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大開(kāi)間節(jié)能混凝土空心小砌塊住宅體系研究

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摘 要:研究設(shè)計(jì)大開(kāi)間節(jié)能住宅體系并建成試驗(yàn)樓。方案確定了承重混凝土空心砌塊的規(guī)格、孔型、砌筑方法、節(jié)能保溫做法、計(jì)算采暖耗熱量指標(biāo)等。對(duì)墻體的節(jié)能效果進(jìn)行了測(cè)試。
關(guān)鍵詞:混凝土空心砌塊 大開(kāi)間 住宅體系

一、研究目的及主要內(nèi)容

1 研究目的

采用新型墻材取代實(shí)心粘土磚是墻體材料革新最重要的工作,對(duì)于保護(hù)土地、保護(hù)生活環(huán)境、節(jié)約有限能源、造福子孫后代具有非常重大的意義。我國(guó)北方地區(qū),每年采暖耗煤超億噸,約占全國(guó)總能耗的10 %。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高,過(guò)渡區(qū)、濕熱區(qū)的采暖和空調(diào)越來(lái)越普及,尤其是南方城市,空調(diào)率已達(dá)到30 %。北方城市大量既有建筑物要實(shí)現(xiàn)集中供暖以及每年新建采暖房屋都要增加能源消耗。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó)每年至少要增加能耗580 萬(wàn)t 標(biāo)煤,大大超過(guò)能源生產(chǎn)增加的速度,能源供需矛盾日益突出。

大力發(fā)展節(jié)能、節(jié)地的保溫隔熱新型墻材,逐步替代實(shí)心粘土磚,不但能改善建筑功能、提高住房質(zhì)量和施工效率,滿足住宅產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的需要,還能達(dá)到節(jié)約能源、保護(hù)土地、有效利用資源、綜合治理環(huán)境污染的目的,是促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境、資源協(xié)調(diào)發(fā)展的大事,符合整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)全面進(jìn)步的客觀需要,是實(shí)施我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的一項(xiàng)重大舉措。承重混凝土空心砌塊具有不污染環(huán)境、不占用耕地、強(qiáng)度高、自重輕、耐火、隔音、施工效率高等特點(diǎn),是取代實(shí)心粘土磚較為理想的材料之一。

2 主要內(nèi)容

(1) 研究設(shè)計(jì)符合我市住宅標(biāo)準(zhǔn),滿足使用功能的大開(kāi)間節(jié)能住宅方案,并建造一幢3500m2 左右的承重混凝土空心砌塊試驗(yàn)樓。

(2) 研究承重混凝土空心砌塊的規(guī)格、孔型及砌筑排塊方法,提高承重混凝土空心砌塊的應(yīng)用率。

(3) 研究確定承重混凝土空心砌塊建筑的節(jié)能保溫作法,計(jì)算建筑采暖耗熱量指標(biāo),并對(duì)墻體的節(jié)能效果進(jìn)行測(cè)試。

二、承重混凝土空心砌塊大開(kāi)間試驗(yàn)住宅建筑

1 承重混凝土空心砌塊的規(guī)格孔型及排塊

由于混凝土導(dǎo)熱系數(shù)大,保溫性能差,單一材料難以滿足節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。即使將砌塊做到4 排或5 排孔,其熱阻也不能滿足天津建筑節(jié)能要求。而且,砌塊建筑設(shè)計(jì)規(guī)程對(duì)構(gòu)造的要求,特別是芯柱和灌孔的大量設(shè)置,多排孔砌塊是做不到的。為解決芯柱和灌孔的構(gòu)造要求,必須增加一種單排孔砌塊,這樣又會(huì)造成大量熱橋,從而大大降低墻體保溫性能。因此決定從結(jié)構(gòu)合理受力的角度來(lái)確定墻體砌塊類型;對(duì)于砌塊墻體的保溫隔熱性能,可根據(jù)節(jié)能保溫需要,復(fù)合所需厚度的高效保溫材料來(lái)解決, 從而做到結(jié)構(gòu)、建筑都經(jīng)濟(jì)合理。

經(jīng)過(guò)分析論證決定選用單排孔砌塊,主規(guī)格為390 ×190 ×190 ,mm ,輔助砌塊規(guī)格為290 ×190 × 190 ,mm、190 ×190 ×190 ,mm、90 ×190 ×190 ,mm。對(duì)各種類型墻體進(jìn)行排塊研究后得出,只要建筑物開(kāi)間、進(jìn)深、洞口、墻垛尺寸符合100mm 的倍數(shù),上述4 種砌塊均能滿足排塊尺寸要求。唯一的問(wèn)題是在丁字墻、十字墻處產(chǎn)生通縫較多。后來(lái)增加了590 ×190 ×190mm ,3 孔異型砌塊,基本消除了通縫問(wèn)題。對(duì)于3 模尺寸墻體,會(huì)出現(xiàn)極少數(shù)的上下皮砌塊不對(duì)孔現(xiàn)象。但由于數(shù)量極少,可將其安排在無(wú)芯柱和灌孔處,對(duì)承重和外墻保溫等均無(wú)影響。為澆注圈梁混凝土,需事先將圈梁下皮砌塊灌孔,如能生產(chǎn)1 種一面封孔的圈梁砌塊,則可減少現(xiàn)場(chǎng)加工工序。對(duì)電力管線等敷設(shè)問(wèn)題,只要安排得當(dāng),各工種配合施工,可穿砌塊豎孔,以免事后剔鑿影響結(jié)構(gòu)安全。對(duì)層高217m 的住宅,排12 皮砌塊的高度為214m ,加之樓板厚度140mm ,余160mm 作圈梁, 完全可滿足住宅門窗過(guò)梁高度的需要。

