大開間節(jié)能混凝土空心小砌塊住宅體系研究

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摘 要：研究設計大開間節(jié)能住宅體系并建成試驗樓。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、計算采暖耗熱量指標等。對墻體的節(jié)能效果進行了測試。
關鍵詞:混凝土空心砌塊　大開間　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心粘土磚是墻體材料革新最重要的工作，對于保護土地、保護生活環(huán)境、節(jié)約有限能源、造福子孫后代具有非常重大的意義。我國北方地區(qū)，每年采暖耗煤超億噸，約占全國總能耗的10 %。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，過渡區(qū)、濕熱區(qū)的采暖和空調(diào)越來越普及，尤其是南方城市，空調(diào)率已達到30 %。北方城市大量既有建筑物要實現(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，我國每年至少要增加能耗580 萬t 標煤，大大超過能源生產(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，逐步替代實心粘土磚，不但能改善建筑功能、提高住房質量和施工效率，滿足住宅產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的需要，還能達到節(jié)約能源、保護土地、有效利用資源、綜合治理環(huán)境污染的目的，是促進我國經(jīng)濟、社會、環(huán)境、資源協(xié)調(diào)發(fā)展的大事，符合整個國民經(jīng)濟建設和社會全面進步的客觀需要，是實施我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的一項重大舉措。承重混凝土空心砌塊具有不污染環(huán)境、不占用耕地、強度高、自重輕、耐火、隔音、施工效率高等特點，是取代實心粘土磚較為理想的材料之一。

2 主要內(nèi)容

(1) 研究設計符合我市住宅標準，滿足使用功能的大開間節(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，計算建筑采暖耗熱量指標，并對墻體的節(jié)能效果進行測試。

二、承重混凝土空心砌塊大開間試驗住宅建筑

1 承重混凝土空心砌塊的規(guī)格孔型及排塊

由于混凝土導熱系數(shù)大，保溫性能差，單一材料難以滿足節(jié)能設計標準的要求。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，砌塊建筑設計規(guī)程對構造的要求，特別是芯柱和灌孔的大量設置，多排孔砌塊是做不到的。為解決芯柱和灌孔的構造要求，必須增加一種單排孔砌塊，這樣又會造成大量熱橋，從而大大降低墻體保溫性能。因此決定從結構合理受力的角度來確定墻體砌塊類型;對于砌塊墻體的保溫隔熱性能，可根據(jù)節(jié)能保溫需要，復合所需厚度的高效保溫材料來解決， 從而做到結構、建筑都經(jīng)濟合理。

經(jīng)過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。對各種類型墻體進行排塊研究后得出，只要建筑物開間、進深、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。唯一的問題是在丁字墻、十字墻處產(chǎn)生通縫較多。后來增加了590 ×190 ×190mm ，3 孔異型砌塊，基本消除了通縫問題。對于3 模尺寸墻體，會出現(xiàn)極少數(shù)的上下皮砌塊不對孔現(xiàn)象。但由于數(shù)量極少，可將其安排在無芯柱和灌孔處，對承重和外墻保溫等均無影響。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)場加工工序。對電力管線等敷設問題，只要安排得當，各工種配合施工，可穿砌塊豎孔，以免事后剔鑿影響結構安全。對層高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梁高度的需要。

2 試驗建筑的設計、節(jié)能做法及砌塊墻體保溫性能試驗

試驗設計時由于受地形和開發(fā)商對房間數(shù)量要求的限制，試驗住宅只能做到5.7m 開間，如果開間能做到6.0～6.6m ，將更能體現(xiàn)其優(yōu)越性。

試驗住宅是我市第一幢承重空心砌塊大開間節(jié)能住宅，建筑面積為3266.64m2 (不含陽臺面積) ，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，每戶均設衛(wèi)生間(2.30m2) 、廚房(4.10m2) 、貯藏室(1.91m2 ) 、生活陽臺、服務陽臺，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計標準之規(guī)定。建筑物進深達11.89m ，每戶面寬5.7m ，平面無凹凸，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于120～140mm 厚粘土實心磚墻的熱阻值，從節(jié)能和經(jīng)濟的角度分析，不能用單一材料的墻體，因此， 采用了復合保溫墻體。復合保溫墻體主要有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置混凝土圈梁和構造柱，這些部位與外墻主體部位構造不同，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， 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)側為結構墻，外側為保護墻，中間根據(jù)熱工性能的要求設置高效保溫材料。如砌塊夾心墻體，一般由190mm 砌塊作承重墻，90mm 厚砌塊作外保護墻，中間設置巖棉或聚苯板。這種做法在國外很普遍，國內(nèi)也建有此類建筑。但夾心墻的連接件防腐、熱橋、構造及計算分析方法，特別是在地震區(qū)的抗震性，都是令人關注和難以處理的問題。為此，試驗建筑的外墻采用外保溫復合墻體(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)生開裂和熱橋的難題。試驗建筑墻體熱工性能的計算值與《規(guī)范》或《細則》要求值的比較，見表1 。

表1 　熱工性能數(shù)值比較

由表1 可見，墻體熱工性能計算值都小于《規(guī)范》或《細則》的要求值，完全滿足要求。試驗建筑樓梯間內(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 試驗住宅建筑結構措施

采用縱橫墻共同承重的結構體系，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)靜力設計及抗震設計計算分析，均滿足承載力和抗震7 度設防的要求。

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

4 技術經(jīng)濟分析

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于10 塊粘土實心磚，其重量約為10 塊粘土磚的2/ 3 ，施工人員砌筑時，彎腰次數(shù)是砌磚時的1/ 10 ，大大降低了施工人員的勞動強度，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，強度高，同時可減輕建筑物自重，比磚混結構住宅建筑的自重低25 %以上，房屋使用面積增加5 %～6 %。與磚混住宅相比，單方造價增加12.78 % ，如按使用面積計算，造價降低1.43 %。節(jié)能降耗，減少環(huán)境污染，具有良好的經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益。

三、結論與建議

通過本課題研究和工程實踐證明，承重混凝土空心小型砌塊建筑是較為經(jīng)濟、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)濟效益、社會效益和環(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計的條件。

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，從而嚴重影響砌體強度，并產(chǎn)生細微裂縫。因此在施工中各專業(yè)應緊密配合，相互協(xié)調(diào)，嚴格管理，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。雖然有90 ×190 ×190 mm 的砌塊，但只能在少數(shù)地方鑲嵌使用，如大量使用不僅會影響芯柱的設置，而且會影響施工質量和進度。因此，砌塊建筑的平面、層高以及窗臺高度應采用2 模。

因砌塊建筑是以芯柱代替構造柱，如果建筑平面、立面復雜，芯柱就會增多，對設計和施工造成不便，故砌塊建筑沒有凹凸是最經(jīng)濟合理的建筑形式。但這樣會使建筑物形式千篇一律，為克服這一不足， 可在窗戶、陽臺以及屋頂檐口的設計上做一些文章， 從而使建筑物立面形式豐富多彩。.