周會(huì)潔，孫維東，孫亞洲

(長春工程學(xué)院土木工程學(xué)院，長春130012)

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建筑保溫與結(jié)構(gòu)一體化技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀

周會(huì)潔，孫維東，孫亞洲

(長春工程學(xué)院土木工程學(xué)院，長春130012)

主要研究結(jié)構(gòu)工程。

摘要：建筑保溫與結(jié)構(gòu)一體化技術(shù)是將建筑結(jié)構(gòu)和節(jié)能保溫融為一體，具有保溫與建筑同壽命、保溫和防火性能優(yōu)良、質(zhì)量安全可靠等特點(diǎn)，這對減少工程成本、提高建筑質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能、環(huán)保具有重要的意義。介紹了國內(nèi)外建筑保溫結(jié)構(gòu)一體化技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞：保溫與結(jié)構(gòu)一體化；結(jié)構(gòu)體系；應(yīng)用現(xiàn)狀

0前言

建筑保溫與結(jié)構(gòu)一體化技術(shù)，要求建筑滿足3方面條件：1)建筑墻體保溫與結(jié)構(gòu)同步施工，保溫層外側(cè)應(yīng)有足夠厚度的混凝土或其他無機(jī)材料防護(hù)層；2)施工后結(jié)構(gòu)保溫墻體無需再做保溫即能滿足現(xiàn)行節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)要求；3)能實(shí)現(xiàn)建筑保溫與墻體同壽命。

保溫與結(jié)構(gòu)一體化技術(shù)不僅能夠滿足建筑結(jié)構(gòu)的可靠性要求，還能達(dá)到建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，并且在建筑防火性、耐久性方面得到加強(qiáng)。保溫結(jié)構(gòu)一體化技術(shù)可減少施工程序，提高施工效率，避免一般外保溫做法出現(xiàn)的開裂、脫落等質(zhì)量問題，可降低工程成本，提高建筑工程質(zhì)量。我國正大力提倡減少資源消耗，推廣節(jié)能建筑和發(fā)展綠色建筑，加快保溫與結(jié)構(gòu)一體化技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程，逐步限制落后的傳統(tǒng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)做法和外墻外保溫技術(shù)已勢在必行。

1國內(nèi)保溫與結(jié)構(gòu)一體化技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1夾芯保溫復(fù)合墻

夾芯保溫復(fù)合墻是一種應(yīng)用比較早的保溫與結(jié)構(gòu)一體化型式，其墻體兩外側(cè)面采用磚或砌塊砌筑，墻體中間設(shè)有保溫層，兩外側(cè)墻片之間設(shè)有拉結(jié)筋，以保證墻體的整體性。

該墻體具有良好的保溫隔熱性和熱舒適性，內(nèi)、外葉墻對保溫材料起到保護(hù)作用，使環(huán)境對保溫材料的影響大大減少，防火和耐久性增強(qiáng)。但由于墻體被分為內(nèi)外墻片，拉結(jié)筋作用有限，墻體的承載力和穩(wěn)定性均受到一定影響，且施工復(fù)雜。

1.2自保溫墻體

圖1　自保溫磚

圖2　自保溫砌塊

自保溫墻體是采用自保溫多孔磚(如圖1)或自保溫砌塊(如圖2)砌筑的墻體，墻體具有保溫隔熱和承重雙重功能。該墻體不僅保溫隔熱性好、自重輕，而且施工簡單方便。但砌塊壁厚較小，承載力較低，只適用于層數(shù)不多、抗震性要求不高的建筑或用于框架結(jié)構(gòu)填充墻。2種砌塊中，自保溫多孔磚較自保溫砌塊收縮率低，砌體開裂的可能性相對較小[1]。

1.3FS外模板現(xiàn)澆混凝土復(fù)合保溫體系

FS外模板現(xiàn)澆混凝土復(fù)合保溫體系是以水泥基雙面層復(fù)合保溫板為永久性外模板，內(nèi)側(cè)澆注混凝土基層而形成的保溫與結(jié)構(gòu)一體化體系，外側(cè)抹抗裂砂漿面層，通過加強(qiáng)筋、錨栓等連接件將雙面層復(fù)合保溫模板與混凝土牢固地連接在一起，其基本構(gòu)造如圖3所示。

