內(nèi)外保溫墻體溫度應力分析

王斌

【摘要】本文系統(tǒng)介紹了保溫墻體的溫度分布形式的基礎上，對內(nèi)外保溫墻體的溫度應力情況進行了分析，希望通過本文的介紹能夠為改善內(nèi)外保溫墻體的耐久性提供參考，延長建筑結(jié)構(gòu)壽命。

【關鍵詞】內(nèi)外墻保溫；保溫形式；溫度應力

保溫層在建筑物不同的構(gòu)造位置，能夠形成不同的溫度應力，同時對建筑結(jié)構(gòu)的運動狀態(tài)影響巨大。選擇合理的穩(wěn)定的保溫構(gòu)造形式，減少溫度應力對結(jié)構(gòu)的影響，能夠有效延長結(jié)構(gòu)壽命，這也是本文研究的主要目的。

一、保溫墻體的不同溫度分布

不同的保溫墻體一年四季的溫度變化差異非常大。一般來說，外保溫做法的結(jié)構(gòu)墻體溫度變化較小，而內(nèi)保溫、自保溫以及夾芯保溫的結(jié)構(gòu)墻體溫度變化較大，相應的會產(chǎn)生較大的溫度應力，這些結(jié)構(gòu)墻體會形成終生不穩(wěn)定的運動狀態(tài)，不利于建筑物的正常使用。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》（GB 50010—2010）的條例說明，當溫度在0～100℃范圍內(nèi)，所產(chǎn)生的混凝土線膨脹系數(shù)為1×10-5/℃。換而言之，當混凝土墻體處于溫差在90℃變化的過程中，在沒有其他外在因素的影響下，所產(chǎn)生的變形量高達9mm，而在外在因素影響的情況下，混凝土內(nèi)部會產(chǎn)生大量的溫度應力，當溫度應力過大會使得混凝土產(chǎn)生裂縫，對建筑物的結(jié)構(gòu)安全帶來影響。

對于采用外保溫形式的墻體，溫度變化幅度非常小，通常來說溫差不會超過10℃，但是對于內(nèi)保溫形式的墻體來說，溫度變化幅度會非常明顯，溫差會達到50℃，可見內(nèi)保溫形式墻體所產(chǎn)生的溫差是外保溫墻體的5倍，內(nèi)保溫構(gòu)造的墻體會縮短建筑結(jié)構(gòu)的壽命。

對于加氣混凝土自保溫墻體，在冬季和夏季溫度逐漸穩(wěn)定后，內(nèi)外墻體的溫差會逐漸顯現(xiàn)出來，一般來說自保溫墻體內(nèi)側(cè)的溫差會在10℃以內(nèi)，而外側(cè)溫差則達到了65℃，墻體內(nèi)外側(cè)的溫差十分明顯，這也可以說明內(nèi)側(cè)變形應力小，而外側(cè)變形應力很大，這樣一來會致使墻體收縮膨脹不一致，導致出現(xiàn)較大的溫度應力，會影響到墻體的穩(wěn)定性。

對于巖棉夾芯保溫墻體，在夏季和冬季溫度逐漸達到峰值的時候，外表面溫度最高，溫差達到65℃，而處于結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)的墻體，溫度變化會不超過10℃，墻體內(nèi)外側(cè)的溫差十分明顯。

對比上述三種墻體，冬季與夏季的晝夜溫差相似，但是冬季內(nèi)外溫度環(huán)境變化要小于夏季，由此所產(chǎn)生的晝夜溫差也相對較小。因此，可以得知不管出于何種溫度環(huán)境下，結(jié)構(gòu)墻體內(nèi)表面和外表面的溫差都會存在，尤其是在夏季和冬季溫度達到峰值的時候，保溫墻體內(nèi)外表面的溫差最為明顯。

二、保溫墻體溫度應力分析

在進行墻體溫度分析的過程中，本文選擇了具有代表性的多層復合墻板為例進行論述。對于這類保溫墻體，墻體材料沿板厚方向為復合材料，主要的功能層有內(nèi)外裝飾層、結(jié)構(gòu)層、保溫層及保溫功能附加層這四個方面。根據(jù)平截面進行假設，每層的應變?nèi)缦拢?/p>

根據(jù)保溫墻體的形式分析得知，有保溫層的墻體，根據(jù)實際應用情況可以將其分為混凝土或者砌塊為主的結(jié)構(gòu)層，保溫層設置其中主要起到保溫隔熱效果，另外還有一層防護構(gòu)造形成的墻面。由于最外層的墻面不承擔上部荷載，所受到的約束主要來自于墻體底層之間錨固的粘結(jié)手段。不同于結(jié)構(gòu)層，兩者在力學性能上所表現(xiàn)出來的差異十分大，對于最外層設置為保溫層的墻體，一方面沒有強固的約束作用，在結(jié)構(gòu)層發(fā)生形變時，保溫層也會隨之發(fā)生變化。除此之外，最外層墻面的體積比較小，自身的彈性模量等力學性能往往低于以混凝土為主的結(jié)構(gòu)層，兩者差異非常明顯。可見結(jié)構(gòu)層對于墻面的影響非常明顯，而反過來分析，墻面層對于結(jié)構(gòu)層的影響是微乎其微的，建筑結(jié)構(gòu)對結(jié)構(gòu)層的約束非常復雜，常見的來源于樓板、梁柱等諸多構(gòu)部件，這也是一般情況下建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部應力難以確定的主要原因。總的來說墻面層的約束主要來自于結(jié)構(gòu)層，而導致出現(xiàn)墻面層溫度應力最主要的原因則來源于結(jié)構(gòu)層與最外層墻面的溫度差異所產(chǎn)生的形變。

三、結(jié)束語

綜上所述，處于不同的溫度環(huán)境下，保溫墻體內(nèi)外的溫差始終存在，并且在不同的溫度環(huán)境下所表現(xiàn)出來的溫差存在較大的差異，在實際的應用過程中，外保溫形式對于建筑物墻體基層有良好的保護作用。保溫墻體的保溫隔熱效果，會使得保溫層意外的各功能層溫度變化十分明顯，所產(chǎn)生的溫度應力也會非常明顯，甚至會引發(fā)墻體開裂、空鼓等現(xiàn)象發(fā)生，這是今后保溫材料和施工工藝發(fā)展亟待解決的問題。

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