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混凝土保溫幕墻技術(shù)研究與應(yīng)用

文檔作者：胡倫堅(jiān) 劉瑞海2 康君杰2 文檔來(lái)源： 1．河南省第一建筑工程集團(tuán)有限責(zé)任公司 2．河南錦源建設(shè)有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年01月23日
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第44卷第7期2013年7月
Vo1．44 No．7 Ju1．201 3
建 筑 技 術(shù)
Architecture Technology ·607·
混凝土保溫幕墻技術(shù)研究與應(yīng)用
胡倫堅(jiān) ，劉瑞海2，康君杰2
(1．河南省第一建筑工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，450014，鄭州；2．河南錦源建設(shè)有限公司，450006，鄭州)
摘要：混凝土保溫幕墻為復(fù)合保溫墻體系統(tǒng)，經(jīng)試驗(yàn)分析及工程驗(yàn)證得出：混凝土保溫幕墻設(shè)計(jì)方法可
按建筑幕墻的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行；混凝土保溫幕墻可與主體結(jié)構(gòu)同壽命；混凝土面層上可切斷留設(shè)變形縫；混凝土保
溫幕墻耐火陛能大于4．OOh，可滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)建筑物防火墻耐火極限的規(guī)定；已具備在工程實(shí)際應(yīng)用的條件。
關(guān)鍵詞：節(jié)能；混凝土保溫幕墻；保、溫陛能；耐火陛能；使用壽命
中圖分類號(hào)：TU767．5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1000—4726(2013)07—0607—04
RESEARCH AND APPLICATIoN oF HEAT INSULATIoN CONCRETE
CURTAIN WALL TECHNIQUE
HU Lun—Jian’，LIU Rui-hai ，KANG Jun-jie。
(1．He'nan the First Construction Group Co．，Ltd．450014，Zhengzhou，China
2．He"nan Jinyuan Construction Co．，Ltd．，450006，Zhengzhou，China)
Abstract：Heat insulation concrete curtain wall is a compound heat insulation wall system． After test
analysis and engineering verification， it is found that heat insulation concrete curtain wall could be designed
according to the key design points of architectural curtain wall； the service life of heat insulation concrete
curtain Wall could be same as the main structure；deformation ioint could be set on the concrete surface；fire
resistance of heat insulation concrete curtain wall could be longer than 4．OOh and this could Satisfy the extreme
fire resistance of fire wall specified in national standards；such curtain wall has met conditions for engineering
application．
Key words：energy saving；heat insulation concrete curtain wall；heat insulation；fire resistance；service life
混凝土保溫幕墻由混凝土面層與保溫板材組成、
不承擔(dān)主體結(jié)構(gòu)荷載與作用的建筑外墻外保溫構(gòu)造
(圖1)。保溫板材采用絕熱用模塑聚苯乙烯泡沫塑料
(EPS)~絕熱用擠塑苯乙烯泡沫塑料(XPS)，混凝土面