圖3　FS外模板現(xiàn)澆混凝土復(fù)合保溫體系

該墻體采用了多層構(gòu)造措施。現(xiàn)澆混凝土墻體承載力較大；結(jié)構(gòu)層外側(cè)的構(gòu)造做法可緩解外部環(huán)境的不利影響，減緩溫度變形，避免抹面層空鼓、開裂等質(zhì)量問題，提高了墻體的整體性、保溫性和耐久性；保溫與模板合二為一，施工中無需再做外墻面模板拆卸工作，減少了施工工序和模板用量，不僅提高了施工效率，還降低了工程造價(jià)。該體系適用于框架、框剪、剪力墻結(jié)構(gòu)的外墻、柱、梁等現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)工程[2]。

1.4IPS結(jié)構(gòu)自保溫體系

IPS結(jié)構(gòu)自保溫體系(Insulation Panel with steel-mesh)全稱為現(xiàn)澆混凝土剪力墻自保溫體系，這種體系是以現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻為基層，將在工廠制作的帶鋼絲網(wǎng)架的保溫層置于外模板內(nèi)側(cè)，并在鋼絲網(wǎng)架保溫板上采用端部為“羊角”型、“丁字”型或“L”型結(jié)構(gòu)鋼筋作為錨固連接件，在鋼絲網(wǎng)架保溫板兩側(cè)同時(shí)澆筑混凝土形成的結(jié)構(gòu)保溫一體化體系。

1.保溫板；2.鋼絲網(wǎng)架；3.連接件；4.混凝土或砂漿墊塊；5.內(nèi)側(cè)混凝土層；6.外側(cè)混凝土層；7.界面砂漿層；8. 鋼絲網(wǎng)片；9.腹絲；10.結(jié)構(gòu)鋼筋圖4　IPS結(jié)構(gòu)自保溫體系構(gòu)造詳圖[3]

鋼絲網(wǎng)架保溫板在工廠制作時(shí)用界面砂漿層包覆，不但提高了保溫材料的防火性能，而且能夠增加保溫板與混凝土的黏結(jié)力；保溫板外側(cè)均勻設(shè)置預(yù)制掛式混凝土墊塊，使保溫板與鋼絲網(wǎng)片之間的距離得到了有效控制，既保證了鋼絲網(wǎng)片混凝土保護(hù)層的厚度，又防止了保溫板在混凝土現(xiàn)場澆筑過程中受內(nèi)側(cè)側(cè)壓力向外的偏移。鋼絲網(wǎng)架保溫板通過外側(cè)鋼絲網(wǎng)片、腹絲和連接件與基層墻體鋼筋牢固連接并澆筑在一起，實(shí)現(xiàn)了墻體保溫與結(jié)構(gòu)同步施工，減少了施工工序，具有保溫效果好、防火性能優(yōu)良和建筑保溫與墻體同壽命等優(yōu)點(diǎn)[3]。該結(jié)構(gòu)保溫體系適用于8度及8度以下抗震設(shè)防地區(qū)民用建筑現(xiàn)澆混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)工程。

1.5CL結(jié)構(gòu)體系

CL建筑結(jié)構(gòu)體系(Composite Light-weight building system)，也稱為復(fù)合保溫鋼筋焊接網(wǎng)架混凝土剪力墻，是由CL復(fù)合墻板、現(xiàn)澆樓蓋及邊緣構(gòu)件連接而成的整體現(xiàn)澆式結(jié)構(gòu)體系。CL復(fù)合墻板是用斜插鋼絲連接兩層鋼絲網(wǎng)片形成的空間骨架，中間放置EPS保溫板，內(nèi)外兩側(cè)澆筑混凝土，其構(gòu)造和形式如圖5～6所示。CL復(fù)合板作為主要的承重構(gòu)件，偏居中放置，內(nèi)外兩側(cè)澆筑混凝土，以高壓高強(qiáng)石膏板作為澆筑混凝土的永久性模板，節(jié)省了模板和抹灰的用量。

