大开间节能混凝土空心小砌块住宅体系研究

    摘 要：研究设计大开间节能住宅体系并建成试验楼。方案确定了承重混凝土空心砌块的规格、孔型、砌筑方法、节能保温做法、计算采暖耗热量指标等。对墙体的节能效果进行了测试。
    关键词:混凝土空心砌块　大开间　住宅体系

    一、研究目的及主要内容

    1 研究目的

    采用新型墙材取代实心粘土砖是墙体材料革新最重要的工作，对于保护土地、保护生活环境、节约有限能源、造福子孙后代具有非常重大的意义。我国北方地区，每年采暖耗煤超亿吨，约占全国总能耗的10 %。随着国民经济的发展和人民生活水平的不断提高，过渡区、湿热区的采暖和空调越来越普及，尤其是南方城市，空调率已达到30 %。北方城市大量既有建筑物要实现集中供暖以及每年新建采暖房屋都要增加能源消耗。据统计，我国每年至少要增加能耗580 万t 标煤，大大超过能源生产增加的速度，能源供需矛盾日益突出。

    大力发展节能、节地的保温隔热新型墙材，逐步替代实心粘土砖，不但能改善建筑功能、提高住房质量和施工效率，满足住宅产业现代化的需要，还能达到节约能源、保护土地、有效利用资源、综合治理环境污染的目的，是促进我国经济、社会、环境、资源协调发展的大事，符合整个国民经济建设和社会全面进步的客观需要，是实施我国可持续发展战略的一项重大举措。承重混凝土空心砌块具有不污染环境、不占用耕地、强度高、自重轻、耐火、隔音、施工效率高等特点，是取代实心粘土砖较为理想的材料之一。

    2 主要内容

    (1) 研究设计符合我市住宅标准，满足使用功能的大开间节能住宅方案，并建造一幢3500m2 左右的承重混凝土空心砌块试验楼。

    (2) 研究承重混凝土空心砌块的规格、孔型及砌筑排块方法，提高承重混凝土空心砌块的应用率。

    (3) 研究确定承重混凝土空心砌块建筑的节能保温作法，计算建筑采暖耗热量指标，并对墙体的节能效果进行测试。

    二、承重混凝土空心砌块大开间试验住宅建筑

    1 承重混凝土空心砌块的规格孔型及排块

    由于混凝土导热系数大，保温性能差，单一材料难以满足节能设计标准的要求。即使将砌块做到4 排或5 排孔，其热阻也不能满足天津建筑节能要求。而且，砌块建筑设计规程对构造的要求，特别是芯柱和灌孔的大量设置，多排孔砌块是做不到的。为解决芯柱和灌孔的构造要求，必须增加一种单排孔砌块，这样又会造成大量热桥，从而大大降低墙体保温性能。因此决定从结构合理受力的角度来确定墙体砌块类型;对于砌块墙体的保温隔热性能，可根据节能保温需要，复合所需厚度的高效保温材料来解决， 从而做到结构、建筑都经济合理。

    经过分析论证决定选用单排孔砌块，主规格为390 ×190 ×190 ，mm ，辅助砌块规格为290 ×190 × 190 ，mm、190 ×190 ×190 ，mm、90 ×190 ×190 ，mm。对各种类型墙体进行排块研究后得出，只要建筑物开间、进深、洞口、墙垛尺寸符合100mm 的倍数，上述4 种砌块均能满足排块尺寸要求。唯一的问题是在丁字墙、十字墙处产生通缝较多。后来增加了590 ×190 ×190mm ，3 孔异型砌块，基本消除了通缝问题。对于3 模尺寸墙体，会出现极少数的上下皮砌块不对孔现象。但由于数量极少，可将其安排在无芯柱和灌孔处，对承重和外墙保温等均无影响。为浇注圈梁混凝土，需事先将圈梁下皮砌块灌孔，如能生产1 种一面封孔的圈梁砌块，则可减少现场加工工序。对电力管线等敷设问题，只要安排得当，各工种配合施工，可穿砌块竖孔，以免事后剔凿影响结构安全。对层高217m 的住宅，排12 皮砌块的高度为214m ，加之楼板厚度140mm ，余160mm 作圈梁， 完全可满足住宅门窗过梁高度的需要。

    2 试验建筑的设计、节能做法及砌块墙体保温性能试验

    试验设计时由于受地形和开发商对房间数量要求的限制，试验住宅只能做到5.7m 开间，如果开间能做到6.0～6.6m ，将更能体现其优越性。

    试验住宅是我市第一幢承重空心砌块大开间节能住宅，建筑面积为3266.64m² (不含阳台面积) ，6 层4 单元，建筑物体形系数为0.27 。±0.00 以上墙体全部采用混凝土承重空心小型砌块(以下简称砌块) 砌筑。隔墙采用60mm 厚GRC 空心条板。以两室两厅户型为主，兼有少量三室两厅户型，每户均设卫生间(2.30m²) 、厨房(4.10m²) 、贮藏室(1.91m² ) 、生活阳台、服务阳台，客厅和主卧室朝南，平均每户建筑面积68.1m² ，完全符合天津市住宅设计标准之规定。建筑物进深达11.89m ，每户面宽5.7m ，平面无凹凸，节约用地，有利于抗震性能的提高。

