建筑結(jié)構(gòu)保溫一體化技術(shù)的研究應(yīng)用

宇文秉楠 楊秀英

（聊城大學(xué)建筑工程學(xué)院，山東 聊城 252000）

0 引言

結(jié)構(gòu)保溫一體化技術(shù)是指通過一定的技術(shù)手段，達(dá)到墻體保溫與圍護(hù)功能的一體化和壽命的一致化，無需另行施作保溫結(jié)構(gòu)，即可滿足現(xiàn)行建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。

結(jié)構(gòu)保溫一體化的實現(xiàn)，需要滿足三個條件：（1）墻體與保溫結(jié)構(gòu)同步施工；（2）無需另行施工保溫層；（3）實現(xiàn)墻體與保溫層功能一體化，壽命一致化[1]。本文對CL結(jié)構(gòu)、夾芯保溫復(fù)合墻結(jié)構(gòu)、CS板式結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土疊合結(jié)構(gòu)等四種主要體系及研究現(xiàn)狀進(jìn)行介紹。

1 CL結(jié)構(gòu)體系

1.1 構(gòu)造及優(yōu)勢

CL結(jié)構(gòu)體系(Composite Light-weight building system，CL)是由CL復(fù)合墻板為核心承重構(gòu)件，與現(xiàn)澆樓（屋）蓋及后澆邊緣構(gòu)件等構(gòu)成的整體現(xiàn)澆式結(jié)構(gòu)體系，其中核心構(gòu)件CL復(fù)合墻板作為主要承重構(gòu)件，位置偏居中放置，由2～3層50×50鋼絲（Φ3）用斜插鋼絲（Φ3）連接構(gòu)成空間骨架，中間置入充當(dāng)保溫板的聚苯乙烯板，組成CL網(wǎng)架板，再在內(nèi)外兩側(cè)澆注混凝土，構(gòu)成完整的CL結(jié)構(gòu)體系，如圖1所示。CL結(jié)構(gòu)體系中CL復(fù)合墻板與后澆異形柱框架形成空間剪力墻結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)保溫與圍護(hù)結(jié)構(gòu)一體化，具有保溫性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性高、抗震性能良好、經(jīng)濟(jì)效益顯著、增加住宅使用面積等優(yōu)勢，適用于抗震設(shè)防烈度8度及以下地區(qū)，能滿足多層、高層、小高層城市住宅和農(nóng)村新民居建設(shè)的需要。

圖1 CL復(fù)合墻板示意圖

1.2 研究應(yīng)用狀況

CL結(jié)構(gòu)體系是一種取代傳統(tǒng)磚混結(jié)構(gòu)的新型住宅結(jié)構(gòu)體系，由石家莊晶達(dá)建筑體系有限公司聯(lián)合其他單位研發(fā)，因其在建筑結(jié)構(gòu)及節(jié)能領(lǐng)域的優(yōu)越性能，自研發(fā)成功以來，得到各級政府的重視和大力支持[2]。2000年第一個CL結(jié)構(gòu)體系工程在青島竣工，CL結(jié)構(gòu)體系及CL復(fù)合保溫技術(shù)已成功應(yīng)用于我國十省十八個市的近百個住宅項目，河北、山東、山西、內(nèi)蒙古等省相繼根據(jù)試驗結(jié)果和工程實踐，頒布并推行了符合各省標(biāo)準(zhǔn)的《CL結(jié)構(gòu)體系技術(shù)規(guī)程》，用于指導(dǎo)CL結(jié)構(gòu)體系設(shè)計和施工。

CL結(jié)構(gòu)體系在國內(nèi)的發(fā)展尚處于初級階段，現(xiàn)行的《CL結(jié)構(gòu)體系技術(shù)規(guī)程》中的設(shè)計方法及規(guī)定仍落后于有關(guān)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)，在施工方面缺乏統(tǒng)一的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，施工過程中模板支設(shè)難度大、板縫處理要求高等問題依然存在。

2 夾芯保溫復(fù)合墻結(jié)構(gòu)體系

2.1 構(gòu)造及優(yōu)勢

夾芯保溫復(fù)合墻結(jié)構(gòu)體系由內(nèi)葉承重墻、外葉自承重墻和保溫層三部分組成。墻體采用多孔磚、空心砌塊等砌筑材料砌筑，墻體中間保溫層采用聚苯、巖棉、玻璃棉等高效保溫材料，內(nèi)外葉墻之間通過拉結(jié)件連接成有機(jī)的整體，并在梁、柱等部位，合理構(gòu)造保溫措施，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)與保溫一體化。該體系具有保溫性強(qiáng)、防火性能優(yōu)異等特點，在砌體結(jié)構(gòu)體系中具有廣泛的應(yīng)用。

