高层建筑陶粒混凝土结构自保温体系的研究.docx

高层建筑陶粒混凝土结构自保温体系的研究已发表刘冬柏谭建军付征摘要根据国内建筑节能需要，结合南方地区某高层住宅的设计，对高层建筑陶粒混凝土结构自保温体系进行研究。分析了目前采用普通混凝土承重结构的热桥对节能的影响。讨论了采用高强陶粒混凝土结构作为承重自保温的可行性。为南方地区的建筑节能提供了一个较为适宜的技术思路。关键词高强陶粒混凝土；承重结构；自保温体系节能降耗是当今一个世界性的话题，也是我国在经济发展中十分关注的问题。今年，国务院在节能减排综合性工作方案中，十分明确地作出了“严格建筑节能管理，大力推广节能省地环保型建筑，强化新建建筑执行能耗限额标准管理，实施建筑能效转向测评，对达不到标准的建筑不得办理开工和竣工验收备案手续，不准销售使用”的规定。建筑业这一能耗大户已经成为国家实施节能降耗政策的重点行业。1问题的提出近年来，在我国北方严寒和寒冷保型建筑，强化新建建筑执行能耗限额标准管理，实施建筑能效专项测评，对达不到标准的建筑不得办理开工和峻工验收备案手续，不准销售使用”的规定。建筑业这一耗能大户已成为国家实施节能降耗政策的重点行业。地区首先推行了居住建筑节能标准。随着建筑节能工作进一步推进。从2005年开始。全国各气候区的居住建筑和公共建筑均严格按照国家建筑节能设计标准进行设计、施工。国家建筑节能标准涵盖了建筑土建主体及建筑设备等方方面面，对建筑土建主体来说，主要是通过提高建筑围护结构的热工性能以达到节能降耗的目标。对建筑外表面的不同部分，规范采用了不同的节能策略门窗部分主要是通过材料和构造的方式提高门窗自身的保温隔热性能；墙体和热桥部分则是通过在原有结构层次之外附设保温系统来改善整个外围护结构热工性能。外墙保温系统根据其与结构主体的相对位置，分为外墙内保温体系和外墙外保温体系两大类。这些年来，北方严寒和寒冷地区的主要城市实施以膨胀聚苯板和胶粉聚苯颗粒浆料为主要材料的保温体系．取得了较好的效果。对于建筑节能经验和技术严重不足的南方地区。目前以借鉴北方地区的现有经验为主，但在气候环境不同。人们生活方式亦有差异的情况下．简单照搬北方地区的保温体系是否科学合理。引起了工程界的较大争议。其一，根据相关资料表明，膨胀聚苯板和胶粉聚苯颗粒浆料的耐候性能较差，使用年限最多为20年．而设计合理使用年限一般建筑为50年，高层建筑为100年。它们之间使用年限相差少则30年，多则80年。在建筑全生命周期中存在着保温体系维护的难题和后遗症。这一点在多雨的南方地区尤为突出。其二．膨胀聚苯板保温体系对外墙饰面材料的使用限制极大，出于安全考虑，外墙饰面砖和石材基本被禁止使用。造成城市建筑外立面装饰只能使用涂料。对于酸雨严重的南方城市，涂料在三五年后褪色、掉色较为普遍，造成建设方的抵触情绪。其三，保温体系材料和结构主体材料的物理性能的差异，易造成膨胀聚苯板和胶粉聚苯颗粒浆料保温层出现裂缝。有些甚至在施工过程中就开始跌落。一旦雨水通过裂缝进入。不仅此保温体系的保温性能大打折扣，而且其使用寿命和安全性使人担忧。目前南方地区外墙保温实施中所遇到的这些问题是值得我们工程界高度关注和思考的，迫切需要我们探索新的道路．以保证建筑节能工作顺利推进。我们认为。是否可以改变外墙保温的策略，通过提高外墙材料自身的热工性能．建立外墙自保温体系来达到节能要求这样不仅可以消除上述保温系统的种种弊端，而且由于立足于墙体自身的改进，减少了施工工序。有望在不增加工期和成本的情况下达到节能降耗的目的。大大减少节能工作推进的阻力。2006年。