建筑保温与结构一体化技术的应用发展现状

周会洁，孙维东，孙亚洲

(长春工程学院土木工程学院，长春130012)



建筑保温与结构一体化技术的应用发展现状

周会洁，孙维东，孙亚洲

(长春工程学院土木工程学院，长春130012)

主要研究结构工程。

摘要：建筑保温与结构一体化技术是将建筑结构和节能保温融为一体，具有保温与建筑同寿命、保温和防火性能优良、质量安全可靠等特点，这对减少工程成本、提高建筑质量，实现建筑节能、环保具有重要的意义。介绍了国内外建筑保温结构一体化技术的应用发展现状。

关键词：保温与结构一体化；结构体系；应用现状

0前言

建筑保温与结构一体化技术，要求建筑满足3方面条件：1)建筑墙体保温与结构同步施工，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)能实现建筑保温与墙体同寿命。

保温与结构一体化技术不仅能够满足建筑结构的可靠性要求，还能达到建筑节能标准，并且在建筑防火性、耐久性方面得到加强。保温结构一体化技术可减少施工程序，提高施工效率，避免一般外保温做法出现的开裂、脱落等质量问题，可降低工程成本，提高建筑工程质量。我国正大力提倡减少资源消耗，推广节能建筑和发展绿色建筑，加快保温与结构一体化技术的发展进程，逐步限制落后的传统围护结构做法和外墙外保温技术已势在必行。

1国内保温与结构一体化技术的应用现状

1.1夹芯保温复合墙

夹芯保温复合墙是一种应用比较早的保温与结构一体化型式，其墙体两外侧面采用砖或砌块砌筑，墙体中间设有保温层，两外侧墙片之间设有拉结筋，以保证墙体的整体性。

该墙体具有良好的保温隔热性和热舒适性，内、外叶墙对保温材料起到保护作用，使环境对保温材料的影响大大减少，防火和耐久性增强。但由于墙体被分为内外墙片，拉结筋作用有限，墙体的承载力和稳定性均受到一定影响，且施工复杂。

1.2自保温墙体

图1　自保温砖

图2　自保温砌块

自保温墙体是采用自保温多孔砖(如图1)或自保温砌块(如图2)砌筑的墙体，墙体具有保温隔热和承重双重功能。该墙体不仅保温隔热性好、自重轻，而且施工简单方便。但砌块壁厚较小，承载力较低，只适用于层数不多、抗震性要求不高的建筑或用于框架结构填充墙。2种砌块中，自保温多孔砖较自保温砌块收缩率低，砌体开裂的可能性相对较小[1]。

1.3FS外模板现浇混凝土复合保温体系

FS外模板现浇混凝土复合保温体系是以水泥基双面层复合保温板为永久性外模板，内侧浇注混凝土基层而形成的保温与结构一体化体系，外侧抹抗裂砂浆面层，通过加强筋、锚栓等连接件将双面层复合保温模板与混凝土牢固地连接在一起，其基本构造如图3所示。

图3　FS外模板现浇混凝土复合保温体系

该墙体采用了多层构造措施。现浇混凝土墙体承载力较大；结构层外侧的构造做法可缓解外部环境的不利影响，减缓温度变形，避免抹面层空鼓、开裂等质量问题，提高了墙体的整体性、保温性和耐久性；保温与模板合二为一，施工中无需再做外墙面模板拆卸工作，减少了施工工序和模板用量，不仅提高了施工效率，还降低了工程造价。该体系适用于框架、框剪、剪力墙结构的外墙、柱、梁等现浇混凝土结构工程[2]。

1.4IPS结构自保温体系

IPS结构自保温体系(Insulation Panel with steel-mesh)全称为现浇混凝土剪力墙自保温体系，这种体系是以现浇钢筋混凝土剪力墙为基层，将在工厂制作的带钢丝网架的保温层置于外模板内侧，并在钢丝网架保温板上采用端部为“羊角”型、“丁字”型或“L”型结构钢筋作为锚固连接件，在钢丝网架保温板两侧同时浇筑混凝土形成的结构保温一体化体系。