圖5　CL建筑結(jié)構(gòu)體系示意圖

該體系形成的空間剪力墻結(jié)構(gòu)，承重墻體與異形柱框架協(xié)同工作，使得建筑物整體剛度好，并具有保溫隔熱、節(jié)約能源、自重輕、增加使用面積等優(yōu)點(diǎn)。但是在施工過程中還存在一些問題，如模板支設(shè)難度大、板縫處理要求高等。該結(jié)構(gòu)體系適用于8度及以下抗震設(shè)防地區(qū)的現(xiàn)澆混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)。

圖6　CL網(wǎng)架板結(jié)構(gòu)形式模型

1.6SW建筑體系

SW(sprayed concrete sandwich wall)建筑體系是北京華美科博科技發(fā)展有限公司與清華大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司共同研究、開發(fā)的一種新型建筑結(jié)構(gòu)體系。該體系把永久的保溫材料植入墻體，構(gòu)成鋼網(wǎng)夾芯混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系。

SW建筑體系是先在專用設(shè)備上預(yù)制鋼網(wǎng)夾芯板，然后將板安裝在現(xiàn)場已經(jīng)澆筑好的底梁上，在安裝完板頂部梁及兩端柱模板后，再在鋼網(wǎng)夾芯板上噴涂混凝土層，最后進(jìn)行頂梁及兩邊柱的混凝土澆筑，使?jié)仓幕炷镣瑖娡康幕炷翆用軐?shí)地固結(jié)在一起，形成輕質(zhì)的邊框式夾芯混凝土承重墻體，圖7為SW建筑體系示意圖。該體系抗連續(xù)倒塌能力較好，且70%的構(gòu)件在工廠預(yù)制完成，符合建筑工程標(biāo)準(zhǔn)化、住宅產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展要求。

圖7　SW建筑體系示意圖

1.7坡屋頂泥背結(jié)構(gòu)層保溫體系

在木屋架望板上面覆蓋泥背，再覆蓋防水材料的做法，是我國北方農(nóng)村住宅較早采用的一種屋面保溫與結(jié)構(gòu)一體化型式，如圖8所示。泥背是將泥漿、石灰等用水混合后，敷設(shè)、碾壓制成。在泥漿中可添加少量麻刀或麥草等，以起到增強(qiáng)泥背整體性、抗裂性的作用；還可以添加部分稻殼、麥糠、煤灰等材料，可增加泥背層的保溫性，又能減少屋頂?shù)闹亓?。覆蓋的防水材料主要有油氈、石棉瓦或黏土瓦等。

坡屋頂泥背結(jié)構(gòu)層保溫體系，在農(nóng)村可就地取材，造價(jià)低廉，但保溫性、耐久性較差，現(xiàn)已較少采用[4]。

圖8　坡屋頂泥背結(jié)構(gòu)層示意圖

1.8彩鋼板保溫結(jié)構(gòu)體系

彩鋼板保溫結(jié)構(gòu)體系是近年來工業(yè)建筑及臨時(shí)性建筑采用較多的一種保溫與結(jié)構(gòu)一體化型式。墻體采用彩色鋼板與聚氯乙烯泡沫板黏合制成，屋面板上下2層采用彩色壓型鋼板，中間層采用超細(xì)玻璃絲綿填充而成。

圖9　墻體、屋面保溫彩鋼板

該體系墻板、龍骨由工廠預(yù)制，現(xiàn)場安裝就位，減少了施工工序，施工速度快。結(jié)構(gòu)自重較輕，保溫效果良好，經(jīng)濟(jì)性好。但墻體隔音性、耐久性較差。因此，一般用于工業(yè)建筑，民用建筑的屋面和臨時(shí)性建筑。

2國外建筑保溫與結(jié)構(gòu)一體化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1ICF保溫混凝土結(jié)構(gòu)體系

美國的ICF(Insulated concrete forms)體系由工廠定制的模塑聚苯乙烯泡沫模板、高密度聚乙烯連接件及角形支架組成(圖10)。連接件從4個(gè)方向連接、固定模板，當(dāng)混凝土注入模板之間后，與模板結(jié)合，形成實(shí)心墻體。聚苯乙烯泡沫材質(zhì)的保溫混凝土模板，在住宅建造施工的同時(shí)，需要向保溫混凝土模板墻內(nèi)腔或樓板上部灌注混凝土，保溫混凝土模板起到了成型模板的作用，而且施工完成后不需要拆除，在建筑物使用過程中起到保溫隔熱的作用。

