CL建筑體系——建筑節(jié)能與結(jié)構(gòu)受力的[1]

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。CL建筑體系建筑節(jié)能與結(jié)構(gòu)受力的1一、合理的保溫形式CL結(jié)構(gòu)體系特點(diǎn)及應(yīng)用摘 要：作為一種新型的復(fù)合混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系，CL結(jié)構(gòu)體系以其與建筑物同壽命的保溫方法、混凝土剪力墻應(yīng)用的新概念、完全取代粘土磚結(jié)構(gòu)、主要部品的工廠化生產(chǎn)、較高的性價(jià)比等特點(diǎn)正在成為我國(guó)住宅項(xiàng)目建設(shè)中不可或缺的建筑結(jié)構(gòu)形式之一。關(guān)鍵詞：CL結(jié)構(gòu)體系 建筑節(jié)能 復(fù)合剪力墻一、CL結(jié)構(gòu)體系概述CL（composite light-weight）建筑體系結(jié)構(gòu)屬于復(fù)合混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系，適用于各種熱工設(shè)計(jì)分區(qū)的不同抗震等級(jí)的民用建筑。

2、其核心構(gòu)件CL墻板（其構(gòu)造見(jiàn)表1）是由CL網(wǎng)架板（一種鋼筋焊接網(wǎng)架保溫夾芯板）兩側(cè)澆筑混凝土后形成的一種兼承重、保溫、隔音于一體的墻體。該墻體主要用于建筑物的外墻、樓（電）梯間墻、分戶墻等有保溫及隔聲要求部位的墻體。墻體中的CL網(wǎng)架板鋼筋均為墻體受力鋼筋，鋼筋的直徑、間距及組合規(guī)格根據(jù)承載要求確定，保溫芯板的材質(zhì)及厚度則根據(jù)當(dāng)?shù)毓?jié)能標(biāo)準(zhǔn)采用。CL網(wǎng)架板是在生產(chǎn)車間由大型自動(dòng)化生產(chǎn)線根據(jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求定制加工，以兩軸線間墻體平面尺寸整體加工為原則，最大尺幅可達(dá)6m×3.3m，無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)二次加工裁剪，作為墻體受力鋼筋、保溫層于一體的部品直接提供給施工現(xiàn)場(chǎng)。CL結(jié)構(gòu)體系是由石家莊晶達(dá)建筑體系有

3、限公司1994年在建設(shè)部立項(xiàng)后，在全國(guó)眾多專家協(xié)助下歷經(jīng)數(shù)載研發(fā)的、完全具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型自保溫體系。該體系先后取得十九項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利及實(shí)用新型專利，涉及受力理論、構(gòu)造措施、施工方法、生產(chǎn)設(shè)備等多個(gè)領(lǐng)域。2002年12月，建設(shè)部鑒定“其綜合技術(shù)達(dá)國(guó)際先進(jìn)水平”。經(jīng)1999年西安建筑科技大學(xué)完成的七層樓1/2模型擬動(dòng)力試驗(yàn)及2003年清華大學(xué)完成的CL復(fù)合剪力墻極限承載試驗(yàn)表明，該體系具有足夠的可靠度。截止目前，已竣工及在建的CL結(jié)構(gòu)體系工程已達(dá)450余萬(wàn)平方米，涉及十省十八市的近百個(gè)項(xiàng)目，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益良好。表1 CL墻板構(gòu)造詳表型 號(hào)型CL墻板型CL墻板型CL墻板主要適用范圍多層36

4、m以下小高層36m以上高層CL結(jié)構(gòu)體系CL復(fù)合保溫技術(shù)簡(jiǎn) 圖構(gòu)造說(shuō)明混凝土層a（）現(xiàn)澆時(shí)50厚，預(yù)制時(shí)40厚保溫板b（）EPS（XPS）板，厚度根據(jù)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)確定現(xiàn)澆混凝土層c（）100140c160c160鋼筋焊接網(wǎng)雙向350 （外保護(hù)層為30）斜向焊接腹筋3，200個(gè)/3.5，100個(gè)/根據(jù)焊網(wǎng)規(guī)格確定鋼筋焊接網(wǎng)雙向450（外保護(hù)層為35）雙層雙向5100（保護(hù)層均為25）雙向8150 /200（保護(hù)層為25）鋼筋焊接網(wǎng)無(wú)雙向8150 /200（外保護(hù)層為25）綁扎水平拉筋設(shè)計(jì)確定CL網(wǎng)架板生產(chǎn)完全工廠化生產(chǎn)鋼筋現(xiàn)場(chǎng)安裝二、CL結(jié)構(gòu)體系的試驗(yàn)研究1999年5月，西安建筑科技大學(xué)完成了CL結(jié)構(gòu)

