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【绿建讲堂】SW建筑体系-建筑保温与结构一体化(绿建之窗腾讯讲堂8月27日第64期)

时间:2016/2/17 13:54:46   作者:绿建之窗   来源:绿建之窗   阅读:901   评论:0
内容摘要:本期【绿建大讲堂】由北京华美科博科技发展有限公司董事长张已超为大家介绍SW建筑体系-建筑保温与结构一体化的相关知识和产品。
【绿建大讲堂】——微信频道系列讲座是绿建之窗(www.gbwindows.cn)独家主办的核心栏目,绿建之窗编辑部每周四晚20:00,在绿建之窗微信群中在线进行主题讲座,微信频道系列讲座将会邀请涉及绿色建筑全生命周期链条中的众多专家进行不同领域的知识点解读。如需加入或者申请讲座,请联系绿建之窗微信群管理员:微信号13466617113。

【主讲人】张以超

【简介】北京华美科博科技发展有限公司董事长

【讲座导读】本期【绿建大讲堂】由北京华美科博科技发展有限公司董事长张已超为大家介绍SW建筑体系-建筑保温与结构一体化的相关知识和产品。

【讲座实录】

一、研发背景
    

    力求解决了目前普通采用外墙粘贴、外挂保温层容易产生的开裂、空鼓、渗漏、脱落、着火等隐患,及寿命短造成后期产生大量建筑垃圾和大量维修投资的问题。


    “SW建筑体系” 不同于目前大量采用的“外贴”保温技术,力求实现建筑保温与结构一体化,建筑保温与结构同寿命。使得建筑外墙不仅具有优良的节能保温性能,最大优势在于可使建筑物的全生命周期不需对保温层进行维修、更换。SW建筑体系可直接进行各类外墙面装饰工程,干挂石材或粘贴面砖等。


【绿建讲堂】SW建筑体系-建筑保温与结构一体化(绿建之窗腾讯讲堂8月27日第64期)


图1 传统外墙外贴保温使用几年后即大面积脱落的例子屡见不鲜


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图2 传统外墙外贴保温频繁引发火灾事故,造成重大伤亡

二、技术介绍

    夹模喷涂混凝土夹芯剪力墙建筑,又称“SW建筑体系”(Sprayed  concrete  sandwich  Wall—喷射混凝土夹芯墙之英文缩写)是把永久保温材料植入混凝土墙体中,构成的新型钢网夹芯混凝土剪力墙结构体系。

    定义:夹模喷涂混凝土夹芯剪力墙建筑是由保温剪力墙或保温夹芯剪力墙外墙,喷涂混凝土夹芯剪力墙内墙(楼梯间、电梯间可采用普通剪力墙),现浇梁、暗柱及边缘构件,以及现浇或装配整体式楼(屋)盖组成的钢筋混凝土剪力墙结构房屋建筑,简称喷涂混凝土剪力墙建筑。

    适用范围:8度及以下住宅(别墅、低层、多层及小高层),商住楼,公寓及宾馆等。

三、SW墙体类型


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                图3保温剪力墙          图4夹芯剪力墙        图5夹芯保温剪力墙

    如图3所示:保温剪力墙是由喷涂混凝土外叶墙、夹芯保温板和现浇剪力墙内叶墙组成的墙体,可用于严寒和寒冷地区多层和高层建筑的外墙。

    保温剪力墙非承重的外叶墙仅作为夹芯保温板的保护层,现浇剪力墙内叶墙为外墙承重及抗侧力结构构件。

    如图4所示:夹芯剪力墙是由夹芯板的两侧面喷涂混凝土形成的墙体,用于多层和高层建筑的内墙。单侧钢丝网可以采用单层网,也可以采用双层网。

    夹芯剪力墙内设置暗柱、边缘构件和连梁,使两侧喷涂墙体形成整体,共同承重并有效保证墙体平面外的稳定。

    如图5所示:保温夹芯剪力墙是由喷涂混凝土内、外叶墙及夹芯保温板组成的墙体,可用于寒冷地区多层建筑的外墙。

    保温夹芯剪力墙的外叶墙除作为夹芯保温板的保护层外,外叶墙与内叶墙形成整体,共同抵抗墙体平面外弯矩并有效保证墙体平面外的稳定。

四、模型展示


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          图6 多层建筑模型展示                         图7高层建筑模型展示