我院承担了长沙市某房产公司一高层住宅的设计任务，由于甲方对外墙自保温系统在工程工期及造价方面的前景有浓厚的兴趣。因此，一年前我们就这一项目开始了对陶粒轻骨料混凝土结2高层建筑承重结构对建筑使用能耗的影响分析。21某高层住宅的设计概况该高层住宅地上34层，总高度98．7M，一层一为商铺，层高6M，234层为住宅，住宅层高29M，抗震烈度为6度，剪力墙结构。标准层平面见图1，由图可见，建筑平面很不规则，呈L形；建L筑分为A、B、C三个单元，它的体形系数分别为036、035、036，满足节能设计标准提出的体形I系数小于0．4的要求。各向窗墙比为东向O．2、南向024、西向021、北向016。22外围护结构表面积分析。为清晰了解热桥部分对整个外墙热工性能L的影响。我们以该高层A单元为例，分析其围护L结构各部分所占的外表面积比例。分析数据见表1。从表1可看出，在剪力墙结构体系的高层建筑中，承重结构所占的外墙面积LT例相当大，此栋建筑占到了54％，由此可见。承重结构的热L工性能对整个外墙的保温性能好坏起着相当大的作用。随着我国墙体改革的不断深人和发展目前已有很多保温性能较好的砌体材料可用于图1高层住宅标准层平面外墙围护结构。因此．建立外墙自保温体系的主要问题就集中在建筑外墙承重结构，也就是热桥上。23普通混凝土与陶粒轻骨料混凝土热工性能比较轻骨料混凝土作为混凝土的一个分支．在工程上的应用已有很长的历史。它的出现是以减轻混凝土结构自重为目的．在以往的工程中的运用也多侧重于这一方面。但它具有较普通混凝土更优良的保温隔热性能的特点一直未得到充分的运用。若能充分发挥这一特点，对外墙自保温系统的建立将起到极大的推动作用。在本工程中。我们就陶粒轻骨料混凝土与普通混凝土的热工性能进行了比较。在设计中．我们用天正日照软件进行了建筑节能综合评价计算，为便于比较普通混凝土与陶粒轻骨料混凝土热工性能．我们采用两种不同材料的承重结构，其他构件均采用同样的材料，如下外门窗采用气密性等级为4级，传热系数K3W/M2K的塑钢双层中空玻璃门窗；填充墙选用长沙市墙改办研制的多排孔陶粒混凝土空心砌块。外墙墙厚250，传热系数为K0．97W/M2K；内隔墙墙厚200，传热系数为K1．24W/M2K。剪力墙外墙均为250厚、内墙均为200厚，楼板为120厚，屋顶板取200厚。我们进行了三组计算．分别是普通混凝土剪力墙结构不设保温层、普通混凝土剪力墙结构设外墙外保温系统、陶粒轻骨料混凝土剪力墙不设保温层。计算结果见表2。由计算结果可见，对于普通混凝土剪力墙结构，尽管我们在外门窗、填充墙材料等方面采取了严格措施，但它的全年总耗电量达到68．95KWH/M2，高于基础建筑全年空调、采暖单位面积耗电量127．42KWH/M2的50％，不能达到节能的标准要求。要达到节能建筑要求，必须采用在外围护结构上设置保温隔热措施。而采用1800级高强陶粒混凝土作承重结构．在不采取外墙外保温措施的情况下．可以达到节能50％要求，在分析研究过程中，我们分别采用了空心黏土砖、加气混凝土砌块等外墙填充材料，均难以达到节能50的要求，在长沙市墙改办努力下，研制出了隔热保温性能良好的多排孔陶粒混凝土空心砌块，配合陶粒混凝土使用，达到了节能标准。3高层建筑陶粒混凝土结构的可行性及力学行为分析1918年．陶粒在美国研制成功并取得专利，尔后，在美国、日本、北欧一些发达国家和地区，广泛应用陶粒混凝土修建多层和高层建筑。我国陶粒混凝土及其制品也有近50年的应用历史，特别是近20年来，我国科技人员在认真总结陶粒混凝土应用经验的基础上进行了深入的研究，建设部分别于1999年主持制订了行业标准JGJL299轻骨料混