5、體系七層樓1/2模型受力實(shí)驗(yàn)。該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)是國(guó)內(nèi)一次最大規(guī)模的民用建筑模型擬動(dòng)力實(shí)驗(yàn)。（實(shí)驗(yàn)過(guò)程及各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)可參見(jiàn)中國(guó)CL結(jié)構(gòu)體系七層樓1/2模型試驗(yàn)研究報(bào)告·西安建筑科技大學(xué)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)室）。該試驗(yàn)的建筑原型總高18.9米，共七層，層高2.7米；CL復(fù)合剪力墻為一側(cè)30混凝土，一側(cè)90混凝土；其中網(wǎng)架配筋兩側(cè)均為350雙向鋼筋焊網(wǎng)；邊緣構(gòu)件按7度設(shè)防配筋。試驗(yàn)中，從裂縫出現(xiàn)和發(fā)展過(guò)程看，CL結(jié)構(gòu)體系受到相當(dāng)于設(shè)防烈度9度的地震作用時(shí)，裂縫仍很細(xì)微，整個(gè)結(jié)構(gòu)基本處在彈性狀態(tài)；結(jié)構(gòu)受到相當(dāng)于設(shè)防烈度10度的地震作用時(shí)，裂縫充分發(fā)展，結(jié)構(gòu)進(jìn)入塑性狀態(tài)。此時(shí)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)角僅為1/156，不但保證壞而

6、不倒，而且還能在接下來(lái)的擬靜力試驗(yàn)時(shí)表現(xiàn)出穩(wěn)定的滯回曲線。因此在試驗(yàn)結(jié)論中：“CL結(jié)構(gòu)體系自重小，具有很好的抗震性能。該體系用于不高于8度設(shè)防的地震區(qū)具有足夠的可靠度；試驗(yàn)結(jié)果表明，該體系應(yīng)用于9度設(shè)防的地震區(qū)也是可行的?！?003年3月，在清華大學(xué)結(jié)構(gòu)工程研究所完成了CL墻板與普通剪力墻的極限承載力對(duì)比分析實(shí)驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)過(guò)程及各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)可參見(jiàn)CL復(fù)合墻板試驗(yàn)研究報(bào)告·清華大學(xué)結(jié)構(gòu)工程研究所）。試驗(yàn)結(jié)論表明：“CL復(fù)合墻板在垂直荷載作用下的受力性能與普通的鋼筋混凝土剪力墻相似；復(fù)合墻板與邊框能夠協(xié)同工作，兩側(cè)的混凝土層在斜插筋和鋼絲網(wǎng)片的拉結(jié)作用下能夠很好地協(xié)同工作。CL復(fù)合墻板的軸心

7、抗壓能力、抗彎變形能力和穩(wěn)定性均優(yōu)于相等混凝土厚度（厚度為CL復(fù)合墻板兩側(cè)混凝土厚度之和）的鋼筋混凝土實(shí)心墻。CL復(fù)合墻板的極限軸壓承載力平均為相等混凝土厚度的鋼筋混凝土實(shí)心墻的1.14倍。在保證厚度較薄一側(cè)混凝土質(zhì)量的條件下，若把CL復(fù)合墻板按照等厚的實(shí)心墻來(lái)計(jì)算，其強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性良好，是安全的。目前的構(gòu)件抵抗水平地震力的能力已經(jīng)達(dá)到8度設(shè)防要求。若提高軸壓比，墻體的抗剪能力尚有可能提高?！比?、CL結(jié)構(gòu)體系性能特點(diǎn)1、合理的保溫方法CL結(jié)構(gòu)體系的CL墻板是兩層鋼筋混凝土與保溫板相結(jié)合的復(fù)合墻體。室內(nèi)一側(cè)至少100厚的混凝土層完全可以滿足建筑物蓄熱要求，當(dāng)供熱系統(tǒng)溫度出現(xiàn)劇烈波動(dòng)時(shí)，通過(guò)混