該體系的全部構(gòu)件均在工廠預(yù)制完成，不僅可以任意切割、彎曲和變換角度，還可以直接在模板上開挖布置管線的槽孔。結(jié)構(gòu)與保溫體系同時(shí)完成，整體性好，密封性好，施工簡單、方便，不用拆卸模板，不受季節(jié)限制，提高了建筑物的抗震性和耐久性。和用其他傳統(tǒng)模板相比，采用該模板澆筑成型的混凝土可達(dá)到更高的壓縮強(qiáng)度。

國外屋、樓蓋也有采用保溫混凝土模板的做法，如圖11所示。

圖10　ICF保溫混凝土模板

圖11　屋蓋保溫混凝土模板

2.2DIPY模網(wǎng)結(jié)構(gòu)體系

DIPY(帝枇)模網(wǎng)結(jié)構(gòu)體系由法國結(jié)構(gòu)和材料專家杜朗夫婦發(fā)明,是一種免拆模、濾過性的用于制備混凝土構(gòu)件的模板，由豎向鍍鋅加勁肋、水平折鉤拉筋和表面鋼板網(wǎng)組成，在網(wǎng)模內(nèi)澆注混凝土，形成承重結(jié)構(gòu)體系。模網(wǎng)適合工廠化生產(chǎn),現(xiàn)場組裝,免拆模,模網(wǎng)空間網(wǎng)架與外保溫層形成了“一次性線澆成型外保溫模網(wǎng)混凝土墻體”，施工工藝簡單，其節(jié)能效果顯著，達(dá)到建筑節(jié)能50%以上。DIPY建筑模網(wǎng)混凝土墻體將絕熱材料復(fù)合在承重墻外側(cè),成功地解決了承重結(jié)構(gòu)和外保溫層的一體化問題,其優(yōu)點(diǎn)是建筑熱穩(wěn)定性較好,可避免產(chǎn)生冷橋現(xiàn)象,外維護(hù)層對主體結(jié)構(gòu)有較好的保護(hù)作用,可延長結(jié)構(gòu)壽命,還可增加使用面積[5]。該結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良的抗震性能，可用于7度、8度防震區(qū)的多層或小高層住宅房屋。

圖12　建筑網(wǎng)模構(gòu)造示意圖

2.3疊合結(jié)構(gòu)體系

疊合結(jié)構(gòu)體系是20世紀(jì)80年代由德國研發(fā)的，由疊合樓(屋)蓋、疊合墻板組成，屬于剪力墻結(jié)構(gòu)。疊合樓板和墻板是在工廠制成鋼筋混凝土半成品，并可根據(jù)工程需要，在墻板的外側(cè)或內(nèi)側(cè)設(shè)置保溫層，運(yùn)輸至現(xiàn)場吊裝就位后，以工廠半成品代替模板澆筑混凝土，并現(xiàn)場配置需要補(bǔ)充的節(jié)點(diǎn)鋼筋。疊合樓板、墻板的構(gòu)造做法如圖13所示，疊合屋面板是在疊合樓板做法的基礎(chǔ)上增加保溫隔熱措施，做法類似普通屋面板保溫層。其施工工藝結(jié)合了預(yù)制裝配式與整體現(xiàn)澆式的優(yōu)點(diǎn)，且實(shí)現(xiàn)了保溫與結(jié)構(gòu)同壽命[6]。

