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从CL建筑体系的 “一体化”发展谈墙体节能发展方向
发布日期:2013-03-27    浏览次数:2421

李云峰   田卫鹏   闫秀东

(石家庄晶达建筑体系有限公司,石家庄  050051)

摘  要:作为一种钢筋焊接网架复合混凝土剪力墙,CL建筑体系具有节能与结构一体化、节能与消防安全一体化、节能与产业一体化、节能与装饰一体化、节能与村镇建设一体化等特点,体现了未来建筑节能技术的市场需求和发展方向。

关键词:建筑节能 ;CL建筑体系;一体化

1 前言

    十余年来,我国的建筑节能技术飞速发展,建筑节能不仅已经成为现今建设领域的重要组成部分,更将是未来建设领域科技发展的桥头堡。关于未来维护结构中的墙体保温措施,其保温材料、保温形式、构造做法、保温体系的各项指标等正越来越多的成为行业内讨论和关注的焦点。下面将以CL建筑体系技术为例,简单分析建筑节能中墙体保温的发展方向。

2 CL建筑体系技术概述

CL建筑体系是一项包括钢筋焊接网架复合剪力墙的材料组合、受力分析、构造措施、施工工艺、设备配套、生产控制等在内的技术体系。

CL建筑体系属于复合剪力墙结构体系,其核心构件是一种在工厂内定制生产的“钢筋立体焊接网架保温夹芯板(简称‘CL网架板’)”;通过施工现场两侧浇筑混凝土后形成的集受力、保温于一体的现浇钢筋混凝土复合剪力墙(具体墙身构造见表1)。该种复合剪力墙主要用于建筑物的外墙、不采暖楼(电)梯间墙、分户墙等有保温、隔声要求部位的墙体。该复合剪力墙与其它室内普通剪力墙及现浇楼板(屋盖)共同构成建筑物的主体。

近年来,该技术在十余个严寒、寒冷及夏热冬冷地区的工程中大量应用,并被列为第四步节能的储备技术之一。CL建筑体系技术之所以被广泛接受,并被寄予希望成为未来建筑墙体保温的主要做法之一,是与该技术能够同时兼顾多个方面的技术要求密不可分的。

表1  CL复合剪力墙墙身构造表   

CL墙体型号

II 

III 

IV 

适用范围

非承重部位

建筑物高度不大于36m

建筑物高度大于36m

墙体竖向剖面图

 

 

 

  

混凝土amm

(室外侧)

50(现浇)或40(喷射或预制)

保温层bmm

根据节能标准计算确定

混凝土cmm

40

100≤c<120

140≤c≤160

160

钢筋焊接网①

φcp3@50

钢筋焊接网③

φcp3@50

φcp4@50φ6@100

φ5/6/8@100/150/200

———

腹丝②

φcp3100/㎡或φcp450/

水平拉筋

———

———

———

由设计确定

CL网架板

①②③在工厂焊接成网架,钢筋在现场绑扎并满足国家相关规范规定

3 符合节能与结构一体化要求

3.1 实现节能与结构一体化的意义   

目前,建筑墙体节能措施以外墙外保温为主,尤其是2000年以来,北方进入大面积外贴薄抹灰技术时代。但是,众多的外保温技术设计使用年限为25年,与建筑物主体结构50年甚至70年的设计使用年限相比,存在严重不匹配的现象。而且,由于外保温持续升温的价格战,和施工质量的不易监控性,致使外保温短期内开裂、脱落、空鼓现象普遍发生。上述问题会导致在10年以后,我国将面临开始进入大面积的既有建筑节能改造时期。每年约近千亿的巨额维修更换费用,近亿立方米的建筑垃圾,建筑功能的半停滞对几千万人正常工作、生活的影响等社会问题,将严重干扰我国的经济发展和社会和谐。因此,建筑墙体保温措施与主体结构一体化,已经成为墙体节能发展的第一前提。

3.2 节能与结构一体化的技术要求

节能与结构实现一体化的关键,是保温层的保护层的耐久性与主体结构相同、保温做法与主体结构连接构件的耐久性与主体结构相同,从而满足正常使用年限相同的目的。

3.3 CL建筑体系节能措施的结构一体化进程

CL建筑体系中的复合剪力墙,其保温层外侧是50mm厚现浇高性能混凝土层,内配φ3@50的钢筋焊接网(配筋率为0.28%)。该构造做法关于耐久性的构造措施较主体结构要求严格,不仅在全寿命周期内对保温层起到保护作用,还可以一定程度上提高主体结构的耐久性。此外,该复合剪力墙中配置了不少于100个/㎡的斜插钢筋,通过与保温板两侧的钢筋焊接网焊接成空间立体网架,将两侧混凝土有效拉接成一体,即使遭遇高于设防烈度的地震作用也不会产生较大破坏。此外,为进一步提高该连接措施的耐久性,斜插钢筋穿过保温板的部分,除严格镀锌外还进行了二次镀塑处理。

