建筑结构保温一体化关键技术研究

戎 贤 矫立超 赵士永

1河北工业大学土木与交通学院（300401）2河北省建筑科学研究院有限公司（050200）

0 前言

近年来，各地相继发生建筑外保温材料火灾事故，造成严重人员伤亡和财产损失，建筑易燃可燃外保温材料已成为新的火灾隐患，由此引发的火灾呈多发势头。无论是新建建筑，还是既有建筑的节能改造，只要解决不了保温材料外漏的问题，就无法避免火灾隐患。目前常用的外贴外挂保温墙体设计寿命只有25年，由于我国建筑行业的粗放型以及整体技术水平不高，所以往往不能保证外贴外挂保温墙体的设计寿命，有的设计寿命3~5年，有的7~8年，有的甚至没完工保温层就掉下来[1]。而常规的住宅建筑结构设计年限在50年以上，外贴外挂保温墙体的设计寿命远远达不到其的时间要求，这就需要在一个建筑的全生命周期内对外贴外挂保温墙体进行多次维修，甚至大面积更换，需要花费大量的资金。

目前，我国外保温工程普遍采用的是聚苯板薄抹灰和干挂幕墙板填充系统，这两种外保温墙体均存在着不同的消防隐患。尤其是在施工过程中，保温板一旦碰到火花，极容易发生火灾[2]。尽管采用的保温板为阻燃型的xps或eps板，但在火灾发生的情况下，由于聚苯板属热性泡沫，遇热收缩融化，助燃剂快速挥发，保温板转换成为极易燃烧的可燃体，并在热风力和烟道效应的推动下，短时间内可使整个建筑物外立面燃毁殆尽，从而造成严重的财产损失和人身安全事故。而外墙结构保温一体化则是与一次性施工完成，在板的外表面直接施工腻子或抹灰，构成过渡层、加强层，从而将保温板进行全覆盖，杜绝了火灾隐患[3]。

在施工中无论是聚苯板薄抹灰保温、聚苯颗粒保温浆料保温、硬质聚氨酯泡沫塑料板保温，还是pvc挂板保温都是主体完工后再进行二次施工，施工工艺较为复杂，需找平、抹抗裂砂浆、挂耐碱玻璃丝网格布、打锚栓，工序繁多，施工周期长，施工容易出现保温板跑偏，模板支设过程及钢筋绑扎过程中对保温板破坏大，浇筑时混凝土密实度不好控制，模板支设必须先施工墙体在支设顶板等[4]。采用外墙结构保温一体化后，采用传统的施工工艺和施工方法即可，工程量显著减少，保温施工与主体施工同步，结果达到墙体相同目标，总体施工工期还能够缩短1～2个月，设备租赁费、管理费、人工费等均得到大幅节约[5]。

界定一体化技术的概念要满足三个条件:①建筑墙体保温应与结构同步施工，保温层外侧应有足够厚度的混凝土或其他无机材料防护层；②施工后结构保温墙体无需再做保温即能满足现行节能标准要求；③能够实现建筑保温与墙体同寿命。建设部门对建筑节能与结构一体化技术的规定要求，该产品需集建筑保温功能与墙体围护功能于一体，墙体不需要另行采取保温措施即可满足现行建筑节能标准要求，实现保温与墙体同寿命的建筑节能技术。目前已认定常用的建筑结构保温一体化技术有七种，其中，属于内置夹心形式的有三种:EPS、SD、CL；属于外置免模板形式的有四种:SK、GES、FF、FS。

1 内置夹心形式

1.1 内置夹心形式——EPS模块现浇混凝土剪力墙保温系统

在墙体受力钢筋的外侧将无孔模块经积木式相互错缝插接拼装成现浇混凝土墙体的夹芯保温层，用连接桥固定无孔模块位置。将金属热镀锌电焊网安装在连接桥外侧端头的预制卡槽内，再通过连接桥和组合配件将内外两侧模板连接和紧固，构成无孔模块外侧有50 mm、模块内侧有与结构墙体厚度等同的两道空腔模板组合（或称空腔构造）。分别向空腔构造内浇筑混凝土，待达到一定强度，拆除内外两侧模板，由此构成保温结构一体化的复合墙体，简称夹芯保温现浇系统[6]。

图1 复合剪力墙构造示意图

1.2 内置夹心形式——SD现浇混凝土内置保温体系

通过连接件将SD焊接钢丝网架保温板与主体结构钢筋连接，循环浇筑SD焊接钢丝网架保温板内外侧混凝土形成的现浇混凝土内置保温体系，简称SD建筑保温体系。SD建筑保温体系由内及外一次由现浇混凝土基层墙体，SD焊接钢丝网架保温板，现浇混凝土保护层、抹面层和饰面层组成。保温板一侧（两侧）用两层钢丝网片作为支撑架，通过插丝穿过保温板并留有一定长度做成的网架板，简称SD网架板[7]。