層通過(guò)連接件將保溫板固定在主體結(jié)構(gòu)上。本文對(duì)混
凝土保溫幕墻的技術(shù)性能研究和應(yīng)用進(jìn)行敘述。
連接件
鋼筋
主體結(jié)構(gòu)
保溫板
混凝土面層
圖1 現(xiàn)澆混凝土保溫幕墻
1 混凝土保溫幕墻的保溫性能
混凝土保溫幕墻為復(fù)合保溫墻體系統(tǒng)，由于保溫
層為保溫板材和型鋼連接件的混合體，通過(guò)計(jì)算確定
保溫層的熱阻不夠準(zhǔn)確。為了解混凝土保溫幕墻體系
收稿日期：2013—03—15
作者簡(jiǎn)介：胡倫堅(jiān)(1953一)，男，江西高安人，教授級(jí)高級(jí)工程師，副總
經(jīng)理。e—mail：13623803150@136．com．
的傳熱系數(shù)，通過(guò)混凝土保溫幕墻體系的保溫性能試
驗(yàn)確定保溫層的修正系數(shù)，為編制混凝土保溫幕墻的
熱工I眭能參數(shù)提供依據(jù)。
試件尺寸為1 450mmx1 450mmx300mm(圖2)。試
件厚度方向分為3層，即20O mm厚鋼筋混凝土墻體，5O
mm厚XPS(EPS)保溫板，50 mm厚 3鋼筋網(wǎng)片混凝土面
層；混凝土面層以及保溫板通過(guò)4根邊長(zhǎng)為40 mm的方
形鋼管連接件與鋼筋混凝土墻體相連，鋼管貫穿整個(gè)
構(gòu)件，鋼管空心處用水泥砂漿填滿。試件上有6個(gè)015
試件預(yù)制支模時(shí)留下的孔道(貫穿整個(gè)試件)，孔道用
水泥砂漿填滿。
l 蘭 Q J
圖2 試件正立面示意
·608· 建筑技術(shù) 第44卷第7期
試驗(yàn)方法采用《絕熱穩(wěn)態(tài)傳熱性質(zhì)的測(cè)定一標(biāo)定
和防護(hù)箱法}(GB／T 13475-2008)中的防護(hù)箱法(圖
3)。試驗(yàn)機(jī)檢測(cè)原理為：基于一維穩(wěn)態(tài)傳熱原理，模擬
四季建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)件傳熱條件，將建筑外墻置于
兩個(gè)不同溫度箱體間，其中計(jì)量熱箱模擬室內(nèi)或夏季
室外空氣溫度、風(fēng)速及輻射條件，冷箱模擬室外或夏季
室內(nèi)空調(diào)房間空氣溫度及風(fēng)速。經(jīng)若干小時(shí)運(yùn)行，整個(gè)
裝置達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)，測(cè)試試件兩側(cè)的空氣溫度、表面流
速、表面防護(hù)箱溫度以及輸入計(jì)量熱箱的電加熱器功
率，就可計(jì)算出通過(guò)試件傳遞的熱量，從而得出試件的
實(shí)測(cè)傳熱系數(shù)K窶測(cè)。
燙
- ．．．．．． 一_
、． 一一
／
÷ -
．
／- 一一
、
==7
冷箱
試件
3羽9試原理不恿
將實(shí)測(cè)傳熱系數(shù)j； 測(cè)與未設(shè)型鋼連接件的同類型
墻體傳熱系數(shù)計(jì)算值 算的比值( ，宴測(cè)／ 博)作為混凝
土保溫幕墻保溫層的修正系數(shù)。得出XPS做混凝土保
溫幕墻保溫層時(shí)修正系數(shù)取1．2，EPS做混凝土保溫幕
墻保溫層時(shí)修正系數(shù)取1．3。根據(jù)修正系數(shù)可計(jì)算出在
不同墻體基層上設(shè)置的混凝土保溫幕墻的熱工性能參
數(shù)，表1給出了在混凝土墻體上設(shè)置的混凝土保溫幕墻
構(gòu)造參考做法和熱工性能參數(shù)，可供設(shè)計(jì)時(shí)直接選用。
2 混凝土保溫幕墻受力分析與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
混凝土保溫幕墻主要承受幕墻重力荷載、風(fēng)荷載、
地震和主體結(jié)構(gòu)變形的影響。
混凝土保溫幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括混凝土面板設(shè)
計(jì)和連接件設(shè)計(jì)。
混凝土面板主要承受風(fēng)荷載和垂直于幕墻平面的
分布水平地震作用，混凝土面板的固定點(diǎn)是連接件，按
混凝土面板與連接件的連接方式進(jìn)行計(jì)算，按《鋼筋焊
接網(wǎng)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程}(JGJ 1 14—2o03)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
連接件應(yīng)能承受混凝土面板的重力荷載、風(fēng)荷載、