圖13　疊合樓板、墻板構(gòu)造圖

2.4納士塔結(jié)構(gòu)體系

納士塔(RASTRA)結(jié)構(gòu)體系源自于奧地利，是集保溫節(jié)能和承重于一體的模殼格構(gòu)式結(jié)構(gòu)體系。墻體由工廠生產(chǎn)的水泥膨脹聚苯顆粒模殼與現(xiàn)場澆筑的格構(gòu)式混凝土構(gòu)架組合而成，分為外部結(jié)構(gòu)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，外部結(jié)構(gòu)為輕集料制成的混凝土模殼構(gòu)件，粗骨料為聚苯顆粒，其容重小、導(dǎo)熱系數(shù)小，具有良好的保溫性；內(nèi)部結(jié)構(gòu)是墻體的承重部分，由模殼構(gòu)件自身的水平向和豎向空腔澆筑混凝土后形成的網(wǎng)格式鋼筋混凝土承重骨架。外部結(jié)構(gòu)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的整合，形成了集保溫、承重、防火、隔聲為一體的混凝土模殼墻體[7]。此體系于20世紀(jì)70年代開始應(yīng)用于美國、加拿大、日本和韓國，目前發(fā)展已經(jīng)十分成熟，而在我國應(yīng)用研究相對較少。

2.5木結(jié)構(gòu)體系

木結(jié)構(gòu)是單純由木材或主要由木材承受荷載的結(jié)構(gòu)，通過各種金屬連接件或榫卯手段進(jìn)行連接和固定，主結(jié)構(gòu)交錯(cuò)連接，韌性很大，具有很好的穩(wěn)定性。木結(jié)構(gòu)建筑質(zhì)量輕、韌性好，有更強(qiáng)的抗震能力。木結(jié)構(gòu)通過合理的設(shè)計(jì)，既可以適量吸收太陽能，又可以利用夾層空氣屏障保溫隔熱，冬暖夏涼，是集環(huán)保、舒適、安全、貼近自然和使用壽命長等諸多優(yōu)勢于一身的節(jié)能環(huán)保型住宅[8],但木結(jié)構(gòu)不耐潮濕、易蟲蛀，承載力及耐久性差，防火措施需加強(qiáng)，對于我國木材資源緊張的情況下不宜大量使用。

3結(jié)語

我國目前建筑的節(jié)能保溫措施大多采用外墻外保溫技術(shù)，采用外墻粘貼、外掛保溫層技術(shù)容易產(chǎn)生空鼓、裂縫、滲漏、脫落等隱患，通常采用的EPS保溫板使用壽命短，與建筑物的使用年限不匹配，會(huì)導(dǎo)致后期產(chǎn)生大量建筑垃圾和大量維修投資的問題。建筑保溫與結(jié)構(gòu)一體化技術(shù)是對傳統(tǒng)建筑外保溫技術(shù)的一次變革，它將保溫節(jié)能功能與墻體圍護(hù)功能融為一體，從根本上改善了結(jié)構(gòu)節(jié)能和結(jié)構(gòu)防火的問題，有效解決了外墻外保溫技術(shù)普遍存在的質(zhì)量問題，實(shí)現(xiàn)保溫系統(tǒng)與建筑物同壽命。面對建筑節(jié)能技術(shù)發(fā)展中的問題，保溫與結(jié)構(gòu)一體化技術(shù)由于保溫系統(tǒng)免維護(hù)的特點(diǎn)，越來越廣泛地得到關(guān)注，對相應(yīng)的配套產(chǎn)品(特定的施工工藝和專用的配件、材料等)及技術(shù)研究和開發(fā)將會(huì)加大，并形成巨大的市場需求，制定和完善相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，逐步形成新的建筑節(jié)能技術(shù)，將會(huì)有很好的市場應(yīng)用前景。

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The application and development status of integration

technology on building insulation and structure

ZHOU Hui-jie, et al.

(SchoolofCivilEngineering,ChangchunInstituteofTechnology,Changchun130012,China)

Abstract：The integration technology of building insulation and structure will integrate building structure with energy-saving insulation, with many characteristics of the same life between insulation and building, good property in fire proof and heat insulating, safe and reliable quality. This will have great significance on reducing engineering cost, improving the quality of construction, and realizing energy saving and environmental protection. The paper introduces the domestic and abroad application and development status of integration technology on building insulation and structure.

Key words：integration of insulation and structure; structure system; application status

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1009-8984(2015)03-0006-05

中圖分類號：TU399

作者簡介：周會(huì)潔(1990-)，女(漢)，山東菏澤，碩士

基金項(xiàng)目：吉林省科技廳重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目(20130206067NY)

收稿日期：2015-08-29

doi:10.3969/j.issn.1009-8984.2015.04.002