建筑節(jié)能與結(jié)構(gòu)一體化技術(shù)集成研究_圖文

1、 22The Special Focus一、研究背景我國正處于城鎮(zhèn)化高速發(fā)展階段,在當前和今后10年間無疑是建筑業(yè)發(fā)展的鼎盛時期,也是建筑節(jié)能大發(fā)展的歷史機遇期,同時也是墻體保溫技術(shù)發(fā)展的黃金時期。目前,在我國新建建筑及既有建筑節(jié)能改造的墻體保溫市場中,外墻外保溫技術(shù)占據(jù)絕對優(yōu)勢,它為我國建筑節(jié)能事業(yè)的發(fā)展起到了非常重要的作用。但目前外墻外保溫市場存在生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模小、技術(shù)水平低,價格建筑節(jié)能與結(jié)構(gòu)一體化技術(shù)集成研究 山東省建設(shè)發(fā)展研究院 朱洪祥 孫增桂 朱傳晟本文系統(tǒng)闡述了山東省建筑節(jié)能與結(jié)構(gòu)一體化技術(shù)集成研究的技術(shù)路線、關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)、技術(shù)支撐體系、主要研究成果等內(nèi)容,并分析了各類一體化技術(shù)的

2、特點,通過研究確定了適合山東省地域要求的四大類八項一體化技術(shù),對推動建筑節(jié)能與結(jié)構(gòu)一體化技術(shù)的發(fā)展具有重要的借鑒作用。競爭失衡、工程監(jiān)管不到位等問題,致使外墻外保溫工程開裂、脫落、火災等問題時有發(fā)生,工程質(zhì)量存在諸多安全隱患。發(fā)展建筑節(jié)能與結(jié)構(gòu)一體化技術(shù),不僅能豐富建筑結(jié)構(gòu)體系,確保建筑節(jié)能工程質(zhì)量與消防安全,更重要的是有效解決了保溫系統(tǒng)與建筑墻體同壽命的關(guān)鍵問題,對于推動建筑節(jié)能和綠色建筑工作健康發(fā)展具有十分重要的意義。2009年下半年,山東省建設(shè)發(fā)展研究院受山東省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳委托,正式啟動了山東省建筑節(jié)能與結(jié)構(gòu)一體化技術(shù)集成 研究的重大課題,一是組織開展了大量的前期調(diào)研論證工作,通過多

3、次技術(shù)論證和理論分析,初步確定了建筑節(jié)能與結(jié)構(gòu)一體化技術(shù)課題研究思路;二是為全面了解和掌握各類一體化技術(shù)的性能特點和推廣應用情況,課題研究分為五個小組對省內(nèi)外一體化技術(shù)進行了廣泛的現(xiàn)場考察和調(diào)研,初步篩選了十五項一體化技術(shù)作為山東省的研究開發(fā)對象;三是在考察調(diào)研的基礎(chǔ)上,全面分析各類一體化技術(shù)產(chǎn)品的性能特點和生產(chǎn)應用中存在的問題,先后多次召開了專家論證會,研究確定了各類一體化技術(shù)產(chǎn)品的性能指標要求和研究開發(fā)重點;四是采取以企業(yè)為主導、科研院所為依托的產(chǎn)學研相結(jié)合的形式,針對不同類型和亟待解決的技術(shù)問題,采取靈活多樣的合作研發(fā)模式,通過產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)、試點示范工程建設(shè)和配備完善的檢測試驗手段等方式對

4、關(guān)鍵技術(shù)進行重點攻關(guān)研究;五是針對建筑節(jié)能與結(jié)構(gòu)一體化技術(shù)邀請了省內(nèi)外專家進行了結(jié)構(gòu)防火專題攻關(guān)和消防安全論證。經(jīng)過近三年的集成技術(shù)開發(fā)和系統(tǒng)研究,編制了8項節(jié)能與結(jié)構(gòu)一體化技術(shù)規(guī)程和導則,12項標準圖集,全省建立了一批一體化技術(shù)產(chǎn)品生產(chǎn)基地,建成各類一體化技術(shù)試點示范工程500多萬平方米,形成了適合我省地域要求的四大類八項一體化技術(shù)體系,圓滿完成了課題研究開發(fā)工作,并通過了山東省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳、省科技廳科技成果鑒定,其綜合技術(shù)達到國內(nèi)領(lǐng)先水平。二、集成研究的技術(shù)路線建筑墻體保溫與結(jié)構(gòu)一體化技術(shù)是一項新興的建筑節(jié)能技術(shù),涉及多個專業(yè)領(lǐng)域,技術(shù)產(chǎn)品種類繁多,結(jié)構(gòu)形式多種多樣。因此,課題組對一體