    如图6所示:保温夹心剪力墙(多层):墙体两侧喷射混凝土然后梁柱现浇,形成整体承重的夹心剪力墙。其保温系数可达75%。因外墙有五层混凝土适合最新的防火规范。

    如图7所示:高层保温剪力墙:外墙非承重喷射混凝土,内墙现浇,适用于高层。

五、结构特点

    夹模是喷涂混凝土夹芯剪力墙及保温喷涂混凝土夹芯剪力墙的现浇暗柱、暗梁及边缘构件专用工具式模板。

    夹模具有找正、夹紧及固定夹芯板的功能,确保夹芯板平面外的刚度,施工时使夹芯板能承受喷涂混凝土压力不颤动,不产生位移。

    夹模模板由夹芯板梳子模、面板、背楞、对拉螺栓或对拉钢片、墙厚控制器、对拉螺栓锚具、斜拉杆等部件组成。

图片展示:


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               图8梳子模                                   图9 背楞


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           图10对拉螺栓及锚具(阳角)                     图11阴角模


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图12室外

    喷涂混凝土:SW建筑体系充分利用钢丝网架间距小的特点,施工采用喷涂混凝土技术,即采用压缩空气将喷涂专用混凝土通过管道输送,并以高速高压喷射到钢丝网架聚苯夹芯板表面。硬化后形成的混凝土具有与保温板粘结力强、抗冻、抗渗和耐久良好的性能。

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图13室外

六、试验研究

结构试验分两批,共完成如下内容:
     1-1、喷涂混凝土夹芯剪力墙的轴心受压试验,试件共4个;
     1-2、喷涂混凝土夹芯剪力墙在竖向力和往复水平力作用下的抗震性能拟静力试验,试件共12个;
     2-1、喷涂混凝土保温夹芯剪力墙内叶墙轴心受压试验,试件1个;
     2-2、喷涂混凝土夹芯剪力墙平面外受力试验,试件1个;
     2-3、保温剪力墙外叶墙与内叶墙连接腹丝的承载能力试验,试件1个;
     2-4、配置分布钢筋的喷涂混凝土夹芯剪力墙抗震性能试验,试件5个。

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        图14喷涂混凝土夹芯墙抗震性能拟静力试验         图15喷涂混凝土夹芯墙轴心受压试验


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   图16保温夹芯剪力墙内叶墙轴心受压试验         图17夹芯剪力墙平面外受力试验

通过第一批4个喷涂混凝土夹芯墙试件的轴心受压试验,得到下述结论:
     1) 轴心受压喷涂混凝土夹芯墙的破坏形态为弯折破坏;
     2) 双层聚苯板喷涂混凝土夹芯墙的轴心受压承载力、轴向刚度显著大于单层聚苯板喷涂混凝土夹芯墙,插丝间距对喷涂混凝土夹芯墙的轴心受压承载力、轴向刚度的影响可以忽略不计;
     3) 可采用《混凝土结构设计规范》GB50010-2010钢筋凝土柱轴心受压承载力公式计算喷涂混土夹芯墙的轴心受压承载力。

通过第一批12个喷涂混凝土夹芯剪力墙试件的抗震性能试验,得到以下结论:
     1) 夹芯剪力墙由聚苯板隔开的2层或3层混凝土能共同承担竖向力、抵抗水平力,在往复水平力作用下变形一致;
     2) 在恒定竖向力和往复水平力作用下,夹芯墙与端柱之间没有出现竖向裂缝,端柱的水平裂缝发展至墙体,两者共同工作;
     3) 弯曲破坏的夹芯墙试件,即使没有端柱,其弹塑性变 形能力满足抗震要求,而剪切破坏或弯剪破坏的夹芯墙,其弹塑性变形能力不满足抗震要求;
     4) 弯曲破坏的夹芯墙试件,墙底边缘竖向钢筋受拉屈服时,底截面竖向钢筋的应变分布符合平截面假定;
     5) 采用现行规范公式计算夹芯墙试件在轴压力作用下的斜截面受剪承载力和正截面受弯承载力,计算结果与试验结果符合较好,且试验结果大于计算结果。