2 試驗(yàn)建筑的設(shè)計(jì)、節(jié)能做法及砌塊墻體保溫性能試驗(yàn)

試驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)由于受地形和開(kāi)發(fā)商對(duì)房間數(shù)量要求的限制,試驗(yàn)住宅只能做到5.7m 開(kāi)間,如果開(kāi)間能做到6.0~6.6m ,將更能體現(xiàn)其優(yōu)越性。

試驗(yàn)住宅是我市第一幢承重空心砌塊大開(kāi)間節(jié)能住宅,建筑面積為3266.64m2 (不含陽(yáng)臺(tái)面積) ,6 層4 單元,建筑物體形系數(shù)為0.27 ?!?.00 以上墻體全部采用混凝土承重空心小型砌塊(以下簡(jiǎn)稱砌塊) 砌筑。隔墻采用60mm 厚GRC 空心條板。以兩室兩廳戶型為主,兼有少量三室兩廳戶型,每戶均設(shè)衛(wèi)生間(2.30m2) 、廚房(4.10m2) 、貯藏室(1.91m2 ) 、生活陽(yáng)臺(tái)、服務(wù)陽(yáng)臺(tái),客廳和主臥室朝南,平均每戶建筑面積68.1m2 ,完全符合天津市住宅設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)之規(guī)定。建筑物進(jìn)深達(dá)11.89m ,每戶面寬5.7m ,平面無(wú)凹凸,節(jié)約用地,有利于抗震性能的提高。

190mm 厚承重混凝土空心砌塊的熱阻值相當(dāng)于120~140mm 厚粘土實(shí)心磚墻的熱阻值,從節(jié)能和經(jīng)濟(jì)的角度分析,不能用單一材料的墻體,因此, 采用了復(fù)合保溫墻體。復(fù)合保溫墻體主要有3 種: 內(nèi)保溫墻體、外保溫墻體和夾心保溫墻體。無(wú)論哪一種保溫墻體,都能提高保溫性能,滿足建筑節(jié)能和內(nèi)表面不結(jié)露的要求,使冬季墻體內(nèi)表面溫度提高, 改善房間氣候環(huán)境。內(nèi)保溫墻體,由于建筑物外墻往往需要設(shè)置混凝土圈梁和構(gòu)造柱,這些部位與外墻主體部位構(gòu)造不同,保溫性能差,形成熱流密集的通道———“熱橋”。這些熱橋部位必然會(huì)增加傳熱熱損失,內(nèi)保溫越好,熱橋的影響就越大。外保溫墻體,不僅可避免產(chǎn)生熱橋,而且由于墻體受到保護(hù), 因此內(nèi)部溫度變化小,外墻主體產(chǎn)生裂縫、變形的現(xiàn)象可以大大減輕。夾心墻體,內(nèi)側(cè)為結(jié)構(gòu)墻,外側(cè)為保護(hù)墻,中間根據(jù)熱工性能的要求設(shè)置高效保溫材料。如砌塊夾心墻體,一般由190mm 砌塊作承重墻,90mm 厚砌塊作外保護(hù)墻,中間設(shè)置巖棉或聚苯板。這種做法在國(guó)外很普遍,國(guó)內(nèi)也建有此類建筑。但夾心墻的連接件防腐、熱橋、構(gòu)造及計(jì)算分析方法,特別是在地震區(qū)的抗震性,都是令人關(guān)注和難以處理的問(wèn)題。為此,試驗(yàn)建筑的外墻采用外保溫復(fù)合墻體(190mm 厚砌塊外貼50mm 厚水泥聚苯板, 粘貼抗堿玻璃纖維網(wǎng)格布,抹聚合物砂漿,刷外墻涂料) 。從而可減少外墻砌體的溫度變化,較好地解決了外墻因溫度變化大而產(chǎn)生開(kāi)裂和熱橋的難題。試驗(yàn)建筑墻體熱工性能的計(jì)算值與《規(guī)范》或《細(xì)則》要求值的比較,見(jiàn)表1 。

表1  熱工性能數(shù)值比較

傳熱系數(shù)

W/ (m2·K)

夏季墻體內(nèi)表面

 最高溫度°C   

耗熱量W/ m2

耗煤量

kg/ (m2·a)

