魏鼎峰，周建剛，楊建揚(yáng)，李兆億，王成華，杜 鑫

（1.濰坊工程職業(yè)學(xué)院建筑工程學(xué)院，山東 濰坊 262500；2. 濰坊工程職業(yè)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，山東 濰坊 262500）

建筑外墻保溫系統(tǒng)最早興起于20 世紀(jì)的瑞典和德國(guó)。由于外墻保溫系統(tǒng)的存在，可以提高建筑物的保溫隔熱性能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)建筑物的節(jié)能效果，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益[1]。隨著外保溫墻板的更新?lián)Q代，常用的外保溫墻板是以EPS、XPS 或者巖棉等為保溫材料，借助砂漿的粘接作用，實(shí)現(xiàn)外墻保溫板與基層墻體的連接。但目前我國(guó)外保溫墻板也存在諸多的安全隱患問(wèn)題，主要表現(xiàn)在外保溫板與基層墻體的連接的粘結(jié)力喪失，很容易導(dǎo)致外墻保溫板的脫落，如圖1所示。

1 建筑設(shè)計(jì)的外保溫墻板抗風(fēng)荷載計(jì)算

目前，建筑物在設(shè)計(jì)階段，不僅需要考慮建筑物本身荷載，還需要考慮外部荷載作用，如地震作用、溫度作用和風(fēng)荷載作用等，特別是高層建筑或超高層建筑必須考慮風(fēng)荷載對(duì)建筑物外墻造成的影響作用[2]，并且依據(jù)《保溫裝飾一體板技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(DB62/T 3178—2020)規(guī)定[3]，當(dāng)建筑外保溫墻板采用保溫裝飾一體板時(shí)，其單位面積質(zhì)量小于20 kg/m2的裝飾面板適用建筑高度不宜大于100 m，而單位面積質(zhì)量在20～30 kg/m2的面板，適用建筑高度不宜大于50 m，若超過(guò)適用建筑高度或保溫材料密度限制，則需要進(jìn)行抗風(fēng)荷載性能驗(yàn)證。因此，本文依據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》[4]，對(duì)外保溫墻板所承受的風(fēng)荷載進(jìn)行理論計(jì)算，以作為外保溫墻板抗風(fēng)荷載安全分析和外保溫墻板施工工藝的參考。

垂直于建筑物表面上的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，見(jiàn)式1。

式中：wk為風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2）；βgz為高度z處的陣風(fēng)系數(shù)；μsl為風(fēng)荷載局部體型系數(shù)；μz為風(fēng)壓高度變化系數(shù)；w0為基本風(fēng)壓。以山東省濰坊市為例，基本風(fēng)壓按50年一遇計(jì)算，就濰坊地區(qū)而言，基本風(fēng)壓為0.4 kN/m2，地面粗糙度為B 類，即指田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵以及房屋比較稀疏的鄉(xiāng)鎮(zhèn)；根據(jù)地理位置和工程特點(diǎn)，以離地面高度為10 m、50 m、100 m 和150 m 4 種高度來(lái)選取風(fēng)壓系數(shù)，建筑體型及風(fēng)壓系數(shù)見(jiàn)圖2 和表1。

表1 風(fēng)壓系數(shù)選取

圖2 建筑體型

根據(jù)公式1 可以計(jì)算出山東濰坊地區(qū)，不同高度下垂直于建筑物表面上外保溫墻板抗風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，見(jiàn)表2。

表2 外保溫墻板抗風(fēng)荷載計(jì)算結(jié)果

2 建筑設(shè)計(jì)的外保溫墻板抗風(fēng)荷載安全分析

外保溫墻板主要受到四方面力的作用，分別為風(fēng)荷載、外保溫墻板自身重量、砂漿的粘結(jié)力、錨固件以及大氣壓作用，如圖3 所示。

圖3 保溫裝飾一體板系統(tǒng)基本構(gòu)造及受力分析圖

2.1 外保溫墻板抗風(fēng)荷載理論分析

（1）風(fēng)荷載。本文以最不利條件計(jì)算，根據(jù)外保溫墻板抗風(fēng)荷載計(jì)算結(jié)果，就建筑物高度為150 m 處的檐口、雨篷、遮陽(yáng)板和邊棱處的裝飾條等突出構(gòu)件位置處進(jìn)行計(jì)算分析，得出在最不利條件下，外保溫墻板抗風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值如下：

（2）砂漿粘結(jié)力。《外墻外保溫工程技術(shù)規(guī)程》（JGJ 144—2019）、《保溫裝飾板外墻外保溫系統(tǒng)材料》(JG/T287—2013)規(guī)定[5-6]：①粘結(jié)砂漿的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度（與水泥砂漿）不得低于0.6 MPa，而與保溫裝飾板粘結(jié)的強(qiáng)度不低于0.1 MPa；②砂漿的粘結(jié)率不得低于保溫裝飾板面積的40%。因此，單位面積保溫裝飾板在砂漿的粘結(jié)作用下所受到的粘結(jié)力如下：

（3）外保溫墻板自重。依據(jù)《保溫裝飾一體板技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（DB62/T 3178—2020）、《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50176—2016）[7]所提供的溫裝飾一體板系統(tǒng)基本構(gòu)造及常用建筑材料熱物理性能計(jì)算參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，得出每平米保溫裝飾一體板各組成部分的自重參數(shù)及自重荷載，見(jiàn)表3 和式4。

表3 保溫裝飾一體板組成部分及自重參數(shù)