通过第二批试验,得到以下结论:
     1)试验的剪跨比大于2.0及1.0左右的配置分布钢筋的夹芯墙试件,在轴压力和往复水平力作用下,都是压弯破坏,但有不同程度的斜裂缝;
     2)设置边缘构件、剪跨比大于2.0及1.0左右的配置分布钢筋的夹芯墙试件,其轴压力作用下的受弯承载力、变形能力显著大于无边缘构件的夹芯墙试件;
     3)剪跨比为0.92、墙体混凝土厚度为120mm、配置单层钢丝网的试件,斜裂缝比剪跨比为1.03及0.92、墙体混凝土厚度为160mm、配置双层钢丝网的试件显著增多;
     4)相同位移角时,剪跨比为1.0左右的夹芯墙试件,其累积耗能大于剪跨比为2.12及2.19的夹芯墙试件,表明剪跨比为1.0左右的夹芯墙试件的破坏程度要严重一些;
     5)可采用规范公式、考虑竖向分布钢丝及分布钢筋的作用,计算夹芯墙在轴压力作用下的正截面承载力。

试验结论归纳

    一是喷涂混凝土夹芯墙与暗柱、连梁和边缘构件现浇相连,形成带边框的夹芯墙,通过不同厚度及剪跨比的喷涂钢丝网架夹芯墙板和配置分布钢筋的喷涂钢丝网架夹芯墙板抗震性能试验,表明现浇边框的刚性约束,提高了夹芯墙结构的整体性和承载力,其极限位移角满足剪力墙结构在大震作用下弹塑性变形要求。
    二是夹芯保温剪力墙在外叶墙中设变形缝,可降低温度应力影响,避免墙体开裂;仅斜腹丝相连接的夹芯保温剪力墙其内叶墙轴心受压和外叶墙受拉的不同试验表明,外叶墙对内叶墙受压起到稳定约束作用,可大大提高内叶墙受压承载力。

耐火试验

    经国家固定灭火系统和耐火构件质量监督检验中心检验,夹模喷涂混凝土夹芯剪力墙承载能力、完整性和隔热性均大于2小时。

喷涂混凝土配合比试验

    配合比实验室试验得出的主要结论:利用普通P.O42.5水泥,中砂,5-16mm的石子,聚羧酸高性能减水剂,掺加少量的纤维素,水胶比不大于0.53,砂率53%,可以配制出强度等级不小于C30的喷射混凝土。
    喷射混凝土现场工程试验表明:用于施工的配合比满足喷射施工的技术要求,施工顺利,未发生堵管现象,墙体表面平整密实,未有蜂窝麻面等缺陷。现场预留的3组试件7d抗压强度27.3 MPa 以上,可以满足C30强度等级的要求。