5、化技術(shù)采用系統(tǒng)集成研究方法,針對國內(nèi)已有技術(shù),通過產(chǎn)品生產(chǎn)、工程設(shè)計和施工技術(shù)進行了改造、提升和完善;對新型一體化技術(shù)進行關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和創(chuàng)新;對各類一體化技術(shù)從生產(chǎn)、設(shè)計和施工進行系統(tǒng)研究,形成了一整套完善的技術(shù)集成支撐體系。1、全面系統(tǒng)的研究(1建筑節(jié)能與結(jié)構(gòu)一體化技術(shù)概念的界定建筑節(jié)能與結(jié)構(gòu)一體化技術(shù)是集建筑保溫功能與墻體圍護功能于一體,墻體不需要另行采取保溫措施即可滿足現(xiàn)行建筑節(jié)能標準要求,實現(xiàn)保溫與墻體同壽命的建筑節(jié)能技術(shù)。界定一體化技術(shù)的概念要滿足三個條件:一是建筑墻體保溫應與結(jié)構(gòu)同步施工,同時保溫層外側(cè)應有足夠厚度的混凝土或其他無機材料防護層;二是施工后結(jié)構(gòu)保溫墻體無需再做保溫即能

6、滿足現(xiàn)行節(jié)能標準要求;三是能夠?qū)崿F(xiàn)建筑保溫與墻體同壽命。滿足上述條件方能為建筑節(jié)能與結(jié)構(gòu)一體化技術(shù)。(2 各類一體化技術(shù)調(diào)查研究為全面了解和掌握各類一體化技術(shù)的性能特點和推廣應用情況,課題組分為五個小組對全國范圍內(nèi)的一體化技術(shù)進行了廣泛的現(xiàn)場考察和調(diào)研,考察的范圍涉及20余個省市和地區(qū),共考察了18項一體化技術(shù)。考察調(diào)研的一體化技術(shù)力求具有區(qū)域代表性,技術(shù)具有一定的先進性,能夠代表目前國內(nèi)的技術(shù)發(fā)展水平。(3不同結(jié)構(gòu)體系分類研究通常采用的建筑結(jié)構(gòu)類型主要包括砌體結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、框剪結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)等,研究建筑節(jié)能與結(jié)構(gòu)一體化技術(shù)就必須研究不同結(jié)構(gòu)形式的節(jié)能。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同,課題組對各種結(jié)構(gòu)

7、形式的一體化技術(shù)進行了充分考察,主要包括各種框架填充墻自保溫砌塊結(jié)構(gòu)體系類、夾芯墻復合保溫結(jié)構(gòu)體系類、裝配式混凝土復合墻板保溫體系類和現(xiàn)澆混凝土墻體結(jié)構(gòu)自保溫體系類等。(4 技術(shù)產(chǎn)品性能全面研究為確定一體化技術(shù)產(chǎn)品的性能指標,總結(jié)一體化技術(shù)的特點,課題組對一體化技術(shù)產(chǎn)品的構(gòu)造型式、生產(chǎn)工藝流程、生產(chǎn)設(shè)備、養(yǎng)護條件、設(shè)計方法、施工工藝、工程驗收和推廣應用等方面進行了全方位的考察調(diào)研和必要的實驗研究,確定了適合山東省一體化技術(shù)特點的指標體系,為編制標準規(guī)程打下了堅實基礎(chǔ)。(5地域適用性研究我國地域遼闊,氣候分區(qū)明顯,不同的氣候區(qū)域?qū)σ惑w化技術(shù)的節(jié)能設(shè)計標準和性能指標有不同的要求,必須要考慮一體化技