2.2 研究應(yīng)用狀況

夾芯保溫復(fù)合墻體在國外應(yīng)用廣泛并具有完整的設(shè)計和構(gòu)造規(guī)范，我國于1986年頒布了JGJ26-86《民用建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》，在隨后的幾年中，我國東北、西北、華北等省市，多個試點采用節(jié)能保溫復(fù)合墻體的住宅工程，取得了較大的應(yīng)用成果。之后，我國結(jié)合各省市試點工程試驗成果與國外經(jīng)驗，將夾芯保溫復(fù)合墻體構(gòu)造原則編入國家標(biāo)準(zhǔn)圖集，并將該墻體納入到GB50003-2001《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中。

夾芯保溫復(fù)合墻體作為一種新型的節(jié)能墻體，國內(nèi)對其應(yīng)用及系統(tǒng)研究起步較晚，對許多問題缺乏針對性研究，相應(yīng)的設(shè)計與結(jié)構(gòu)構(gòu)造還不完善，伸縮縫處理簡單、構(gòu)造調(diào)整時忽略保溫等問題依然存在。

3 CS板式結(jié)構(gòu)體系

3.1 構(gòu)造及優(yōu)勢

CS板（Concret Sandwitch，CS），也稱鋼絲網(wǎng)架聚苯乙烯夾層板，CS板式結(jié)構(gòu)體系[3]是由預(yù)制的CS板構(gòu)件和現(xiàn)澆邊緣構(gòu)件組成的整體裝配式結(jié)構(gòu)體系。CS板由采用低碳冷拔鍍鋅鋼絲焊接而成的三維空間網(wǎng)架，中間填充阻燃型聚苯乙烯泡沫塑料或巖棉板，內(nèi)外兩側(cè)為水泥砂漿或細(xì)石混凝土[4]，如圖2所示。在結(jié)構(gòu)上，荷載由CS板傳遞到鋼絲網(wǎng)片，若結(jié)構(gòu)承載能力不足或荷載較大，則可以通過增加細(xì)石混凝土厚度、增加鋼絲直徑等方式調(diào)整，結(jié)構(gòu)承受和傳遞荷載的方式合理，且具有可調(diào)節(jié)的特點，靈活性較強(qiáng)。CS板式結(jié)構(gòu)體系具有整體性強(qiáng)、耐久性好等優(yōu)勢，且安裝簡單，多適用于低層和多層建筑。

圖2 CS板示意圖

3.2 研究應(yīng)用狀況

CS板是以美國泰柏板為藍(lán)本，升級改造而成新型輕質(zhì)保溫節(jié)能復(fù)合板材，由天津大學(xué)和華聲（天津）國際企業(yè)有限公司聯(lián)合研發(fā)。近20年來，天津大學(xué)對CS板及CS板式結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行了包括CS板的耐火、抗剪、抗彎性能等一系列試驗研究，依托試驗數(shù)據(jù)，給出了CS板抗剪、抗彎承載力計算公式[5-8]，提出了CS墻板側(cè)移剛度及內(nèi)力的簡化計算方法，并于2012年編制完成并實施了《鋼絲網(wǎng)架板式結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T 273-2012）。

目前，我國在CS預(yù)制夾芯墻板、CS屋面板和CS預(yù)應(yīng)力混凝土夾芯樓板系列產(chǎn)品工業(yè)化生產(chǎn)方面，已經(jīng)形成了初具規(guī)?；?、體系化、系列化、規(guī)范化的生產(chǎn)線，并在天津、河北、山東、內(nèi)蒙古等地的建筑工程中成功應(yīng)用。CS板式結(jié)構(gòu)體系在高層建筑領(lǐng)域應(yīng)用的相關(guān)理論研究還很少，其工程建設(shè)成本較其他傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系要高，今后，高層建筑領(lǐng)域和新工藝、新方法的研究將是CS板式結(jié)構(gòu)體系研究的重要方向。