七、设备展示


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图18SW钢网夹芯板全自动插丝设备入板出板展示


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图19混凝土喷射设备

产品展示

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图20 SW钢网夹芯板成品

八、施工流程

    1、在工厂,按建筑设计由专用成型机预制整间钢网夹芯板。钢网夹芯板为直径Φ3或Φ4的镀锌钢丝,50×50毫米网格,夹芯材可选用聚苯乙烯泡沫塑料板或石墨聚苯板;
    2、在施工现场,施工基础梁时,预埋与上部夹芯剪力墙连接的连接钢筋,预埋边缘构件纵向钢筋。钢丝网架聚苯板按设计对位安装在基础梁预埋连接筋之间,找正、支撑好、捆牢;    
    3、施工准备:架设单排脚手架和作业平台,及应有的环保措施;现场喷涂设备运转可靠,试配喷涂混凝土,混凝土配合比、稠度、粘附力、密实度应满足质量需要;
    4、配置钢网夹芯板两端边缘构件受力钢筋,连接钢网夹芯板和边缘构件连接钢筋,配置钢网夹芯板顶部圈梁或连梁受力钢筋,连接板和梁间连接筋。在钢网夹芯板两侧设置混凝土喷涂厚度控制件和脚手架穿墙孔;
    5、安装边缘构件、圈梁和连梁浇筑夹模,将钢网夹芯板周边夹紧找平,门窗洞口定型找正后固定牢靠,边缘构件、圈梁和连梁设支撑以方便喷涂作业;
    6、钢网夹芯板两侧先喷界面剂,以提高钢网夹芯板表面阻燃和粘结力,然后按一定顺序自下而上地进行喷余混凝土钢网夹芯板和梁、暗柱和边缘构件接缝边缘喷涂混凝土需压实,喷沫混凝土大面需找平,喷射反弹物料及时清理回收,预留喷沫混凝土抗压强度试块;
    7、喷涂2-4小时后,混凝土面层可喷清水养护,养护不少于7天。
    8、钢网夹芯轻板面层混凝土喷涂2天后,面层混凝土强度达到10Mpa后,可进行浇筑构造柱、圈梁、连梁和楼板混凝土,内外墙顶的圈梁、连梁应预埋好和上层钢网夹芯轻板连接钢筋。
    9、首层圈梁、连梁和楼板混凝土浇筑并达到一定强度后,拆除首层夹模,进行二层施工。

九、工程案例


【绿建讲堂】SW建筑体系-建筑保温与结构一体化(绿建之窗腾讯讲堂8月27日第64期)


图21

    如图21所示:本工程为“夹模喷涂混凝土夹芯剪力墙建筑技术”的试点工程,位于北京市大兴区北藏村镇梨园村经四路6号,开工日期2011年10月19日,竣工日期2011年12月2日。该工程总建筑面积为120m2,地上2层,平面长向尺寸约为12m,短向尺寸约为10m,总高度约为7.2m。

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图22

    如图22所示:本工程位于北京市延庆县,开工日期2015年4月,竣工日期2015年5月。该工程总建筑面积为168m2,地上2层,平面长向尺寸约为14m,短向尺寸约为7m,高度约为6.0m。

十、技术特点

喷涂混凝土夹芯剪力墙建筑技术特点:
    1) 实现了保温、防火和承重结构的一体化,实现了保温材料与结构同寿命,保温性能好,可满足寒冷和严寒地区节能75%的应用要求;
    2) 属于剪力墙结构体系,技术成熟可靠,且边框对夹芯剪力墙的约束提高了剪力墙的承载力,边框形成的构造框架提高了结构抗倒塌能力;
    3) 喷涂混凝土夹芯剪力墙,用于承重结构,构造创新、结构受力合理,抗震性能好,适用建筑高度比国内外同类结构有突破;
    4)保温剪力墙的外叶墙设变形缝,科学合理、减少应力、避免开裂,外叶墙不参与剪力墙受力,可减少夹芯板腹丝数量,提高保温层热工性能;
    5) 钢丝网架聚苯夹芯板可以大规模工业化生产且加工简单、安装方便,提高劳动生产率,提高住宅的整体质量,符合国家住宅产业化政策;
    6) 采用工厂生产的钢丝网架聚苯夹芯板和现场喷涂混凝土技术,施工现场的钢筋工程、模板工程的工作量大幅减少,有效加快施工速度;
    7)夹模体系做到体轻、坚固、实用、安全和经济,有力促进喷涂混凝土夹芯剪力墙建筑的应用和发展,为我国混凝土墙体模板增加一个新品种;
    8)采用喷涂混凝土工艺,节约模板、节省人工、降低能耗、减小工程综合成本;
    9)应用范围广,不仅适合民用建筑(别墅、低层、多层及小高层住宅),也适用于公共节能建筑及工业建筑。钢丝网架夹芯板生产简单,投资少收效快,尤其在缺少建材、运输困难的边远地区,更具广阔的应用前景。