1.保温板；2.钢丝网架；3.连接件；4.混凝土或砂浆垫块；5.内侧混凝土层；6.外侧混凝土层；7.界面砂浆层；8. 钢丝网片；9.腹丝；10.结构钢筋图4　IPS结构自保温体系构造详图[3]

钢丝网架保温板在工厂制作时用界面砂浆层包覆，不但提高了保温材料的防火性能，而且能够增加保温板与混凝土的黏结力；保温板外侧均匀设置预制挂式混凝土垫块，使保温板与钢丝网片之间的距离得到了有效控制，既保证了钢丝网片混凝土保护层的厚度，又防止了保温板在混凝土现场浇筑过程中受内侧侧压力向外的偏移。钢丝网架保温板通过外侧钢丝网片、腹丝和连接件与基层墙体钢筋牢固连接并浇筑在一起，实现了墙体保温与结构同步施工，减少了施工工序，具有保温效果好、防火性能优良和建筑保温与墙体同寿命等优点[3]。该结构保温体系适用于8度及8度以下抗震设防地区民用建筑现浇混凝土剪力墙结构工程。

1.5CL结构体系

CL建筑结构体系(Composite Light-weight building system)，也称为复合保温钢筋焊接网架混凝土剪力墙，是由CL复合墙板、现浇楼盖及边缘构件连接而成的整体现浇式结构体系。CL复合墙板是用斜插钢丝连接两层钢丝网片形成的空间骨架，中间放置EPS保温板，内外两侧浇筑混凝土，其构造和形式如图5～6所示。CL复合板作为主要的承重构件，偏居中放置，内外两侧浇筑混凝土，以高压高强石膏板作为浇筑混凝土的永久性模板，节省了模板和抹灰的用量。

图5　CL建筑结构体系示意图

该体系形成的空间剪力墙结构，承重墙体与异形柱框架协同工作，使得建筑物整体刚度好，并具有保温隔热、节约能源、自重轻、增加使用面积等优点。但是在施工过程中还存在一些问题，如模板支设难度大、板缝处理要求高等。该结构体系适用于8度及以下抗震设防地区的现浇混凝土剪力墙结构。

图6　CL网架板结构形式模型

1.6SW建筑体系

SW(sprayed concrete sandwich wall)建筑体系是北京华美科博科技发展有限公司与清华大学建筑设计研究院有限公司共同研究、开发的一种新型建筑结构体系。该体系把永久的保温材料植入墙体，构成钢网夹芯混凝土剪力墙结构体系。

SW建筑体系是先在专用设备上预制钢网夹芯板，然后将板安装在现场已经浇筑好的底梁上，在安装完板顶部梁及两端柱模板后，再在钢网夹芯板上喷涂混凝土层，最后进行顶梁及两边柱的混凝土浇筑，使浇筑的混凝土同喷涂的混凝土层密实地固结在一起，形成轻质的边框式夹芯混凝土承重墙体，图7为SW建筑体系示意图。该体系抗连续倒塌能力较好，且70%的构件在工厂预制完成，符合建筑工程标准化、住宅产业化的发展要求。

图7　SW建筑体系示意图

1.7坡屋顶泥背结构层保温体系

在木屋架望板上面覆盖泥背，再覆盖防水材料的做法，是我国北方农村住宅较早采用的一种屋面保温与结构一体化型式，如图8所示。泥背是将泥浆、石灰等用水混合后，敷设、碾压制成。在泥浆中可添加少量麻刀或麦草等，以起到增强泥背整体性、抗裂性的作用；还可以添加部分稻壳、麦糠、煤灰等材料，可增加泥背层的保温性，又能减少屋顶的重量。覆盖的防水材料主要有油毡、石棉瓦或黏土瓦等。

坡屋顶泥背结构层保温体系，在农村可就地取材，造价低廉，但保温性、耐久性较差，现已较少采用[4]。

图8　坡屋顶泥背结构层示意图

1.8彩钢板保温结构体系

彩钢板保温结构体系是近年来工业建筑及临时性建筑采用较多的一种保温与结构一体化型式。墙体采用彩色钢板与聚氯乙烯泡沫板黏合制成，屋面板上下2层采用彩色压型钢板，中间层采用超细玻璃丝绵填充而成。