地震作用。連接件應(yīng)進(jìn)行承載力計(jì)算。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證連
接件在主體結(jié)構(gòu)上的錨固強(qiáng)度應(yīng)大于連接件本身承載
力設(shè)計(jì)值；與連接件直接相連接的主體結(jié)構(gòu)件。其承載
力應(yīng)大于連接件承載力。
3 混凝土保溫幕墻的耐火性能
3．1 檢驗(yàn)方法
為驗(yàn)證混凝土保溫幕墻的耐火陛能，委托了國(guó)家
固定滅火系統(tǒng)和耐火構(gòu)件質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心進(jìn)行混凝
土保溫幕墻的耐火性能檢驗(yàn)。耐火性能檢驗(yàn)的混凝土
保溫幕墻試件構(gòu)造與圖2相同，試件尺寸為4 205 mmX
3700 mmx300 mm。
混凝土保溫幕墻試件在高溫爐上進(jìn)行耐火試驗(yàn)，
50 mm混凝土面板為向火面。在試驗(yàn)前1 5 rain開(kāi)始模擬
均布加載200 kN／m 。
3．2 檢驗(yàn)結(jié)果
耐火試驗(yàn)進(jìn)行~{240 min時(shí)，試件頂部中心位置垂
直軸向變形量為5 mm，背火面中心位置的水平偏轉(zhuǎn)變
表1 混凝土保溫幕墻構(gòu)造參考做法及熱工性能參數(shù)
構(gòu)造做法 墻體 熱導(dǎo) 蓄熱 修 各層 各層 總熱阻 傳熱 總熱
外墻 厚度 總厚度 壅 系數(shù) 正 熱阻 熱 Σ 系數(shù) 惰性
構(gòu)造 各層用材 6 ／mm A 系 ／(m2·K／W) 惰性 指標(biāo)
，mm ／[W／(m·K)] ／[W／(m·K)] 數(shù) 指標(biāo) ／(m ·r,JW) ／[W／(m2．K】] D
1．水泥砂漿 2O O．93 11．37 1．oo O．02 O．23
2．鋼筋混凝土墻體 180 1．74 17．20 1．oo O．1O 1．72
3．EPS板 5O 300 0．O42 O_36 1．3O O．92 0．43 愛(ài)愛(ài) i 外 60 310 O．O42 O-36 1-30 1．10 O．52 11．．0275 00．．7821 22．．9865
一 70 320 O．042 O-36 1．30 1．28 O．6O 1．43 0．63 3．O3
內(nèi) 毪
4．混凝土面 50 1．74 17．2O 1．oo O．03 0．48
1．水泥砂漿 20 O．93 11-37 l|oo O．02 O．23
‘ 一
2．鋼筋混凝土墻體 180 1．74 17．2O 1_o0 0．10 1．72
內(nèi) 外 3．XPS板 40 290 0．030 O．32 lI20 1．11 0．43 1I26 0．70 2．86
5O 300 0．030 O-32 1．20 l-39 0．54 1．54 O．59 2．97
_ 一
l 2 3 4 60 31O 0．030 0-32 1．20 1．67 0．64 1．82 O．5O 3．07
4．混凝土面層 50 1．74 17．2O 1．oo 0．O3 0．48
2013年7月 胡倫堅(jiān)，等：混凝土保溫幕墻技術(shù)研究與應(yīng)用 ·609·
形量為2 miD-；試件背火面各1／4中心位置的水平偏轉(zhuǎn)變
形量最大值為3 ram；試件未垮塌，未失去承載能力，未
失去完整}生。背火面最高平均溫升為30．9~C，最高單點(diǎn)
溫升為51．0℃，未失去隔熱性。50mm混凝土面板在經(jīng)
240 rain耐火試驗(yàn)后未解體。按《建筑構(gòu)件耐火試驗(yàn)方
法第4部分：承重垂直分隔構(gòu)件的特殊要求》(GB／T
9978．4—2008)檢驗(yàn)規(guī)定，耐火陛能大于4．00h，高于對(duì)
一級(jí)防火墻的規(guī)定要求。
4 混凝土保溫幕墻的使用壽命
混凝土保溫幕墻的使用壽命取決于混凝土面層與
保溫板材，混凝土面層與主體結(jié)構(gòu)使用壽命相同，保溫
板材的使用壽命是判定混凝土保溫幕墻使用壽命的主
要因素。
EPS和XPS的使用壽命主要受溫度、氣體氧化、機(jī)
械負(fù)荷與濕、光、生物、化學(xué)等自然環(huán)境因素的影響。
EPS和XPS作為混凝土保溫幕墻系統(tǒng)的保溫層。表面覆
蓋有厚度不小于50 mm的鋼筋混凝土面層，使用中不
受機(jī)械負(fù)荷濕、光、生物、化學(xué)等因素影響。EPS和XPS
的使用壽命主要與溫度、氣體氧化有關(guān)。為此，對(duì)XPS
進(jìn)行了熱氧老化壽命試驗(yàn)，試驗(yàn)以空氣中XPS在不同
