建筑結構保溫一體化技術的研究應用

宇文秉楠 楊秀英

（聊城大學建筑工程學院，山東 聊城 252000）

0 引言

結構保溫一體化技術是指通過一定的技術手段，達到墻體保溫與圍護功能的一體化和壽命的一致化，無需另行施作保溫結構，即可滿足現行建筑節能標準。

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

1 CL結構體系

1.1 構造及優勢

CL結構體系(Composite Light-weight building system，CL)是由CL復合墻板為核心承重構件，與現澆樓（屋）蓋及后澆邊緣構件等構成的整體現澆式結構體系，其中核心構件CL復合墻板作為主要承重構件，位置偏居中放置，由2～3層50×50鋼絲（Φ3）用斜插鋼絲（Φ3）連接構成空間骨架，中間置入充當保溫板的聚苯乙烯板，組成CL網架板，再在內外兩側澆注混凝土，構成完整的CL結構體系，如圖1所示。CL結構體系中CL復合墻板與后澆異形柱框架形成空間剪力墻結構，實現保溫與圍護結構一體化，具有保溫性強、結構穩定性高、抗震性能良好、經濟效益顯著、增加住宅使用面積等優勢，適用于抗震設防烈度8度及以下地區，能滿足多層、高層、小高層城市住宅和農村新民居建設的需要。

圖1 CL復合墻板示意圖

1.2 研究應用狀況

CL結構體系是一種取代傳統磚混結構的新型住宅結構體系，由石家莊晶達建筑體系有限公司聯合其他單位研發，因其在建筑結構及節能領域的優越性能，自研發成功以來，得到各級政府的重視和大力支持[2]。2000年第一個CL結構體系工程在青島竣工，CL結構體系及CL復合保溫技術已成功應用于我國十省十八個市的近百個住宅項目，河北、山東、山西、內蒙古等省相繼根據試驗結果和工程實踐，頒布并推行了符合各省標準的《CL結構體系技術規程》，用于指導CL結構體系設計和施工。

CL結構體系在國內的發展尚處于初級階段，現行的《CL結構體系技術規程》中的設計方法及規定仍落后于有關現行國家標準，在施工方面缺乏統一的規范與標準，施工過程中模板支設難度大、板縫處理要求高等問題依然存在。

2 夾芯保溫復合墻結構體系

2.1 構造及優勢

夾芯保溫復合墻結構體系由內葉承重墻、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，內外葉墻之間通過拉結件連接成有機的整體，并在梁、柱等部位，合理構造保溫措施，實現結構與保溫一體化。該體系具有保溫性強、防火性能優異等特點，在砌體結構體系中具有廣泛的應用。

2.2 研究應用狀況

夾芯保溫復合墻體在國外應用廣泛并具有完整的設計和構造規范，我國于1986年頒布了JGJ26-86《民用建筑節能設計標準》，在隨后的幾年中，我國東北、西北、華北等省市，多個試點采用節能保溫復合墻體的住宅工程，取得了較大的應用成果。之后，我國結合各省市試點工程試驗成果與國外經驗，將夾芯保溫復合墻體構造原則編入國家標準圖集，并將該墻體納入到GB50003-2001《砌體結構設計規范》中。

夾芯保溫復合墻體作為一種新型的節能墻體，國內對其應用及系統研究起步較晚，對許多問題缺乏針對性研究，相應的設計與結構構造還不完善，伸縮縫處理簡單、構造調整時忽略保溫等問題依然存在。

3 CS板式結構體系

3.1 構造及優勢

CS板（Concret Sandwitch，CS），也稱鋼絲網架聚苯乙烯夾層板，CS板式結構體系[3]是由預制的CS板構件和現澆邊緣構件組成的整體裝配式結構體系。CS板由采用低碳冷拔鍍鋅鋼絲焊接而成的三維空間網架，中間填充阻燃型聚苯乙烯泡沫塑料或巖棉板，內外兩側為水泥砂漿或細石混凝土[4]，如圖2所示。在結構上，荷載由CS板傳遞到鋼絲網片，若結構承載能力不足或荷載較大，則可以通過增加細石混凝土厚度、增加鋼絲直徑等方式調整，結構承受和傳遞荷載的方式合理，且具有可調節的特點，靈活性較強。CS板式結構體系具有整體性強、耐久性好等優勢，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 研究應用狀況