图9　墙体、屋面保温彩钢板

该体系墙板、龙骨由工厂预制，现场安装就位，减少了施工工序，施工速度快。结构自重较轻，保温效果良好，经济性好。但墙体隔音性、耐久性较差。因此，一般用于工业建筑，民用建筑的屋面和临时性建筑。

2国外建筑保温与结构一体化技术应用现状

2.1ICF保温混凝土结构体系

美国的ICF(Insulated concrete forms)体系由工厂定制的模塑聚苯乙烯泡沫模板、高密度聚乙烯连接件及角形支架组成(图10)。连接件从4个方向连接、固定模板，当混凝土注入模板之间后，与模板结合，形成实心墙体。聚苯乙烯泡沫材质的保温混凝土模板，在住宅建造施工的同时，需要向保温混凝土模板墙内腔或楼板上部灌注混凝土，保温混凝土模板起到了成型模板的作用，而且施工完成后不需要拆除，在建筑物使用过程中起到保温隔热的作用。

该体系的全部构件均在工厂预制完成，不仅可以任意切割、弯曲和变换角度，还可以直接在模板上开挖布置管线的槽孔。结构与保温体系同时完成，整体性好，密封性好，施工简单、方便，不用拆卸模板，不受季节限制，提高了建筑物的抗震性和耐久性。和用其他传统模板相比，采用该模板浇筑成型的混凝土可达到更高的压缩强度。

国外屋、楼盖也有采用保温混凝土模板的做法，如图11所示。

图10　ICF保温混凝土模板

图11　屋盖保温混凝土模板

2.2DIPY模网结构体系

DIPY(帝枇)模网结构体系由法国结构和材料专家杜朗夫妇发明,是一种免拆模、滤过性的用于制备混凝土构件的模板，由竖向镀锌加劲肋、水平折钩拉筋和表面钢板网组成，在网模内浇注混凝土，形成承重结构体系。模网适合工厂化生产,现场组装,免拆模,模网空间网架与外保温层形成了“一次性线浇成型外保温模网混凝土墙体”，施工工艺简单，其节能效果显著，达到建筑节能50%以上。DIPY建筑模网混凝土墙体将绝热材料复合在承重墙外侧,成功地解决了承重结构和外保温层的一体化问题,其优点是建筑热稳定性较好,可避免产生冷桥现象,外维护层对主体结构有较好的保护作用,可延长结构寿命,还可增加使用面积[5]。该结构具有优良的抗震性能，可用于7度、8度防震区的多层或小高层住宅房屋。

图12　建筑网模构造示意图

2.3叠合结构体系

叠合结构体系是20世纪80年代由德国研发的，由叠合楼(屋)盖、叠合墙板组成，属于剪力墙结构。叠合楼板和墙板是在工厂制成钢筋混凝土半成品，并可根据工程需要，在墙板的外侧或内侧设置保温层，运输至现场吊装就位后，以工厂半成品代替模板浇筑混凝土，并现场配置需要补充的节点钢筋。叠合楼板、墙板的构造做法如图13所示，叠合屋面板是在叠合楼板做法的基础上增加保温隔热措施，做法类似普通屋面板保温层。其施工工艺结合了预制装配式与整体现浇式的优点，且实现了保温与结构同寿命[6]。

图13　叠合楼板、墙板构造图

2.4纳士塔结构体系

纳士塔(RASTRA)结构体系源自于奥地利，是集保温节能和承重于一体的模壳格构式结构体系。墙体由工厂生产的水泥膨胀聚苯颗粒模壳与现场浇筑的格构式混凝土构架组合而成，分为外部结构和内部结构，外部结构为轻集料制成的混凝土模壳构件，粗骨料为聚苯颗粒，其容重小、导热系数小，具有良好的保温性；内部结构是墙体的承重部分，由模壳构件自身的水平向和竖向空腔浇筑混凝土后形成的网格式钢筋混凝土承重骨架。外部结构和内部结构的整合，形成了集保温、承重、防火、隔声为一体的混凝土模壳墙体[7]。此体系于20世纪70年代开始应用于美国、加拿大、日本和韩国，目前发展已经十分成熟，而在我国应用研究相对较少。

