夾芯保溫密肋復合墻體研究

石玉鳳，陳英杰，陳國新，姜 瑞，艾克拜爾江·艾尼瓦爾

(新疆農業大學水利與土木工程學院，烏魯木齊 830052)

節約資源是我國一項基本國策，建筑節能是一系列節能減排工作中的重要組成部分。我國在建筑上的能耗形式非常嚴峻，與發達國家相比，單位建筑面積的能源損耗量已達到2～3倍，所以加強建筑資源的合理利用問題不容忽視。我國政府已經充分認識到建筑節能的重要性和緊迫性，將建筑節能列為優先發展的領域，建筑外墻造成的能耗占整個建筑總能耗的比例較高，所以建筑墻體良好的保溫性能是實現建筑節能的核心[1]。我國現階段的首要任務是發展滿足建筑產業化、標準化和工業化的管理程度高、施工質量優良、符合可持續發展要求、經濟友好性的新型建筑結構工業化住宅體系[2,3]。

為降低建筑能耗，提高墻體保溫隔熱性能，降低墻體的導熱系數、傳熱系數等熱工性能指標，研制出各種具有保溫功能的復合墻體，減少建筑的冷、熱消耗，使能源利用率得到最大限度提升，改善圍護結構的保溫隔熱性能是推動建筑保溫節能建設的重中之重。隨著建筑產業的迅速發展，各種新型內、外墻體保溫材料和裝配式節能住宅建筑體系也隨之發展起來，同時由于內、外復合墻體保溫材料和裝配式節能住宅建筑體系在應用上存在局限性，如墻體保溫材料使用耐久性較差、防火性能差、抗腐蝕性低以及冷(熱)橋現象嚴重等存在很多弊端，所以很難推廣使用。因此，尋求一種新型夾芯密肋保溫復合墻體結構形式，在保留和發揚傳統夾芯保溫復合墻體既有優勢的同時，又能解決長久以來制約夾芯密肋保溫復合墻板體推廣使用的諸項弊端就成為了推廣住宅產業化中的一項重要研究工作。

1 復合保溫節能墻體的優缺點

建筑保溫節能建設可以采取如下措施：研制出符合節能保溫要求的新型環保建材，提高可再生能源的利用率；大力宣傳開展建筑工業化知識，提高全民的節能環保意識；圍護結構多采用導熱系數低的新型墻體材料，提高墻體的熱工性能，而建筑墻體的保溫隔熱性能優劣直接影響建筑的能耗量，即通過上述方法措施，推廣新型環保建材對復合保溫墻體建設起到了決定性作用。

復合保溫節能墻體可根據墻體中保溫層位置的不同分為外墻外保溫、內保溫及外墻夾芯密肋復合保溫墻體三種類型。

1.1 外墻外保溫

優點是可適用范圍更加廣泛；保護墻體結構層；保溫材料置于建筑物外墻外側，溫度變形減小，受熱橋的影響較??；不占用室內使用面積，二次裝修對保溫層不會產生影響。缺點是外保溫材料的使用壽命與主體結構不同步；易脫落，對技術人員要求較高；防火性能較差。

1.2 外墻內保溫

優點是施工工期較短；無高空作業；對內保溫材料及墻面垂直度、平整度要求不高。缺點是在嚴寒和寒冷地區，室內外溫差較大易產生結露現象，梁、柱等重要節點處易產生結構冷(熱)橋問題；占用室內使用面積，給房屋的二次裝修帶來了諸多問題；墻體的平均傳熱系數高，通常保溫層厚度較高，不利于節能環保，造價較高。

1.3 外墻夾芯密肋保溫

優點是可與建筑物主體同壽命；耐久性能較好；保溫材料不受環境影響；使用高效耐久性材料有利于達到節能環保的效果；不影響二次裝修；建筑能耗小。缺點是夾芯、保溫是由外墻體、內墻體和保溫層構成，在非嚴寒區域，此墻體比內、外墻體更厚，造價較高；使用連接件連接內、外側墻片，墻體構造更復雜，使系統更安全；外圍護結構熱橋面積大，給保溫施工增加困難且材料的保溫性能不能充分發揮作用；外墻受溫差影響大進而導致墻體表面容易出現空鼓、開裂等現象。

2 國內外復合保溫節能墻體的相關研究

夾芯復合墻板很早在西方發達國家就已普遍應用，是典型的建筑保溫性墻體，并且已制定一整套完整的設計方法與細部構造規范，如在美國建筑統一的設計規范中對夾芯墻板的大小、內葉墻中間的構造鋼筋及鋼絲網片的設置、裂縫的控制等都有詳細的規定；英國學者曾做過夾芯空腔墻體中的連接件對其抗壓強度的試驗研究，結果顯示：空腔墻體中拉接件的布置間距與種類對整體的抗壓強度與彈性性能的影響很小。在國內，利用(MARC)有限元程序對復合夾芯墻板建模，在受往復橫向荷載作用下對其進行有限元計算研究分析，結果表明在連接件的制約下，復合夾芯墻板各組成部件能良好的發揮協同工作能力[4,5]。20世紀90年代前后，在我國的東北、西北、華北地區各省市的重點城市相繼建成了一些建筑節能住宅試點工程及示范小區。但夾芯墻體作為我國的一種新型墻體結構，國家沒有統一的標準規范，各個地方的規范標準也各不相同，相關試驗和理論研究遠遠不夠，相應的結構構造和設計方法還很不成熟。

