內(nèi)外保溫墻體溫度應(yīng)力分析

王 斌安徽三建工程有限公司 安徽合肥 230000

內(nèi)外保溫墻體溫度應(yīng)力分析

王 斌
安徽三建工程有限公司 安徽合肥 230000

本文系統(tǒng)介紹了保溫墻體的溫度分布形式的基礎(chǔ)上，對(duì)內(nèi)外保溫墻體的溫度應(yīng)力情況進(jìn)行了分析，希望通過本文的介紹能夠?yàn)楦纳苾?nèi)外保溫墻體的耐久性提供參考，延長(zhǎng)建筑結(jié)構(gòu)壽命。

內(nèi)外墻保溫；保溫形式；溫度應(yīng)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(yīng)力，同時(shí)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)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(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，能夠有效延長(zhǎng)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(yīng)的會(huì)產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力，這些結(jié)構(gòu)墻體會(huì)形成終生不穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)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(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010—2010）的條例說明，當(dāng)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(dāng)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(dá)9mm，而在外在因素影響的情況下，混凝土內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生大量的溫度應(yīng)力，當(dāng)溫度應(yīng)力過大會(huì)使得混凝土產(chǎn)生裂縫，對(duì)建筑物的結(jié)構(gòu)安全帶來影響。

對(duì)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(huì)超過10℃，但是對(duì)于內(nèi)保溫形式的墻體來說，溫度變化幅度會(huì)非常明顯，溫差會(huì)達(dá)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(huì)縮短建筑結(jié)構(gòu)的壽命。

對(duì)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(huì)逐漸顯現(xiàn)出來，一般來說自保溫墻體內(nèi)側(cè)的溫差會(huì)在10℃以內(nèi)，而外側(cè)溫差則達(dá)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(yīng)力小，而外側(cè)變形應(yīng)力很大，這樣一來會(huì)致使墻體收縮膨脹不一致，導(dǎo)致出現(xiàn)較大的溫度應(yīng)力，會(huì)影響到墻體的穩(wěn)定性。

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

對(duì)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(duì)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(huì)存在，尤其是在夏季和冬季溫度達(dá)到峰值的時(shí)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(yīng)力分析

在進(jìn)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(fù)合墻板為例進(jìn)行論述。對(duì)于這類保溫墻體，墻體材料沿板厚方向?yàn)閺?fù)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(gè)方面。根據(jù)平截面進(jìn)行假設(shè)，每層的應(yīng)變?nèi)缦拢?/p>

（注：ε：彈性模量；z：厚度方向；α：熱變形系數(shù)；AB溫度分布參數(shù)）

根據(jù)保溫墻體的實(shí)際受力情況，所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力如下:

（注：σi：溫度應(yīng)力；σ1：平均溫度變化引發(fā)的應(yīng)力；σ2：線性溫度變化引發(fā)的應(yīng)力；σ3:：熱非線性溫度變化引發(fā)的應(yīng)力；σiT: 第i層板完全約束的溫度應(yīng)力）

上述四種情況，（1）代表墻板既能伸縮，又能轉(zhuǎn)動(dòng)（自由板）；（2）代表不能伸縮，只能轉(zhuǎn)動(dòng)板；（3）代表不能轉(zhuǎn)動(dòng)，只能伸縮；（4）代表既不能伸縮，又不能轉(zhuǎn)動(dòng)。

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(shí)際應(yīng)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(shè)置其中主要起到保溫隔熱效果，另外還有一層防護(hù)構(gòu)造形成的墻面。由于最外層的墻面不承擔(dān)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(xué)性能上所表現(xiàn)出來的差異十分大，對(duì)于最外層設(shè)置為保溫層的墻體，一方面沒有強(qiáng)固的約束作用，在結(jié)構(gòu)層發(fā)生形變時(shí)，保溫層也會(huì)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(xué)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(duì)于墻面的影響非常明顯，而反過來分析，墻面層對(duì)于結(jié)構(gòu)層的影響是微乎其微的，建筑結(jié)構(gòu)對(duì)結(jié)構(gòu)層的約束非常復(fù)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(yīng)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(dǎo)致出現(xiàn)墻面層溫度應(yīng)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(yǔ)

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(shí)際的應(yīng)用過程中，外保溫形式對(duì)于建筑物墻體基層有良好的保護(hù)作用。保溫墻體的保溫隔熱效果，會(huì)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(yīng)力也會(huì)非常明顯，甚至?xí)l(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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