4 满足节能与消防安全一体化需要

4.1 节能与消防安全一体化的必要性

随着行业内关于建筑消防安全的法规陆续出台,以及几次重大火灾的警示作用,消防安全已经成为建筑节能不可逾越的底线。与短短几个月的施工期相比,具有高密度人口、重要财产、大量易燃物聚集等易发生重特大事故条件的至少50年的建筑使用期更显漫长与重要。由于聚苯乙烯类保温板如EPS、XPS等可燃类板材具有价格低、导热系数小、生产便捷等特点,长期以来一直在墙体节能材料中占据着绝对主导的地位。随着我国建筑物高度的节节攀升,本来就供应量小、价格偏高、稳定性差的以岩棉板为代表的不燃物保温材料,更难以跟上建筑节能市场飞速发展的步伐。而目前普遍应用的外墙保温技术,其可燃保温层的外侧保护层厚度较薄、密闭性差,极易发生明燃并迅速蔓延,同时产生大量的有毒气体。另外,正在开展的既有建筑的节能改造,为避免发生重大人员伤亡及财产损失的事故发生,现行规范规定“公共建筑在营业、使用期间不得进行外保温材料施工作业,居住建筑进行节能改造作业期间应撤离居住人员”,将建筑节能与百姓的正常生活置于两难境地。因此,满足消防安全前提的建筑节能成为了必然的发展趋势。

4.节能与消防安全一体化的技术要求 

解决建筑保温的消防安全问题,可以从两个不同的方向入手。第一个途径就是控制保温材料的燃烧性能,即严格使用燃烧性能分级达到A级的保温材料;第二个途径就是加强可燃保温材料的防火构造措施,如设置防火隔离带或加强保温层外保护层的耐火极限等。对于第一种途径,可以简单地通过权威部门发布的材料选用目录控制;而对于第二种途径,则需要控制整个保温系统,即保温层的保护层、保温做法与主体结构的连接措施均达到与结构构件相同的耐火极限要求。

4.3 CL建筑体系保温的消防安全措施

作为构造防火技术的代表,CL建筑体系采取了提高高温状态下构件完整性的措施,如保温板两侧的混凝土层通过斜插钢筋及附加钢筋与梁、板、柱等结构构件拉结成一体;自密实混凝土的低含水率、细而密的高配筋钢筋焊接网可以避免或延迟混凝土层在持续高温作用下的爆裂以及缓解钢筋与混凝土之间的粘结强度下降。

该技术可提高高温状态下构件的绝热性以保证火灾对大面积结构产生影响。受到高温作用时,密闭的混凝土保护层可以将保温板与空气隔绝,避免或延迟保温层燃烧、传播蔓延及气体释放。作为复合夹心墙体,即使保温板热熔后,密闭的空腔结构也较实体墙体绝热性优良。

该技术可提高高温状态下构件稳定性及承载力。通过构造措施形成整体的空心复合墙增加了构件稳定性;墙体配置多层钢筋焊接网可避免因钢筋集中高温失效而发生失稳;由于加厚钢筋焊接网的混凝土保护层所以提高了墙体的耐火极限。

2010年9月,经国家固定灭火系统和耐火构件质量监督检验中心测试,CL建筑体系复合墙体的耐火极限达4h以上,该试验表明保温措施的耐火极限已经远高于该部位结构构件的耐火极限要求。

实现节能与产业化一体化的目标

5.1 提高建筑节能产业化的目的

导致目前外墙保温工程质量参差不齐的主要原因就是产业化程度低。作为主控项目和隐蔽验收工程,外墙外保温施工从原材料控制、施工过程监管到保温工程的批量验收,难以实现一站式管控的目标。众多的过程因素和手工操作的不稳定性,造成工程质量不统一,为以后保温层在遭受多次自然环境影响后产生开裂、脱落、空鼓等质量通病埋下隐患。而且,行业整体的产业化程度较低,降低了行业的准入门槛,导致了行业内的无序竞争、恶意低价竞标。因此,提高建筑节能的产业化程度进程,全面实现节能与产业化的一体化目标,是建筑节能行业发展的最终出路。