（4）大氣壓作用。本文依據(jù)新疆大學(xué)馬玲等[8]對(duì)外保溫系統(tǒng)受風(fēng)荷載作用下系統(tǒng)的內(nèi)外壓強(qiáng)差理論公式進(jìn)行計(jì)算。其中，風(fēng)速取自濰坊市極大風(fēng)速V=36.2m/s。由公式5 計(jì)算得出外墻保溫墻板外側(cè)的壓強(qiáng)為：

式中：P為外墻保溫墻板外側(cè)壓強(qiáng)；P0為無(wú)風(fēng)壓強(qiáng)；a0為無(wú)風(fēng)聲速；V為風(fēng)速。

由于外保溫墻板是與基層墻體通過(guò)砂漿進(jìn)行粘結(jié)連接，并根據(jù)規(guī)范要求[3-5]，粘結(jié)率為40%，計(jì)算得出外保溫墻板與基層墻體粘結(jié)內(nèi)部的壓強(qiáng)為：

通過(guò)外保溫墻板內(nèi)外壓差計(jì)算，我們可以得出：當(dāng)建筑遇到惡劣大風(fēng)天氣時(shí)，單位面積內(nèi)保溫裝飾一體板所承受的大氣壓力為10 kN左右。

綜上所述，當(dāng)粘結(jié)砂漿的粘結(jié)力滿足規(guī)范要求，且不改變墻板內(nèi)部的壓強(qiáng)的前提下，外保溫墻板的抗風(fēng)荷載值遠(yuǎn)大于風(fēng)荷載與大氣壓差的合力值。因此，這就要求外保溫墻板在施工過(guò)程中要保證施工的質(zhì)量，避免粘結(jié)砂漿粘結(jié)力折損。

2.2 外保溫墻板抗風(fēng)荷載試驗(yàn)分析

由于外保溫墻板抗風(fēng)壓性能的強(qiáng)弱直接影響到建筑物的安全性，然而國(guó)內(nèi)關(guān)于保溫裝飾一體板抗風(fēng)性能研究較少。因此，根據(jù)目前建筑外墻多采用蒸壓砂加氣墻板，本文在理論計(jì)算的基礎(chǔ)上，參照ETAG004:2013 規(guī)范[9]，采用泡沫塊靜態(tài)試驗(yàn)法進(jìn)行抗風(fēng)壓性能測(cè)試，以此來(lái)驗(yàn)證保溫裝飾一體板的可靠性，其靜態(tài)抗風(fēng)荷載試驗(yàn)加載裝置，如圖4 所示。

本試驗(yàn)砂漿的粘結(jié)方式采用點(diǎn)框法布置，如圖5 所示，板邊緣的膠粘劑帶寬為50 mm，中間采用2 個(gè)直徑為150 mm 的圓形粘結(jié)膠漿點(diǎn)，待試件養(yǎng)護(hù)28 d 后進(jìn)行抗風(fēng)壓性能測(cè)試。

圖5 砂漿粘結(jié)形式

通過(guò)抗風(fēng)荷載性能試驗(yàn)，得到最大抗風(fēng)荷載在9～10 kN 左右的范圍之內(nèi)，砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度在0.027 MPa 左右，破壞模式通常為砂漿與保溫裝飾板粘結(jié)面破壞，如圖6 所示。

圖6 外保溫墻板破壞模式

3 結(jié)語(yǔ)

外保溫墻板的脫落根本原因在于砂漿的粘結(jié)性能喪失，而促使砂漿粘結(jié)性能喪失的直接原因是大風(fēng)天氣。本文通過(guò)研究和分析外保溫墻板脫落現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)外保溫墻板、基層墻體之間因先出現(xiàn)局部的空鼓現(xiàn)象而后隨著外界環(huán)境影響加劇成區(qū)域性空鼓，從而導(dǎo)致外保溫墻板的脫落。

本文通過(guò)對(duì)外保溫墻板抗風(fēng)荷載的安全性進(jìn)行理論計(jì)算與試驗(yàn)分析，得出外保溫墻板與基層墻體可以采用粘結(jié)砂漿進(jìn)行連接，并且在理論上，當(dāng)粘結(jié)砂漿的粘結(jié)力到達(dá)規(guī)范要求時(shí)，可以保證結(jié)構(gòu)的安全性。值得注意的是，由于基層墻體種類、施工質(zhì)量的差異等因素會(huì)直接導(dǎo)致粘結(jié)砂漿的粘結(jié)性能下降，并通過(guò)抗風(fēng)性試驗(yàn)得到證實(shí)，外保溫墻板破壞發(fā)生于砂漿與保溫裝飾板粘結(jié)面處，該破壞的發(fā)生易導(dǎo)致外保溫墻板的高空墜落，危機(jī)群眾的生命安全。因此，這就對(duì)不同基層墻體、砂漿的調(diào)配、施工人員的技術(shù)、施工質(zhì)量的檢驗(yàn)提出了較高要求。

由此可見(jiàn)，雨水和極端環(huán)境是誘因，而風(fēng)荷載是促使外保溫墻板脫落的直接原因。因此，在保證建筑物節(jié)能率的情況下，盡可能地減小風(fēng)荷載對(duì)外保溫墻板的影響程度，通過(guò)外保溫墻板抗風(fēng)荷載設(shè)計(jì)計(jì)算以及加強(qiáng)構(gòu)造措施等方式，加強(qiáng)質(zhì)量控制，嚴(yán)防墻板脫落問(wèn)題發(fā)生。