4 鋼筋混凝土疊合結(jié)構(gòu)體系

4.1 構(gòu)造及優(yōu)勢

鋼筋混凝土疊合結(jié)構(gòu)體系由疊合樓（屋）蓋、疊合墻板組成，屬于鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)。疊合樓（屋）蓋由預(yù)制樓（屋）面板、現(xiàn)澆混凝土層、有（無）保溫板以及剪式支架組成，如圖3所示。疊合墻板由兩側(cè)預(yù)制板、保溫板和剪式支架組成，與普通的剪力墻在結(jié)構(gòu)上存在一定差異，疊合墻板具備承載上層樓體荷載和水平荷載的能力，可作為承重剪力墻，起到承重和防止結(jié)構(gòu)剪切破壞的作用，起到承重和圍護(hù)作用，按構(gòu)造和作用差異，可分為外部剪力墻和填充墻、內(nèi)部剪力墻和填充墻四種。其中內(nèi)、外部剪力墻的結(jié)構(gòu)差異在于內(nèi)部剪力墻在空腔內(nèi)澆注混凝土，而外部剪力墻則還需要配置雙向鋼筋，填充墻則僅在墻板頂部配置暗梁，如圖4、圖5所示。鋼筋混凝土疊合結(jié)構(gòu)體系具有抗震性能好、節(jié)能環(huán)保、工業(yè)化程度高、造價低等優(yōu)勢。

圖3 疊合樓板示意圖

圖4 疊合外墻示意圖

圖5 疊合內(nèi)墻示意圖

4.2 研究應(yīng)用狀況

疊合結(jié)構(gòu)體系在20世紀(jì)80年代由德國研發(fā)，由于德國不屬于地震多發(fā)國，在設(shè)計時未考慮地震。南京工業(yè)大學(xué)在對疊合結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，認(rèn)為該體系結(jié)構(gòu)特點、施工工藝較符合我國住宅工業(yè)化的發(fā)展趨勢。在滿足中國規(guī)范的前提下，對德國疊合結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行改進(jìn)，通過對疊合樓板、疊合墻板、節(jié)點進(jìn)行一系列試驗研究[9]，設(shè)計出新型的鋼筋混凝土疊合結(jié)構(gòu)體系。

鋼筋混凝土疊合結(jié)構(gòu)體系作為一種新型的結(jié)構(gòu)體系，具有保溫性強(qiáng)、集成化高、整體性好等特點，但我國對這種結(jié)構(gòu)體系的系統(tǒng)全面地試驗研究和理論分析才剛剛起步，要實現(xiàn)技術(shù)的“本土化”發(fā)展和結(jié)構(gòu)體系的大量推廣應(yīng)用還有較大難度。

5 結(jié)束語

現(xiàn)階段，我國建筑體系大多以外墻外保溫為主，且由于工程監(jiān)管不到位，行業(yè)發(fā)展規(guī)范化不足等問題，導(dǎo)致外墻外保溫質(zhì)量問題頻出，不僅影響建筑保溫效果，還存在諸多安全隱患。

建筑結(jié)構(gòu)保溫一體化技術(shù)相較于傳統(tǒng)外墻外保溫技術(shù)，不僅可靠性大幅提高，還能達(dá)到建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)建筑的耐久性、防火性，它將墻體圍護(hù)功能與保溫節(jié)能功能融為一體，適應(yīng)我國綠色節(jié)能建筑發(fā)展的需要，有效地改善了外墻保溫技術(shù)普遍存在的質(zhì)量問題。但結(jié)合國內(nèi)研究、發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀來看，還存在諸多不足，比如在先進(jìn)技術(shù)本土化發(fā)展方面，存在自主創(chuàng)新程度不足的問題；在推廣應(yīng)用方面，存在產(chǎn)業(yè)化程度低等問題。為此，國內(nèi)學(xué)者應(yīng)在引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)的同時，推動相關(guān)技術(shù)的本土化研究和改進(jìn)，以切實提高我國理論體系，國內(nèi)應(yīng)就新技術(shù)應(yīng)用出臺相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)國內(nèi)相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用，并制定相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略，促進(jìn)本土產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，同時針對符合我國住宅工業(yè)化的發(fā)展趨勢的建筑體系，積極推動試點工程，依托實踐應(yīng)用研究，制定并不斷完善技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，相信在未來會有很大的發(fā)展?jié)摿褪袌鰬?yīng)用前景。