溫度條件下失重20％作為壽終指標(biāo)。試驗(yàn)得到xPS在
不同使用溫度下的熱氧老化壽命見(jiàn)表2。
表2 XPS的熱氧老化壽命
使用溫度／~c -20 O 20 25
熱氧老化壽命／年 717-3 229．1 68．66 51．65
以鄭州為例，鄭州市年平均氣溫為14．4℃ ，7月最
熱，平均氣溫為27．3℃，1月最冷，平均氣溫為0．2℃；考
慮保溫房間冬季供暖、夏季空調(diào)的作用，取保溫板材使
用的年平均氣溫為25~C較合適[1】。從xPs熱氧老化壽命
試驗(yàn)結(jié)果可知，XPS作為混凝土保溫幕墻系統(tǒng)的保溫
層可使用50年，基本與一般民用建筑同壽命。考慮XPS
表面覆蓋有厚度不小于50 mm的鋼筋混凝土面層。混
凝土面層不開(kāi)裂，XPS表面不易與空氣充分接觸，實(shí)際
使用壽命應(yīng)大于50年。
5 混凝土保溫幕墻的構(gòu)造要求
5．1 混凝土面板厚度
根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB／T 50010_-
2olo)的規(guī)定，經(jīng)過(guò)裝飾的混凝土保溫幕墻混凝土面
板，其內(nèi)部鋼筋混凝土保護(hù)層厚度不宜小于20 mm。考
慮到施工的可行陛和混凝土保護(hù)層厚度的要求，假設(shè)
混凝土面板內(nèi)部鋼筋直徑不大于5 mm，則混凝土保溫
幕墻的混凝土面板厚度不應(yīng)小于50 mm。
5．2 混凝土面板內(nèi)鋼筋
混凝土保溫幕墻混凝土面板內(nèi)配筋宜采用
CRB550級(jí)鋼筋、HRB400級(jí)鋼筋HRB400或CPB550級(jí)
鋼筋制作的鋼筋焊接網(wǎng)，按《鋼筋焊接網(wǎng)混凝土結(jié)構(gòu)技
術(shù)規(guī)程}(JGJ 1 l 4—2003)規(guī)定，鋼筋直徑不應(yīng)小于4
mill。由于混凝土保溫幕墻的厚度較薄，鋼筋間距不宜
大于2倍混凝土面板厚度，即不大于100 mm。
5．3 連接件位置
連接件是將保溫板、混凝土面層固定在主體結(jié)構(gòu)
上的關(guān)鍵部件，考慮金屬防腐蝕的要求，規(guī)定連接件應(yīng)
使用厚度不小于4 mm的型鋼；為保證混凝土面板的剛
度，規(guī)定連接件間距不宜大于20倍混凝土面板厚度；為
控制混凝土面板的變形量，要求混凝土面板不能懸挑、
且連接件長(zhǎng)度不應(yīng)超過(guò)100 mm，為保證混凝土面板與
連接件連接可靠，連接件至混凝土面板邊沿距離不應(yīng)
小于50 mm，因此規(guī)定在距離幕墻混凝土面板邊沿、脹
縫50～100 mm范圍內(nèi)應(yīng)設(shè)置連接件。
5．4 混凝土面板變形縫設(shè)置
在混凝土保溫幕墻的混凝土面板設(shè)置變形縫是為
了補(bǔ)償夏季、冬季室內(nèi)外溫差造成的混凝土面板變形，
以防止混凝土面板出現(xiàn)不規(guī)則裂縫。
以河南省環(huán)境溫度為例，夏季高溫時(shí)，太陽(yáng)直射的
墻面上溫度可達(dá)6o~c ，冬季寒冷時(shí)，環(huán)境溫度一般低
至一15~C，考慮保溫房間冬季供暖、夏季空調(diào)作用，室內(nèi)
平均氣溫為18—25~C。以此推算，混凝土保溫幕墻保溫
層內(nèi)外側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的溫差約為35℃。
(1)變形縫寬度計(jì)算：取混凝土的線膨脹系數(shù)：
= 1．0xl0 (1／oC)，溫差為35cI=。
(2)縮縫間距計(jì)算：設(shè)縮縫間距為4m，縮縫最大
收縮變形量△1=35x4O00x1．0xl0 =1．4(mm)，故縮縫寬
度取5 into，構(gòu)造做法見(jiàn)圖4a。
(3)脹縫間距計(jì)算：設(shè)脹縫間距為20m，脹縫最
大伸脹變形量△2=35~20 000x1．0xl0 =7(mm)，故脹縫
寬度取10mm，構(gòu)造做法見(jiàn)圖4b。
在設(shè)計(jì)和施工中，應(yīng)注意各類裝飾面層不應(yīng)覆蓋
縮縫和脹縫，并滿足主體結(jié)構(gòu)防震縫、伸縮縫及沉降縫
要求，以保證混凝土保溫幕墻自身的功能性和完整陛。
6 混凝土保溫幕墻的防雷措施
混凝土保溫幕墻主要應(yīng)用于第二類、第三類防雷
建筑物。根據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范}(GB50057-
1994)規(guī)定，高層建筑的外墻面應(yīng)采取以下防側(cè)擊和等
電位連接的措施。

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