2.5木结构体系

木结构是单纯由木材或主要由木材承受荷载的结构，通过各种金属连接件或榫卯手段进行连接和固定，主结构交错连接，韧性很大，具有很好的稳定性。木结构建筑质量轻、韧性好，有更强的抗震能力。木结构通过合理的设计，既可以适量吸收太阳能，又可以利用夹层空气屏障保温隔热，冬暖夏凉，是集环保、舒适、安全、贴近自然和使用寿命长等诸多优势于一身的节能环保型住宅[8],但木结构不耐潮湿、易虫蛀，承载力及耐久性差，防火措施需加强，对于我国木材资源紧张的情况下不宜大量使用。

3结语

我国目前建筑的节能保温措施大多采用外墙外保温技术，采用外墙粘贴、外挂保温层技术容易产生空鼓、裂缝、渗漏、脱落等隐患，通常采用的EPS保温板使用寿命短，与建筑物的使用年限不匹配，会导致后期产生大量建筑垃圾和大量维修投资的问题。建筑保温与结构一体化技术是对传统建筑外保温技术的一次变革，它将保温节能功能与墙体围护功能融为一体，从根本上改善了结构节能和结构防火的问题，有效解决了外墙外保温技术普遍存在的质量问题，实现保温系统与建筑物同寿命。面对建筑节能技术发展中的问题，保温与结构一体化技术由于保温系统免维护的特点，越来越广泛地得到关注，对相应的配套产品(特定的施工工艺和专用的配件、材料等)及技术研究和开发将会加大，并形成巨大的市场需求，制定和完善相关标准，逐步形成新的建筑节能技术，将会有很好的市场应用前景。

参考文献

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[3] 孙增桂,朱传晟,周楠楠.IPS现浇混凝土剪力墙自保温体系的结构安全性分析[J].建设科技,2014,5:79-81.

[4] 清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能年度发展研究报告[M].北京:中国建筑工业出版社，2013:68.

[5] 王宝民,王立久,张文琳. DIPY建筑模网墙体保温性能研究[J].低温建筑技术,2003,95(5):74-76.

[6] 王滋军，翟文豪，刘伟庆，等.新型钢筋混凝土叠合结构体系及其改进技术[J].混凝土，2012,10:129-131.

[7] 孙利铭，房志勇.纳士塔体系的现状研究[J].墙材革新与建筑节能,2015,6:38-39.

[8] 谢浩. 美国环境友好型住宅[J].住宅科技,2013,10:55-59.

[9] 程才实.大力推进建筑保温与结构一体化[J].建设科技,2013,9:31-33.

[10] 戴文婷，王滋军，刘伟庆，等.节能与结构一体化技术在我国的研究应用现状[J].混凝土与水泥制品,2013,12:80-83.

The application and development status of integration

technology on building insulation and structure

ZHOU Hui-jie, et al.

(SchoolofCivilEngineering,ChangchunInstituteofTechnology,Changchun130012,China)

Abstract：The integration technology of building insulation and structure will integrate building structure with energy-saving insulation, with many characteristics of the same life between insulation and building, good property in fire proof and heat insulating, safe and reliable quality. This will have great significance on reducing engineering cost, improving the quality of construction, and realizing energy saving and environmental protection. The paper introduces the domestic and abroad application and development status of integration technology on building insulation and structure.

Key words：integration of insulation and structure; structure system; application status

文献标志码：A

文章编号：1009-8984(2015)03-0006-05

中图分类号：TU399

作者简介：周会洁(1990-)，女(汉)，山东菏泽，硕士

基金项目：吉林省科技厅重点科技攻关项目(20130206067NY)

收稿日期：2015-08-29

doi:10.3969/j.issn.1009-8984.2015.04.002