    190mm 厚承重混凝土空心砌块的热阻值相当于120～140mm 厚粘土实心砖墙的热阻值，从节能和经济的角度分析，不能用单一材料的墙体，因此， 采用了复合保温墙体。复合保温墙体主要有3 种: 内保温墙体、外保温墙体和夹心保温墙体。无论哪一种保温墙体，都能提高保温性能，满足建筑节能和内表面不结露的要求，使冬季墙体内表面温度提高， 改善房间气候环境。内保温墙体，由于建筑物外墙往往需要设置混凝土圈梁和构造柱，这些部位与外墙主体部位构造不同，保温性能差，形成热流密集的通道———“热桥”。这些热桥部位必然会增加传热热损失，内保温越好，热桥的影响就越大。外保温墙体，不仅可避免产生热桥，而且由于墙体受到保护， 因此内部温度变化小，外墙主体产生裂缝、变形的现象可以大大减轻。夹心墙体，内侧为结构墙，外侧为保护墙，中间根据热工性能的要求设置高效保温材料。如砌块夹心墙体，一般由190mm 砌块作承重墙，90mm 厚砌块作外保护墙，中间设置岩棉或聚苯板。这种做法在国外很普遍，国内也建有此类建筑。但夹心墙的连接件防腐、热桥、构造及计算分析方法，特别是在地震区的抗震性，都是令人关注和难以处理的问题。为此，试验建筑的外墙采用外保温复合墙体(190mm 厚砌块外贴50mm 厚水泥聚苯板， 粘贴抗碱玻璃纤维网格布，抹聚合物砂浆，刷外墙涂料) 。从而可减少外墙砌体的温度变化，较好地解决了外墙因温度变化大而产生开裂和热桥的难题。试验建筑墙体热工性能的计算值与《规范》或《细则》要求值的比较，见表1 。

表1 　热工性能数值比较

    由表1 可见，墙体热工性能计算值都小于《规范》或《细则》的要求值，完全满足要求。试验建筑楼梯间内墙采用190mm 厚砌块砌筑，一面抹白灰砂浆，另一面抹保温砂浆。隔墙采用60mm 厚GRC 空心条板。屋面保温层采用180mm 厚1∶10 水泥珍珠岩。南向采用单玻钢窗，东、西和北向采用单框双玻钢窗。

    3 试验住宅建筑结构措施

    采用纵横墙共同承重的结构体系，1～4 层采用MU10 混凝土小型砌块，M10 混合砂浆;5～6 层采用MU10 混凝土小型砌块，M5 混合砂浆。经静力设计及抗震设计计算分析，均满足承载力和抗震7 度设防的要求。

    大开间混凝土砌块建筑，采用现浇钢筋混凝土楼板，提高了施工速度。不仅留孔、敷设管线方便， 而且工程造价较低。为提高墙体的整体性，增强抗震能力，采取了增设构造柱、芯柱和设置水平钢筋网片的措施，并应用了性能好的砂浆和芯柱混凝土。

    4 技术经济分析

    承重混凝土空心砌块以砂石水泥为原料，同砖混住宅相比，一块砌块的体积约相当于10 块粘土实心砖，其重量约为10 块粘土砖的2/ 3 ，施工人员砌筑时，弯腰次数是砌砖时的1/ 10 ，大大降低了施工人员的劳动强度，并缩短了工期。采用承重混凝土空心砌块节约土地，节约生产能耗，强度高，同时可减轻建筑物自重，比砖混结构住宅建筑的自重低25 %以上，房屋使用面积增加5 %～6 %。与砖混住宅相比，单方造价增加12.78 % ，如按使用面积计算，造价降低1.43 %。节能降耗，减少环境污染，具有良好的经济、社会和环境效益。

    三、结论与建议

    通过本课题研究和工程实践证明，承重混凝土空心小型砌块建筑是较为经济、适用的新型建筑体系。发展承重混凝土空心小型砌块建筑能够取得良好的经济效益、社会效益和环境效益，符合可持续发展的要求。特别是大开间承重混凝土空心小型砌块住宅，建筑平面布置灵活，为住户提供了参与设计的条件。

    承重混凝土空心砌块为薄壁空心材料，依靠薄壁及小肋受力。然而在施工中，经常存在水、暖、电等专业配合滞后而剔凿墙体的现象，从而严重影响砌体强度，并产生细微裂缝。因此在施工中各专业应紧密配合，相互协调，严格管理，避免剔凿。另外混凝土砌块存在干湿状态变化引起的收缩膨胀变形，因此应注意存放及施工中的防雨措施，以免造成变形裂缝。

    砌块的规格尺寸为390 ×190 ×190 mm、190 × 190 ×190 mm ，砌筑灰缝为10mm ，因此砌块的规格尺寸是按200mm 或400mm 模数分级。虽然有90 ×190 ×190 mm 的砌块，但只能在少数地方镶嵌使用，如大量使用不仅会影响芯柱的设置，而且会影响施工质量和进度。因此，砌块建筑的平面、层高以及窗台高度应采用2 模。

    因砌块建筑是以芯柱代替构造柱，如果建筑平面、立面复杂，芯柱就会增多，对设计和施工造成不便，故砌块建筑没有凹凸是最经济合理的建筑形式。但这样会使建筑物形式千篇一律，为克服这一不足， 可在窗户、阳台以及屋顶檐口的设计上做一些文章， 从而使建筑物立面形式丰富多彩。.