5.2 实现节能与产业化一体化的技术要求

保温工程产业化的最低要求,应该将包括保温板、连接件等保温系统的主要部分在工厂内定制完成,减少或避免施工现场因保温做法施工带来的工期延长和二次作业。

5.3 CL建筑体系的产业化程度

CL建筑体系的核心构件,是包括墙体受力钢筋、保温板在内的一种成型网架板。该网架板是根据施工图设计要求,在工厂内根据不同工程、不同部位设计特点经过生产线流水作业订制加工而成。即能保证产品质量的稳定性,又能实现节能工程的一站式监管。该技术减少了施工现场钢筋绑扎的工作负担,且保温做法是随着主体结构的施工同时完成,可以节省掉整个外保温施工工序,从而大大缩短工期。

6 体现节能与装饰一体化的趋势

6.1 节能与装饰一体化的意义

当前建筑节能以外墙外保温为主,其较厚的低强度保温层、较薄的保护层以及许多柔性连接措施,导致建筑物外墙装饰以涂料为主,形式单一,难以展示建筑文化、满足城市化个性发展战略。实现建筑节能与建筑装饰的有机结合,是随着我国经济发展而快速提高的建筑品质及商业地产的迫切需求。

6.2 节能与装饰一体化的技术趋势

在达到相关节能标准的前提下,实现装饰层与保温层以整体部品形式的产业化生产,或节能措施能为装饰工程提供多样化的平台,实现二者的协调发展是节能与装饰一体化的主要发展趋势。

6.3 CL建筑体系节能与装饰的一体化结合

CL建筑体系外侧50mm的高配筋混凝土层,为瓷砖粘贴、干挂石材或幕墙工程提供了施工基础。同时,以现浇形式施工的外墙混凝土面层也是清水混凝土装饰做法最有利的工艺。与传统外保温相比,该工艺做法既减少了施工工序,又能降低对装饰材料重量等技术指标的要求,从而直接降低装饰工程的成本造价。

7 拓展节能与村镇建设一体化的领域

7.1 节能与村镇建设进程一体化任重道远

在我国的城市建筑即将掀开75%的第四步节能标准帷幕之际,我国的节能减排目标和可持续发展进程也正面临着日益扩大的低节能农村住宅建设的挑战。总量与城市建筑相差无几的农村建筑,正随着农村经济的发展和农民对居住条件需求的日益提高而成为新的耗能大户。但是,与能耗总量快速提高相反的是农村建筑节能推行缓慢,政策支持与百姓需求对接困难。其主要原因是缺乏与农村环境相适应的坚固耐用、施工便捷、造价低廉的节能技术。

7.2 节能与村镇建设一体化的技术方向

突破技术短缺难题,为农村提供能够满足生产、生活要求的节能技术,提供能够适应零星作业、施工技术含量低、造价低廉的节能技术,提供能够符合农村未来建筑发展的技术,是节能与村镇建设一体化发展的方向。

7.3 CL建筑体系在村镇节能建筑中的探索与应用

作为产业化程度技术较高的CL建筑体系,其包括墙体受力钢筋及保温板在内的墙体骨架全部实现了工厂化的个性化定制生产,施工现场主要采用附加钢筋绑扎的方式连接。此外,该技术的混凝土湿喷技术也为农村节能住宅建设提供了施工便捷的先决条件。通过在汶川、玉树等灾后恢复重建的几千套农牧民住宅项目表明,该技术安全、节能、快速、低价特点显著,完全能够满足我国广大农村节能建筑的建设要求。

8 结束语

CL建筑体系是一项综合建筑节能领域未来发展方向的新型技术,该技术近年来被建筑节能领域快速认可和接收,也体现了我国相关领域的发展趋势和行业倾向。虽然我国的节能与结构一体化等相关课题刚刚提出,还没有相关的技术指标或行业标准予以规范,但是,山东、河北、内蒙等省一体化工作的实质性展开,已经为我国未来的建筑节能发展方向迈出探索性的第一步。

THE DEVELOPMENT DIRECTION OF THE BUILDING ENERGY-SAVING FROM THE CONSIDERATION OF FIVE “INTEGRATION” IN THE CL BUILDING SYSTEM

Abstract: As one kind of composite concrete shear wall with welded steel grid, the CL building system has features including the integration of energy-saving and structure, energy-saving and fire safty, energy-saving and industry, energy-saving and decoration, energy-saving and town construction. It represents the market demand and development direction of the building energy-saving technology in future. Keywords: Building energy-saving; CL building system; Integration;

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