8、術(shù)的區(qū)域適用性。適用于夏熱冬冷地區(qū)的一體化技術(shù)未必適用于寒冷或嚴寒地區(qū),而嚴寒地區(qū)的一體化技術(shù)未必適用于寒冷或夏熱冬冷地區(qū)。結(jié)合區(qū)域性問題,課題組對各項一體化技術(shù)的性能指標進行了詳細的研究,確定了適用于山東省的建筑節(jié)能與結(jié)構(gòu)一體化技術(shù)體系。2 、防火性能研究(1結(jié)構(gòu)防火理論研究建筑防火功能是建筑物最重要的功能之一,節(jié)能與結(jié)構(gòu)一體化技術(shù)必須首先滿足相應的防火功能要求。節(jié)能與結(jié)構(gòu)一體化技術(shù)的防火研究引用了結(jié)構(gòu)構(gòu)造的防火理念,根據(jù)國家有關(guān)防火標準,結(jié)合一體化技術(shù)特點,這種防火理念并不苛求建筑保溫材料自身的燃燒性能,而是通過墻體結(jié)構(gòu)與保溫材料的有機結(jié)合組成結(jié)構(gòu)墻體來滿足防火功能,從根本上解決外墻外保溫

9、工程的消防安全問題。(2結(jié)構(gòu)自身防火性能研究一體化技術(shù)最大的特點是建筑墻體保溫與結(jié)構(gòu)融為一體,而且保溫層外側(cè)有足夠厚度的防護層(一般保溫層外側(cè)有30mm50mm的混凝土或水泥砂漿,根據(jù)防火設(shè)計規(guī)范的規(guī)定,保溫層外側(cè)有30mm50mm的防護層,其耐火極限不低于1.0h。根據(jù)有關(guān)外墻外保溫薄抹灰系統(tǒng)墻角火試驗結(jié)果顯示,試驗開始后10min時,薄抹灰系統(tǒng)頂部兩面墻的交叉部位保護層首先脫開,聚苯板被點燃,隨后保護層脫開面積逐漸擴展,燃燒面積也隨之擴展,13min時,整個墻面全部開始燃燒,并在5min23The Special Focus內(nèi)墻面的聚苯板全部完畢。可見一體化技術(shù)的防火性能遠遠好于外墻外保溫

10、系統(tǒng)。(3施工過程防火研究目前,我國建筑外墻外保溫火災的發(fā)生主要集中于施工階段,使用階段相對較少。減少或避免施工階段的火災現(xiàn)象成為當前研究工作的重點之一。課題組對各項一體化技術(shù)在施工階段的防火性能進行了詳細的研究分析,對施工階段防火性能薄弱的技術(shù)環(huán)節(jié)進行了研究改進,比如自保溫砌塊的保溫材料置于砌塊的內(nèi)部,現(xiàn)澆墻體類的保溫材料采用工廠化生產(chǎn)時均用界面砂漿完全包覆,使一體化技術(shù)在施工階段能夠有效避免火災的發(fā)生。3、結(jié)構(gòu)節(jié)能研究相對于外墻外保溫而言,節(jié)能與結(jié)構(gòu)一體化技術(shù)是通過建筑墻體保溫與結(jié)構(gòu)融為一體同步設(shè)計同步施工來達到結(jié)構(gòu)節(jié)能的目的,實現(xiàn)建筑保溫與結(jié)構(gòu)墻體同壽命。課題組對現(xiàn)澆混凝土類結(jié)構(gòu)體系、框

11、架填充墻、砌體結(jié)構(gòu)、裝配式結(jié)構(gòu)墻板等結(jié)構(gòu)體系進行了大量的試驗研究和工程示范應用,開發(fā)形成了一些獨具特色的新型建筑保溫結(jié)構(gòu)體系,其集成技術(shù)研究成果,能夠同時滿足國家建筑結(jié)構(gòu)和建筑節(jié)能標準規(guī)范要求(詳見專項技術(shù)成果介紹。4、技術(shù)支撐體系研究(1 生產(chǎn)工藝研究節(jié)能與結(jié)構(gòu)一體化技術(shù)要求的性能指標,必須有較成熟的生產(chǎn)工藝作保障。課題組與相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)從設(shè)備的先進性、經(jīng)濟性和適用性等方面進行了大量的科研試驗,研究開發(fā)了滿足一體化技術(shù)要求的自動化生產(chǎn)設(shè)備,確定了科學合理的產(chǎn)品生產(chǎn)工藝,提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量,有利于形成標準化、產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展規(guī)模。(2 技術(shù)指標體系研究耐久性是節(jié)能與結(jié)構(gòu)一體化技術(shù)研究的關(guān)鍵因素