東墻  西墻

計(jì)算值

1.25

33.83 34.67

23.66

15.46

《細(xì)則》

《規(guī)范》值

1.61

35.4

< 25.3

< 16.6

由表1 可見(jiàn),墻體熱工性能計(jì)算值都小于《規(guī)范》或《細(xì)則》的要求值,完全滿足要求。試驗(yàn)建筑樓梯間內(nèi)墻采用190mm 厚砌塊砌筑,一面抹白灰砂漿,另一面抹保溫砂漿。隔墻采用60mm 厚GRC 空心條板。屋面保溫層采用180mm 厚1∶10 水泥珍珠巖。南向采用單玻鋼窗,東、西和北向采用單框雙玻鋼窗。

3 試驗(yàn)住宅建筑結(jié)構(gòu)措施

采用縱橫墻共同承重的結(jié)構(gòu)體系,1~4 層采用MU10 混凝土小型砌塊,M10 混合砂漿;5~6 層采用MU10 混凝土小型砌塊,M5 混合砂漿。經(jīng)靜力設(shè)計(jì)及抗震設(shè)計(jì)計(jì)算分析,均滿足承載力和抗震7 度設(shè)防的要求。

大開(kāi)間混凝土砌塊建筑,采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板,提高了施工速度。不僅留孔、敷設(shè)管線方便, 而且工程造價(jià)較低。為提高墻體的整體性,增強(qiáng)抗震能力,采取了增設(shè)構(gòu)造柱、芯柱和設(shè)置水平鋼筋網(wǎng)片的措施,并應(yīng)用了性能好的砂漿和芯柱混凝土。

4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

承重混凝土空心砌塊以砂石水泥為原料,同磚混住宅相比,一塊砌塊的體積約相當(dāng)于10 塊粘土實(shí)心磚,其重量約為10 塊粘土磚的2/ 3 ,施工人員砌筑時(shí),彎腰次數(shù)是砌磚時(shí)的1/ 10 ,大大降低了施工人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,并縮短了工期。采用承重混凝土空心砌塊節(jié)約土地,節(jié)約生產(chǎn)能耗,強(qiáng)度高,同時(shí)可減輕建筑物自重,比磚混結(jié)構(gòu)住宅建筑的自重低25 %以上,房屋使用面積增加5 %~6 %。與磚混住宅相比,單方造價(jià)增加12.78 % ,如按使用面積計(jì)算,造價(jià)降低1.43 %。節(jié)能降耗,減少環(huán)境污染,具有良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益。

三、結(jié)論與建議

通過(guò)本課題研究和工程實(shí)踐證明,承重混凝土空心小型砌塊建筑是較為經(jīng)濟(jì)、適用的新型建筑體系。發(fā)展承重混凝土空心小型砌塊建筑能夠取得良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益,符合可持續(xù)發(fā)展的要求。特別是大開(kāi)間承重混凝土空心小型砌塊住宅,建筑平面布置靈活,為住戶提供了參與設(shè)計(jì)的條件。

承重混凝土空心砌塊為薄壁空心材料,依靠薄壁及小肋受力。然而在施工中,經(jīng)常存在水、暖、電等專業(yè)配合滯后而剔鑿墻體的現(xiàn)象,從而嚴(yán)重影響砌體強(qiáng)度,并產(chǎn)生細(xì)微裂縫。因此在施工中各專業(yè)應(yīng)緊密配合,相互協(xié)調(diào),嚴(yán)格管理,避免剔鑿。另外混凝土砌塊存在干濕狀態(tài)變化引起的收縮膨脹變形,因此應(yīng)注意存放及施工中的防雨措施,以免造成變形裂縫。

砌塊的規(guī)格尺寸為390 ×190 ×190 mm、190 × 190 ×190 mm ,砌筑灰縫為10mm ,因此砌塊的規(guī)格尺寸是按200mm 或400mm 模數(shù)分級(jí)。雖然有90 ×190 ×190 mm 的砌塊,但只能在少數(shù)地方鑲嵌使用,如大量使用不僅會(huì)影響芯柱的設(shè)置,而且會(huì)影響施工質(zhì)量和進(jìn)度。因此,砌塊建筑的平面、層高以及窗臺(tái)高度應(yīng)采用2 模。

因砌塊建筑是以芯柱代替構(gòu)造柱,如果建筑平面、立面復(fù)雜,芯柱就會(huì)增多,對(duì)設(shè)計(jì)和施工造成不便,故砌塊建筑沒(méi)有凹凸是最經(jīng)濟(jì)合理的建筑形式。但這樣會(huì)使建筑物形式千篇一律,為克服這一不足, 可在窗戶、陽(yáng)臺(tái)以及屋頂檐口的設(shè)計(jì)上做一些文章, 從而使建筑物立面形式豐富多彩。.

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發(fā)布:2007-08-14 11:06    編輯:泛普軟件 · xiaona    [打印此頁(yè)]    [關(guān)閉]
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