混凝土施工论文混凝土结构体系的抗震节能性能

　　摘要：能源安全及与环境的协调可持续发展是我国的既定国策，具有能源消耗大、环境污染重、总量大、比例高等特点的建筑产业成为节能技术实施的重要对象。通过对自保温陶粒混凝土结构体系及相关性能的分析，重点针对其抗震性能和节能性能进行了计算分析，表明自保温陶粒混凝土结构体系具有良好的力学性能和节能效应，具有良好的社会和经济效益，具有广阔的应用前景。

　　关键词：陶粒混凝土,自保温体系,抗震,节能

　　0引言

　　目前，我国能源形势依然十分严峻，大力开展建筑节能工作符合我国可持续发展的基本国策，有利于缓减能源供应紧张的局面，有利于改善大气环境，促进人民生活水平的提高。从技术层面上看，推进建筑节能工作可以从采取在建筑外围护结构上采取节能措施、建筑整体设计规划、提高建筑运行的能源效率等三个方面推进，但其中最有效也是应用最普遍的措施是提高外围护结构的保温隔热性能[1]。因此，经济效益高、安全可靠、耐久性好的外墙保温体系可以有效减少外墙热损失，成为建筑节能研究的重点。

　　1自保温陶粒混凝土结构体系及相关性能

　　1.1自保温陶粒混凝土结构体系

　　随着对轻骨料混凝土研究和实践工作的发展，其应用领域已慢慢从非承重结构往承重结构方向发展。本文所指的陶粒混凝土自保温结构体系，指用陶粒轻骨料混凝土作为承重结构构件（梁、板、柱）材料，采用保温性能相对较好的砌块（如加气混凝土砌块、轻骨料混凝土砌块、烧结砖等），不需要黏贴任何保温材料，只需在墙体内外做简单的抹灰处理，就能基本达到南方地区规范对外墙平均传热系数的要求，做到自保温[2]。

　　有别于传统意义上的外墙自保温体系，用陶粒轻骨料混凝土代替传统的普通混凝土作为承重结构材料应用于建筑物，借助轻骨料混凝土导热系数低的优势，从根本上改善建筑热桥部分的保温性能。此做法既可以放宽对墙体砌块导热系数的要求，又能避免做内外保温所带来的后遗症。热桥部分导热系数的下降，配合采用保温性能良好的砌块，无需任何内外保温做法，就可以基本满足南方地区规范对外墙平均传热系数的要求，做到真正意义上的自保温。

　　1.2自保温陶粒混凝土结构体系的性能特点

　　陶粒混凝土是一种轻骨料混凝土，表观密度一般在1360~1950kg/m3，当强度等级达到LC30以上时，可将其用于建筑结构的承重构件。与同强度等级普通混凝土相比，陶粒混凝土结构体系的自重减轻了20~35%，这可以降低建筑基础的建造造价。由于其为多孔材料，使得陶粒混凝土结构体系的抗渗性能、抗冻性能、吸声性、保温性能、防火性能、抗震性能、耐久性等方面均由于普通混凝土结构。

　　2自保温陶粒混凝土结构体系的抗震性能分析

　　宁波市某小区一梯两户两单元的6层的带阁楼居住建筑，层高2.8m，总高19.3m，该建筑内外填充墙材料，内墙墙厚为200mm。通过建立普通混凝土结构和陶粒混凝土结构的模型对两种不同材料的抗震性能进行分析，如图1所示。在工程设计中一般需要利用有限元软件对自保温陶粒混凝土结构体系的自振周期、地震反应力、地震作用引起的楼层剪力、最大层间位移角、楼层位移等进行分析。模型参数的设置中，将普通混凝土结构的梁、板、柱均取强度等级为C25、容重为26.00kN/m3普通混凝土的参数进行分析，而陶粒混凝土结构对应的梁、板、柱则取容重为18.5kN/m3、强度等级分别为LC25、LC30、LC35的1800级混凝土参数，并将场地类别设为IV，地震烈度设为6度，设计地震分组为第一组，特征周期为0.65s，框架的抗震等级四级[3]。楼面恒荷载和活荷载按照《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）规定取值。

　　图1自保温陶粒混凝土结构的模型

　　采用有限元软件计算的结果表明，陶粒混凝土容重较小，能够明显减少结构的自重，使得陶粒混凝土结构总荷载值比普通混凝土结构总荷载值小10%以上。在构件截面尺寸保持不变的情况下，陶粒混凝土结构的自振周期比普通混凝土结构要大。陶粒料混凝土结构的周期比略小于普通混凝土结构，这表明陶粒料混凝土结构的抗扭刚度较大，结构稳定性更好。用陶粒轻骨料混凝土替换普通混凝土，结构地震反应力明显减小，其减小幅度随着陶粒轻骨料混凝土强度等级的提高而减少，结构楼层剪力也明显较小，其减小幅度随着轻骨料混凝土强度等级的提高而减少，地震作用下的最大层间位移角比普通混凝土结构大，但只要构件尺寸设计合理，就不会超过规定的限制，而且随着陶粒轻骨料混凝土强度等级的提高，最大层间位移角逐渐减小。因此，为了提高结构的整体抗震性能，我们应该尽量开发和使用容重小、强度高且弹性模量相对较高的陶粒轻骨料混凝土。