1.3 内置夹心形式——CL建筑体系

图2 复合剪力墙构造示意图

由两层或两层以上起受力或构造作用的钢筋焊接网，中间保温层，用三维斜插钢筋（简称腹筋）焊接形成钢筋网架板（简称CL网架板），在CL网架板的保温层两侧同时浇筑混凝土形成兼结构受力与节能与一体的复合墙体（简称CL复合剪力墙）。以CL复合剪力墙为主要保温隔热墙体的建筑则称为CL建筑体系。构造层、保温层及与主体结构的拉结件的设计使用年限应与主体结构相同，构造层与结构层的拉结在正常使用年限内能够承受自重、风荷载和室外环境的长期作用而不产生有害变形、裂缝和破坏。复合剪力墙的保温、隔热和防潮性能应符合现行国家标准《民用建筑热工设计规范》GB 50176及相关建筑节能设计标准的规定。复合剪力墙的耐火极限应符合现行国家标准《建筑设计防火规范》GB 50016的有关规定。复合剪力墙的空气隔声量应符合现行国家标准《民用建筑隔声设计规范》GB 50118的规定。复合剪力墙的外饰面层宜采用涂装（涂料饰面砂浆、柔性饰面砖）饰面，也可采用面砖（陶瓷面砖、陶土面砖）、幕墙饰面[8]。

2 外置免模板形式

2.1 SK建筑复合保温板现浇混凝土保温系统

由抹面层、企口拼装复合保温板和固定材料（胶黏剂、锚固件、托架或构造挑板）构成，固定于外墙外表面，起保温、防护作用的构造系统，适用于现浇混凝土基层墙体。企口拼装复合保温板，在工厂预制成型，用于外墙外保温的板状制品，由防护层、黏结层、保温层（EPS聚苯板、XPS挤塑聚苯板、SXPS石墨挤塑聚苯板）、底衬组成，按防护层不同分为防护层为无石棉硅酸钙板和防护层为高强轻质浆料两种。

表1 三种内置夹心形式一体化技术（EPS、SD、CL）对比分析

2.2 GES免拆模复合保温系统

以GES复合保温板为外模板，内侧浇筑混凝土，外侧抹聚合物抗裂砂浆，并通过专用锚固件共同作用将GES复合保温板与主体结构牢固连接在一起形成的保温系统。GES复合保温板是以硬泡聚氨酯板（PIR）、匀质改性防火保温板、竖丝岩棉板等为保温层，外侧以轻质砂浆、竖丝岩棉板、匀质改性防火保温板等不燃材料作为保护层，经工厂化预制而成的免拆保温模板。

2.3 FF复合保温模板系统

FF复合保温模板系统是以FF复合保温板为外模板，内侧浇筑混凝土，外侧做聚合物抗裂砂浆抹面层及涂料饰面层，并通过专用锚固件将FF复合保温板与基层牢固连接在一起而形成的保温系统。FF复合保温模板是以低内应力型挤塑聚苯板为保温层，外侧以聚合物抗裂砂浆、炉渣砂浆或膨胀玻化微珠砂浆为保护层，内侧以聚合物砂浆为底衬，所组成的复合保温模板。

2.4 FS现浇混凝土免拆保温模板系统

FS现浇混凝土免拆保温模板系统是以FS复合保温外模板为免拆外模板，内侧浇筑混凝土，外侧做轻质砂浆找平和抗裂砂浆抹面，通过连接件将FS复合保温外模板与混凝土牢固连接在一起而形成的无空腔复合保温系统，简称FS外模板复合保温系统。FS复合保温外模板经工厂化预制并在现浇混凝土墙体施工中起免拆模板和保温隔热作用的复合保温板，由保温层、黏结层、加强肋、轻质砂浆层、内外侧黏结加强层等部分组成。复合剪力墙可以和剪力墙、短肢剪力墙、异形柱、框架柱组成框架剪力墙结构、剪力墙结构、部分框支剪力墙结构和筒中筒结构[9]。

结构保温一体化外墙系统应具有保温与隔热的功能及使用安全性、防火安全性和环境安全性，并保证整个系统的适用性能和耐久性能。后置结构保温一体化外墙系统应与基层墙体有可靠连接，在重力荷载、风荷载、室外气候作用以及主体结构变形的作用下，应具有使用安全性，不产生变形和破坏。在抗震设防烈度范围内不应从基层脱落。结构保温一体化外墙系统外墙保温和隔热性能应符合现行国家规程《民用建筑热工设计规范》GB 50176以及国家现行相关建筑节能设计标准的规定。结构保温一体化外墙系统的各组成材料应具有物理、化学稳定性，应彼此相容并应具有耐腐蚀性。结构保温一体化外墙系统的应用建筑高度不应大于100 m。

推行节能与结构一体化技术，应当根据以上各种形式特点和地域环境特征进行选择或组合。一体化技术的推行不仅是丰富建筑节能体系，促进节能深入开展的工作要求，更重要的是解决了建筑保温与墙体同寿命的关键问题，确保了建筑工程质量和安全，这对于实现“转方式，调结构，促发展，保民生”的发展目标，建设资源节约型、和谐型社会都具有重大意义。