夹模装置具有以下技术特点:
    1) 具有工具化、模数化、系列化特点;
    2) 重量轻,可以人工搬运,免用塔吊;
    3) 拆装简便,施工速度快;
    4) 周转使用次数可达数百次,使用寿命长;
    5) 模板用量大幅降低,可再生利用,绿色环保。

喷涂混凝土技术特点:
    配合比和湿喷工艺实用可靠,在50mm×50mm钢丝网格上喷涂,易挂网、不流坠、回弹率小于5%,粉尘度低,表观质量和强度等级符合国家验收要求。采用喷涂混凝土工艺,简单快捷,大量节约模板、原材料和人工。

十一、技术创新

    1) SW建筑体系将钢丝网架夹芯板用于承重结构,墙体重量轻,抗震性能好,实现了建筑与结构一体化,建筑保温与结构同寿命,为我国 结构体系填补了一项空白。
    2) SW建筑体系采用钢丝网架夹芯保温板作部品,可在工厂规模化生产,提高住宅生产的劳动生产率,提高住宅的整体质量,降低成本,降低物耗、能耗,符合国家住宅产业化政策。
    3)SW建筑采用的夹模及梁、暗柱和边缘构件定型模板,规格定型,连接件通用互换,夹模支架方便喷涂设备移动运转。夹模体系做到体轻、坚固、实用、安全和经济,有力促进喷涂混凝土夹芯剪力墙建筑的应用和发展,为我国混凝土墙体模板增加一个新品种。
    4) SW建筑体系施工现浇梁柱混凝土和夹芯板喷涂混凝土结合牢固,在抗震试验中,变形协调一致,共同工作。夹芯剪力墙成功应用喷涂混凝土,为我国建筑工程结构应用、抗震加固等提供有益经验。

十二、最新进展

    本技术还可采用预制化工艺,预制保温屋面板、墙板与现场机械喷涂和浇筑相结合的施工方法,将更加节省材料、减少人工,保证质量。

    半预制外墙挂板:可用于框架结构、钢结构、SW建筑体系

十三、技术规程

    《夹模喷涂混凝土夹芯剪力墙建筑技术规程》CECS 365:2014,经中国工程建设标准化协会2014年2月12日以第161号公告批准发布,于2014年4月1日开始实施。

十四、应用领域

    利用喷涂混凝土建设低层、多层和高层建筑,抗震、抗风性能好,工程造价低,施工方便快捷,节能省地,绿色环保,比砖混结构的楼房更坚固,比剪力墙结构的建筑更经济,受到政府部门的大力支持。特别适合新型城镇化及新农村建设。尤其在缺少建材、运输困难的边远地区,更具广阔的应用前景。

十五、公司合作:

    清华大学建筑设计研究院有限公司:成立于1958年,为国家甲级建筑设计院。依托于清华大学广博的学术、科研和教学资源,并作为建筑学院,土木学院等院系教学、科研和实际相结合的基地。院十分重视学术研究和科学技术的转化,建筑设计水平在国内名列前茅。

    北京华美科博科技发展有限公司:主要从事建筑保温与结构一体化住宅体系的研究与开发、推广和应用。与清华大学建筑设计研究院有限公司、清华大学土木工程系形成产、学、研、用相结合的经济合作体提供产前、产中、产后完善的系统服务,共同推进绿色住宅产业化的发展。

研发团队:

两院:清华大学建筑设计研究院有限公司
      清华大学土水学院土木工程系

四个中心:住宅产业化设计研究中心
          生态规划与绿色建筑技术研究中心
          绿色建材循环经济研究中心
          BIM设计研究中心

一个实验基地:清华大学建筑设计研究院有限公司昌平基地


                                                    整理:杨  盼     电话:134-3919-6385
                                                    校对:崔建柱


【注】讲座实录为绿建之窗出品,如需转载,请注明出处:绿建之窗

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