12、之一,對關(guān)乎耐久性能的技術(shù)指標通過試驗研究,指標進行了嚴格控制,對關(guān)乎抗裂性能的技術(shù)指標制定了嚴于國家標準的規(guī)定。課題組在對各項一體化技術(shù)產(chǎn)品進行了大量的試驗和研究的基礎(chǔ)上,經(jīng)過反復論證,結(jié)合山東實際情況,研究確立了一套完整的技術(shù)指標體系,為一體化技術(shù)產(chǎn)品生產(chǎn)應用和標準規(guī)程的制定奠定了良好基礎(chǔ)。(3 設(shè)計施工技術(shù)研究對一體化技術(shù)設(shè)計用的熱工性能指標進行了試驗室內(nèi)的數(shù)據(jù)測定和現(xiàn)場實際工程測定,通過對比分析,確定了設(shè)計用熱工指標和相對應的修正系數(shù),為設(shè)計人員提供了簡便的計算方法;通過試點示范工程建設(shè),研究不同材料結(jié)合處抗裂措施的最佳處理方法,對已有技術(shù)施工工藝和施工技術(shù)措施進行了進一步改進和完善,

13、為施工單位提供先進適用、可操作性強的施工技術(shù)。(4標準規(guī)程圖集研究標準規(guī)程是指導生產(chǎn)、設(shè)計、施工最重要的依據(jù)。生產(chǎn)工藝研究、技術(shù)指標體系研究和設(shè)計施工技術(shù)研究為標準規(guī)程和圖集的編制提供了非常重要的素材,結(jié)合前期的試點示范工程實例積累的工程經(jīng)驗,課題組對一體化的設(shè)計技術(shù)要求和施工方法針對性的進行了優(yōu)化,編制了8項應用技術(shù)規(guī)程導則(見圖1、12項一體化標準圖集(見圖2,為一體化技術(shù)的發(fā)展應用提供了強大的技術(shù)支撐。圖1 規(guī)程導則圖2 標準圖集三、集成研究的主要技術(shù)成果1、 現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)復合保溫體系類(1 FS外模板現(xiàn)澆混凝土復合保溫體系FS外模板現(xiàn)澆混凝土復合保溫體系是以FS復合保溫外模板為永

14、久性外模板,內(nèi)側(cè)澆筑混凝土,外側(cè)做水泥砂漿抹面層及飾面層,通過連接件將FS復合保溫外模板與混凝土牢固連接在一起而形成的保溫結(jié)構(gòu)體系。該體系具有以下特點:設(shè)計施工技術(shù)簡便;采用多層結(jié)構(gòu)設(shè)計型式,具有較高的剛度和良好的保溫性能;優(yōu)良的防火性能,能夠有效避免施工階段火災現(xiàn)象的發(fā)生;設(shè)置了保溫過渡層,減少了溫差應變,有效防止抹面層空鼓、開裂等質(zhì)量問題;保溫與模板合二為一,減少施工工序,降低工程綜合造價。該體系適用于框架結(jié)構(gòu)、框剪結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)的梁、柱、剪力墻部分保溫工程,采暖與非采暖空間的現(xiàn)澆混凝土樓24 板部位保溫工程。(2IPS現(xiàn)澆混凝土剪力墻自保溫體系IPS現(xiàn)澆混凝土剪力墻自保溫體系是以工廠制

15、作的單面鍍鋅鋼絲網(wǎng)架板為保溫層,施工時將網(wǎng)架板置于外模板內(nèi)側(cè),并采用連接件連接,鋼絲網(wǎng)架保溫板兩側(cè)同時澆筑混凝土后形成的結(jié)構(gòu)自保溫體系。該體系具有以下特點:實現(xiàn)墻體保溫與結(jié)構(gòu)同步施工;鋼絲網(wǎng)架板在工廠制作時用界面砂漿包覆,提高施工階段防火性能,并增加同混凝土的粘結(jié)力;采用鋼筋作為錨固連接件,增加了鋼絲網(wǎng)架板與墻體結(jié)構(gòu)的拉結(jié)強度,確保安全可靠。該體系適用于8度和8度以下抗震設(shè)防地區(qū)工業(yè)與民用建筑的現(xiàn)澆混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)和框支剪力墻結(jié)構(gòu)。(3 CL結(jié)構(gòu)保溫體系CL結(jié)構(gòu)保溫體系是在工廠預制的CL網(wǎng)架保溫板兩側(cè)現(xiàn)澆混凝土而形成的一種新型的保溫復合鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系。其核心構(gòu)件為CL