3 夾芯密肋保溫復合墻

3.1 夾芯密肋保溫復合墻構造

夾芯保溫密肋復合墻體是應用于預制裝配式建筑結構體系中的一種輕質、節能、抗震性能好的新型受力構件。密肋壁板結構是由預制的新型密肋復合墻板、樓板和現澆的隱形外框等組合而成的一種裝配整體式結構體系,其中的密肋復合墻板是以截面及配筋較小的鋼筋混凝土肋梁、肋柱為骨架，內嵌以爐渣、粉煤灰等工業廢料為主要原料的蒸壓加氣硅酸鹽砌塊預制而成，隱形外框與內部低強度填充體通過相互約束力來發揮各自作用。它是集承重、保溫、圍護或裝飾為一體的新型復合墻體，夾芯密肋復合墻是在圍護結構的內、外葉墻中夾以高效保溫節能材料(如改良聚苯泡沫體、巖棉體及其他保溫制品等)，通過纖維復合材料(GFRP材料)鋼筋連接件使之拉接成一體，達到保溫節能的效果。

3.2 夾芯密肋保溫復合墻結構特點

夾芯密肋保溫復合墻結構是我國復合保溫墻體改革與建筑住宅體系工業化要求的產物。其主要特點如下：

1)節約工程成本。夾芯密肋保溫復合墻體結構在最大程度上充分發揮各種材料的作用，提高材料利用率，節省材料用量，墻體主要由內葉墻、保溫層、外葉墻三部分構成，承重墻主要是內外葉墻體，墻體中間層為保溫絕熱材料，對墻體材料本身起到了保護作用，節能環保，降低造價。

2)保溫隔熱隔聲性能好。夾芯密肋復合墻體結構保溫材料多采用容重低、導熱系數低的材料，同時連接內外墻體的保溫層構造使墻體具有很好的熱工性能，減少熱量損失。此外，夾芯保溫層的厚度可根據保溫隔熱隔聲性能的墻體節能的各項要求進行更改。

3)建筑結構的使用壽命延長。夾芯密肋保溫墻體在內外葉墻體中間設置保溫層，保護了保溫材料受外界環境的影響，使保溫材料與建筑結構同壽命，符合建筑產業工業化的要求。

4)夾芯密肋保溫復合墻體適用范圍廣。材料方便易取，施工工藝簡單，熱工性能好且造價相對較低，適于全國推廣使用。延長了保溫材料使用壽命。

3.3 夾芯密肋保溫復合墻體弊端

目前，夾芯密肋復合墻體在建材選型、結構設計優化、產品研制等環節上多依賴于實際經驗和現存生產工藝。它主要表現在以下兩個方面：一方面，墻體結構層主要采用普通混凝土或輕集料混凝土，內、外葉墻中間的保溫層大都布置了縱向鋼筋網和橫向鋼筋連接件，使墻體自重增加，降低導熱系數，減少熱阻，產生熱橋效應，結構復雜且不利于節能環保。之前的研究已表明，橫向連接件的類型和間距對夾芯密肋墻的抗壓強度和彈性模量影響較小且在外荷載中承受的應力也很小。另一方面，現有的夾芯密肋復合墻體的保溫層大部分采用有機材料，使墻體內部易出現結露現象，防火性能、耐久性能較差。復合墻體可充分發揮各個材料的優良性能，優于其中任何單一材料的性能。因此，亟須研發出熱工性能好、使用方便、各項技術指標都符合建筑節能要求的新型墻體材料。

4 結 語

建筑節能建設是一個全球研究性潮流，建筑物節能設計是我國現階段尚待深度研究的最前沿的應用型課題之一[6]。夾芯密肋復合保溫墻體作為一種新型復合保溫墻體，其受力性能、防火性能、耐久性能和保溫隔熱性能等是其他復合保溫墻體(如外保溫墻體、內保溫墻體等)難以比擬的。但作為一種推廣使用的新型復合保溫墻體，夾芯密肋復合墻體在設計和施工中也存在著諸多問題，因此從理論和實踐方面都需要更深一步的研究，設計和構造方面的標準需要進一步完善和統一。

[1] 楊嗣信.對多層住宅建筑工業化施工的建議[J].建筑技術開發,2015,42(10):14 -17．

[2] 李曙光.淺談我國建筑節能現狀與對策[J]應用能源技術,2003,(1):1-3

[3] 貢英偉,吳香國,范豐麗.我國建筑節能現狀分析及對策[J].重慶科技學院報(自然科學版),2006(3):62-65

[4] 楊 軍.結構體系在建筑工程中的應用[J].山西建筑,2004.(21):32-33.

[5] 龍志飛,答 松.有限元法新論(原理.程序·進展)[M].北京:中國水利水電出版社,2001

[6] 劉培琴,劉淑海.我國建筑節能現狀及發展[J].煤氣與電力，2002(3):255-256.