8、凝土能量的儲(chǔ)存，可以達(dá)到室內(nèi)溫度緩慢變化的要求。而室外一側(cè)50的混凝土層既能對(duì)保溫板起到終生的保護(hù)作用，又能滿足各種裝飾做法對(duì)墻體面層的要求。而且，50厚的混凝土層中配有350的雙向鋼筋焊網(wǎng)（配筋為0.28%），可以有效控制混凝土的干縮。CL結(jié)構(gòu)體系與其它形式的保溫方式相比，具有耐久性好、使用壽命長(zhǎng)（可以達(dá)到與建筑物主體基本同壽命）、保溫層的保護(hù)層強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，可以減少或避免建筑保溫層的使用周期內(nèi)維護(hù)及設(shè)計(jì)壽命終期后更換所產(chǎn)生的巨額費(fèi)用、建筑垃圾、使用功能的影響等一系列綜合社會(huì)隱患。2、更可靠的結(jié)構(gòu)形式CL結(jié)構(gòu)體系屬于鋼筋混凝土剪力墻體系。而普通鋼筋混凝土剪力墻往往由于考慮穩(wěn)定性原因而使墻體比

9、較厚，難以充分發(fā)揮混凝土高強(qiáng)的性能。尤其是當(dāng)用于層數(shù)較少的建筑時(shí)，經(jīng)濟(jì)性較差。CL墻板的受力鋼筋骨架CL網(wǎng)架板是一種立體空間桁架，其除作為剪力墻配筋外，還有將兩層混凝土層有機(jī)連接，達(dá)到協(xié)同工作的作用。因此，CL墻板較普通鋼筋混凝土剪力墻截面慣性矩增大，穩(wěn)定性增強(qiáng)，極限承載能力提高，CL結(jié)構(gòu)體系的安全性也隨之增加。3、更強(qiáng)的抗震性能抗震與建筑物重量密切相關(guān)，重量大地震力大，CL結(jié)構(gòu)體系重量只有磚混結(jié)構(gòu)重量的55% , 故在地震時(shí)水平地震力明顯減少。CL結(jié)構(gòu)體系以復(fù)合剪力墻承擔(dān)水平地震荷載, 以剪力墻及異型柱承擔(dān)豎向荷載, 傳力途徑明確、合理。CL結(jié)構(gòu)體系具有非常好的整體剛度, 在7、8、9度設(shè)防

10、烈度要求下, 層間位移在1/8000、1/4000、1/2000以下, 遠(yuǎn)小于規(guī)范的限值。CL墻板按90mm 剪力墻計(jì)算, 其分布配筋率0.322% , 完全可以滿足強(qiáng)剪弱彎的要求, 可作為主要受力構(gòu)件。4、其它特點(diǎn)CL復(fù)合墻板及室內(nèi)的普通剪力墻的應(yīng)用較傳統(tǒng)的磚混結(jié)構(gòu)墻體厚度薄，可以增加實(shí)際使用面積，根據(jù)戶型及墻體數(shù)量的不同可以增加約5%-8%。另外，CL結(jié)構(gòu)體系的主要構(gòu)件CL網(wǎng)架板完全由專業(yè)生產(chǎn)線工廠化生產(chǎn)，質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)效率高，主體施工的同時(shí)就完成了保溫層的做法，即滿足建筑工廠化和住宅產(chǎn)業(yè)化的要求，又可以節(jié)約材料、縮短施工周期和保證現(xiàn)場(chǎng)的文明施工。四、CL結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)CL結(jié)構(gòu)墻板用于外墻

11、和樓梯間及分戶墻等需要保溫隔聲的剪力墻。不需要保溫的內(nèi)承重墻可以據(jù)建筑功能及建筑物高度選用普通剪力墻（長(zhǎng)墻和短肢墻），異形柱，L形T形十字形等小墻肢。其它構(gòu)件，如樓板、樓梯等也為普通形式，按常規(guī)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)及計(jì)算。CL墻板進(jìn)行承載力驗(yàn)算時(shí)，墻板厚度取值可采用兩種方法。A方法：忽略較薄側(cè)混凝土作用，只取較厚側(cè)混凝土截面厚度，但較薄側(cè)混凝土自重應(yīng)作為荷載計(jì)算；B方法：考慮兩側(cè)混凝土協(xié)同工作，取混凝土截面厚度之和。當(dāng)滿足一定條件下，如邊緣構(gòu)件與墻體同厚、設(shè)置構(gòu)造墻中柱，可采用B法，否則采用A法。CL結(jié)構(gòu)屬于剪力墻結(jié)構(gòu)，故采用建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析與設(shè)計(jì)軟件SATWAY進(jìn)行計(jì)算。墻板厚度按照上述選用后

