随着环境温度升高，稻草板出现软化，墙体极限承载力逐步下降；增设空腔隔热构造，能够减少高温向板材传递，承载力衰减幅度明显降低。

（三）热工‑力学协同分析

同步测试墙体传热系数，验证稻草板优秀保温能力；建立简化计算思路，评估温度对墙体竖向承载力的折减。

三、主要结论与工程建议

1. 稻草板可以作为冷弯薄壁型钢墙体的受力覆面材料，但高温环境会造成墙体承载力衰减。
2. 在夏季暴晒严重地区，建议增设墙体空腔隔热层，降低高温对生物质板材力学性能的不利影响。
3. 工程设计中应当考虑环境温度带来的承载力折减，不宜完全照搬常温试验结果。