CS板是以美國泰柏板為藍本，升級改造而成新型輕質保溫節能復合板材，由天津大學和華聲（天津）國際企業有限公司聯合研發。近20年來，天津大學對CS板及CS板式結構體系進行了包括CS板的耐火、抗剪、抗彎性能等一系列試驗研究，依托試驗數據，給出了CS板抗剪、抗彎承載力計算公式[5-8]，提出了CS墻板側移剛度及內力的簡化計算方法，并于2012年編制完成并實施了《鋼絲網架板式結構技術規程》（JGJ/T 273-2012）。

目前，我國在CS預制夾芯墻板、CS屋面板和CS預應力混凝土夾芯樓板系列產品工業化生產方面，已經形成了初具規模化、體系化、系列化、規范化的生產線，并在天津、河北、山東、內蒙古等地的建筑工程中成功應用。CS板式結構體系在高層建筑領域應用的相關理論研究還很少，其工程建設成本較其他傳統結構體系要高，今后，高層建筑領域和新工藝、新方法的研究將是CS板式結構體系研究的重要方向。

4 鋼筋混凝土疊合結構體系

4.1 構造及優勢

鋼筋混凝土疊合結構體系由疊合樓（屋）蓋、疊合墻板組成，屬于鋼筋混凝土剪力墻結構。疊合樓（屋）蓋由預制樓（屋）面板、現澆混凝土層、有（無）保溫板以及剪式支架組成，如圖3所示。疊合墻板由兩側預制板、保溫板和剪式支架組成，與普通的剪力墻在結構上存在一定差異，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，起到承重和防止結構剪切破壞的作用，起到承重和圍護作用，按構造和作用差異，可分為外部剪力墻和填充墻、內部剪力墻和填充墻四種。其中內、外部剪力墻的結構差異在于內部剪力墻在空腔內澆注混凝土，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。鋼筋混凝土疊合結構體系具有抗震性能好、節能環保、工業化程度高、造價低等優勢。

圖3 疊合樓板示意圖

圖4 疊合外墻示意圖

圖5 疊合內墻示意圖

4.2 研究應用狀況

疊合結構體系在20世紀80年代由德國研發，由于德國不屬于地震多發國，在設計時未考慮地震。南京工業大學在對疊合結構體系進行研究的基礎上，認為該體系結構特點、施工工藝較符合我國住宅工業化的發展趨勢。在滿足中國規范的前提下，對德國疊合結構體系進行改進，通過對疊合樓板、疊合墻板、節點進行一系列試驗研究[9]，設計出新型的鋼筋混凝土疊合結構體系。

鋼筋混凝土疊合結構體系作為一種新型的結構體系，具有保溫性強、集成化高、整體性好等特點，但我國對這種結構體系的系統全面地試驗研究和理論分析才剛剛起步，要實現技術的“本土化”發展和結構體系的大量推廣應用還有較大難度。

5 結束語

現階段，我國建筑體系大多以外墻外保溫為主，且由于工程監管不到位，行業發展規范化不足等問題，導致外墻外保溫質量問題頻出，不僅影響建筑保溫效果，還存在諸多安全隱患。

建筑結構保溫一體化技術相較于傳統外墻外保溫技術，不僅可靠性大幅提高，還能達到建筑節能標準，加強建筑的耐久性、防火性，它將墻體圍護功能與保溫節能功能融為一體，適應我國綠色節能建筑發展的需要，有效地改善了外墻保溫技術普遍存在的質量問題。但結合國內研究、發展和應用現狀來看，還存在諸多不足，比如在先進技術本土化發展方面，存在自主創新程度不足的問題；在推廣應用方面，存在產業化程度低等問題。為此，國內學者應在引進國外先進技術的同時，推動相關技術的本土化研究和改進，以切實提高我國理論體系，國內應就新技術應用出臺相應標準，指導國內相關技術的應用，并制定相應的產業發展戰略，促進本土產業化發展，同時針對符合我國住宅工業化的發展趨勢的建筑體系，積極推動試點工程，依托實踐應用研究，制定并不斷完善技術標準與規范，相信在未來會有很大的發展潛力和市場應用前景。