12、，計(jì)算過(guò)程同普通剪力墻結(jié)構(gòu)。當(dāng)采用A法計(jì)算時(shí)，較薄側(cè)混凝土自重作為墻荷載輸入，應(yīng)考慮其剛度的影響，所以進(jìn)行周期折減。周期折減系數(shù)取值：先不考慮周期折減，分別按A法，B法進(jìn)行計(jì)算，得出二者第一周期的比值，再綜合考慮填充墻的數(shù)量及材料進(jìn)行確定。計(jì)算完成后，檢查計(jì)算數(shù)據(jù)，應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)范中關(guān)于剪力墻結(jié)構(gòu)如層間位移角、 剪重比、以及有效質(zhì)量系數(shù)等各項(xiàng)要求。建筑設(shè)計(jì)只需為各住戶設(shè)計(jì)合適的外墻、分戶墻及廁所、廚房隔墻, 其余即為大開(kāi)間設(shè)計(jì), 也可根據(jù)用戶的要求采用CL輕質(zhì)隔墻設(shè)計(jì)為永久隔墻。CL 內(nèi)隔墻板隔音為36dB, 外墻及分戶墻與現(xiàn)行磚混外墻隔音相差不大, 均滿足國(guó)家現(xiàn)行規(guī)范要求。水、暖、電設(shè)計(jì)及施工

13、方法類似剪力墻體系, 水、暖、電管線可敷設(shè), 在現(xiàn)澆混凝土或夾芯板孔中, 較為方便。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算模型和假定 CL結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)高度控制在25m 以下, 體系以剪切變形為主, 屬于質(zhì)量和剛度沿高度分布較均勻的結(jié)構(gòu), 采用底部剪力法計(jì)算: 墻板處于平面應(yīng)力狀態(tài), 并遵守小變形理論。假定斜插筋只起到穩(wěn)定縱橫向分布鋼絲的作用, 參與受力的只有縱橫向分布鋼絲。結(jié)構(gòu)在地震力作用下, 水平力主要由CL 墻體承擔(dān), 不考慮異型柱作用, 計(jì)算時(shí)異型柱可忽略。產(chǎn)生地震作用的重力代表值假定集中在各樓層標(biāo)高處, 每層的重力荷載代表值包括上、下各一半墻重, 本層的樓板重量及活載的一半。假定樓板在平面內(nèi)剛度無(wú)限大, 地震作

14、用按剛度分配。因橫墻較多, 應(yīng)分別考慮建筑物沿2個(gè)方向的水平作用。結(jié)構(gòu)的整體剛度非常大, 周期小, 可不考慮遠(yuǎn)近地震、場(chǎng)地土的影響, 計(jì)算地震反應(yīng)時(shí)統(tǒng)一取最大地震影響系數(shù)Amax。與普通剪力墻結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)相比，CL結(jié)構(gòu)體系除墻體構(gòu)造外，其邊緣構(gòu)件構(gòu)造方式有一定的特殊性，故在設(shè)計(jì)圖紙中應(yīng)以節(jié)點(diǎn)詳圖的形式予以表示。作為鋼筋焊接網(wǎng)架剪力墻，其節(jié)點(diǎn)既要滿足規(guī)范及安全的要求，又要滿足施工便捷及經(jīng)濟(jì)的要求。經(jīng)過(guò)多年的總結(jié)和完善，現(xiàn)部分主要節(jié)點(diǎn)構(gòu)造如圖1： 圖1 I型CL復(fù)合剪力墻角柱構(gòu)造 五、CL結(jié)構(gòu)體系施工方法CL結(jié)構(gòu)體系施工與普通剪力墻結(jié)構(gòu)施工基本相同，其不同之處在于CL復(fù)合剪力墻的施工工藝。目前，CL復(fù)合剪力墻有兩種施工方法：一種為單側(cè)預(yù)制，即在CL網(wǎng)架板安裝前水平放置，用半干硬性混凝土澆筑較薄側(cè)，吊裝就位并將鋼筋連接后在將較厚側(cè)混凝土與邊緣構(gòu)件同時(shí)澆筑；另一種為兩側(cè)現(xiàn)澆，即將CL網(wǎng)架板安裝就位后支設(shè)模板，然后將兩側(cè)混凝土與邊緣構(gòu)件等同時(shí)澆筑完畢。單側(cè)預(yù)制可以較容易地控制較薄側(cè)混凝土的澆筑質(zhì)量，而且澆筑完畢后該側(cè)混凝土可以相當(dāng)于一側(cè)模板，節(jié)省一定費(fèi)用及施工周期。但是目前，施工現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地較小，致使預(yù)制周期較長(zhǎng)，且一側(cè)預(yù)制后的CL網(wǎng)架板重量大，對(duì)吊裝設(shè)備要求較高