　　3自保温陶粒混凝土结构体系的节能性能分析

　　根据外墙平均传热系数的含义及计算方法，建筑外墙由于受到周边热桥的影响，其传热系数不能仅仅考虑填充外墙材料，而要采用面积加权后的外墙平均传热系数来作为控制项。外墙平均传热系数不仅代表了外墙保温性能的好坏，还直接关系到室内热环境的舒适度问题[4]。考虑到热桥的重要性及相关法规对于外墙平均传热系数的限制要求，本文在不采用内外黏贴保温材料的情况下，考虑用陶粒轻骨料混凝土代替传统的普通混凝土作为承重结构部分材料，以此来降低热桥部分传热系数，从而从整体上降低外墙平均传热系数。

　　通过选取10种江浙一带常用的保温性能较好的填充外墙材料，配合使用陶粒轻骨料混凝土作为热桥材料，分别计算了采用框架结构体系、框剪结构体系、剪力墙结构体系时的外墙平均传热系数，并将填充外墙材料进行了分类，分别比较分析了其自保温体系的特性和适用范围。同时计算了用陶粒混凝土作为承重结构，采用无机保温砂浆外保温做法的外墙平均传热系数值。

　　计算结果表明，对于陶粒混凝土，随着密度等级的提高，导热系数逐渐增大。对于框架、框剪、剪力墙三种结构体系，其热桥所占面积逐渐增大。当采用砂加气砌块（B04）、砂加气砌块（B05）、陶粒混凝土砌块(600级)替换热桥材料之前，自保温做法只能应用于框架结构体系，而当用陶粒轻骨料混凝土做热桥材料进行替换后，外墙平均传热系数值下降明显，可以将应用范围扩大到框剪结构体系和剪力墙结构体系，此类材料保温性能良好，配合陶粒轻骨料混凝土作为热桥材料，适用于绝大部分结构体系。

　　当采用陶粒混凝土复合砌块(900级)、加气混凝土砌块（B05）、煤矸石砌块内填膨胀珍珠岩（1300级）、加气混凝土砌块（B07）等替换热桥材料之前，各种结构体系均无法采用自保温做法，在用陶粒轻骨料混凝土做为热桥材料进行替换后，外墙平均传热系数值下降明显，可以应用于框架结构体系、框剪结构体系和部分剪力墙结构体系。此类材料保温性能较第一类材料稍差些，配合陶粒轻骨料混凝土作为热桥材料，适用于框架结构体系和框剪结构体系；如果对陶粒混凝土强度要求不高，允许采用低密度等级的陶粒混凝土，那么适用范围可以扩大到剪力墙结构体系。

　　当采用三排孔陶粒混凝土砌块(1200级)、粉煤灰烧结砖（1600级）、页岩模数烧结砖（1300级）等材料本身保温性能较差，目前很少用于保温建筑结构，当对轻骨料混凝土强度要求不高时，可以采用较低密度等级的陶粒轻骨料混凝土替换原先的普通混凝土，应用于框架、框剪和剪力墙结构体系。此类材料保温性能相对较差，做自保温应该范围较小，在工程实际中应根据具体情况做具体分析，酌情使用。

　　4结论

　　面对严峻的能源形势和建筑能耗比例不断上升的趋势，建筑节能工作的推进刻不容缓。随着对轻骨料混凝土研究和实践工作的发展，其应用领域已慢慢从非承重结构往承重结构方向发展。本文研究的陶粒混凝土自保温结构体系，有别于传统意义上的外墙自保温体系，提出用陶粒轻骨料混凝土代替传统的普通混凝土，作为承重结构应用于建筑物，借助轻骨料混凝土导热系数低的优势，从根本上改善建筑热桥部分的保温性能，缓解热桥影响。此做法既可以放宽对墙体砌块导热系数的要求，又能避免做内外保温所带来的后遗症，可以基本满足南方地区规范对外墙平均传热系数的要求，做到真正意义上的自保温。

　　参考文献：

　　[1]中国建筑标准设计研究院.全国民用建筑工程设计技术措施—建筑[M].北京:中国计划出版社,2007.

　　[2]范锦忠.陶粒混凝土墙材的节能优势[J].新型墙材,2005(6):26-29.

　　[3]中国建筑科学研究院.建筑抗震设计规范GB50011-2010[S].北京:中国建筑工业出版社,2010．

　　[4]袁磊,张道真.夏热冬暖南区外墙内保温的适用性分析[J].建筑技术,2009,40(4):313-316.