16、鋼絲網(wǎng)架板,由兩層鋼絲網(wǎng)用斜插鋼絲(腹絲連接成的空間骨架中間夾以聚苯板構(gòu)成。該體系具有如下特點:自重輕、保溫效果好;抗震性能優(yōu)良;工廠化加工,有利于產(chǎn)業(yè)化發(fā)展;實現(xiàn)墻體保溫與結(jié)構(gòu)同步施工。該體系適用于8度及8度以下抗震設(shè)防地區(qū)的現(xiàn)澆混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)。2、砌體自保溫結(jié)構(gòu)體系類(1 非承重砌體自保溫體系非承重砌體自保溫體系是以非承重自保溫砌塊為墻體圍護材料,采用專用砂漿砌筑(或薄灰縫砌筑,梁、柱等熱橋部位采用FS復合保溫外模板現(xiàn)場澆筑而形成的自保溫體系。目前,常用的自保溫砌塊有混凝土復合自保溫砌塊、燒結(jié)制品復合自保溫砌塊、發(fā)泡混凝土自保溫砌塊、粉煤灰多排孔砌塊等類型。該體系具有自重輕、保溫隔熱性能

17、好;防水、抗?jié)B、收縮率低、使用壽命長;設(shè)計施工技術(shù)簡便等特點。該體系適用于8度及8度以下抗震設(shè)防地區(qū)的民用與工業(yè)建筑框架填充墻自保溫非承重結(jié)構(gòu)。(2 承重多孔磚自保溫結(jié)構(gòu)體系建筑外墻采用自保溫承重混凝土多孔磚砌筑,其混凝土構(gòu)件等熱橋部位采用復合保溫板等保溫處理而組成的、集保溫隔熱和承重功能于一體的建筑結(jié)構(gòu)體系。該體系具有以下特點:自重輕、其自保溫多孔磚本身帶有阻斷灰縫熱橋的措施,大大提高了砌體的保溫隔熱性能;自保溫多孔磚收縮率低且使用專用砌筑砂漿,減少了砌體開裂的可能性;有較高的強度(MU15,MU20兩個等級。按傳統(tǒng)建筑設(shè)計和施工,簡便易行。適用于抗震設(shè)防烈度8度及8度以下地區(qū)的多層居住建筑

18、和公共建筑砌體自保溫結(jié)構(gòu)體系。3、夾心保溫復合磚砌體結(jié)構(gòu)體系類夾心復合墻保溫結(jié)構(gòu)體系以多孔磚或空心砌塊等為墻體砌筑材料,墻體兩側(cè)砌筑,中間設(shè)置保溫層,輔以梁、柱等部位保溫構(gòu)造措施后形成的保溫與結(jié)構(gòu)同壽命的結(jié)構(gòu)體系。該結(jié)構(gòu)體系具有保溫隔熱性能好,熱環(huán)境舒適度高等特點,同時處于夾層中的保溫材料受到內(nèi)、外葉墻的保護,可大大減少環(huán)境對保溫材料的影響,較好地解決了夾心保溫材料的防火和耐久性問題。該體系適用于民用建筑砌體結(jié)構(gòu)體系,特別適合社會主義新農(nóng)村建設(shè)工程。4、裝配式混凝土復合墻板保溫體系類(1SK裝配式墻板自保溫體系SK裝配式墻板復合保溫體系是以鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)依托,將工廠化預制好的保溫墻板在現(xiàn)場使用專用工具先安裝固定,后澆筑混凝土框架柱、梁、板而形成的保溫結(jié)構(gòu)一體化體系。預制復合保溫外墻板是由雙向交叉鍍鋅鋼絲網(wǎng)架作為受力骨架,在網(wǎng)架兩側(cè)面澆筑具有高強、抗裂、抗?jié)B等功能的薄體細實混凝土,內(nèi)部空腔填充高效保溫材料制成的復合保溫大板。該體系具有以下特點:墻板附于框架結(jié)構(gòu)的外側(cè),先安裝墻板后澆框架混凝土,使其建筑的外墻全部用墻板完全包裹,不存在