摘 要：研究設計大開間節能住宅體系并建成試驗樓。方案確定了承重混凝土空心砌塊的規格、孔型、砌筑方法、節能保溫做法、計算采暖耗熱量指標等。對墻體的節能效果進行了測試。
    關鍵詞:混凝土空心砌塊　大開間　住宅體系

    一、研究目的及主要內容

    1 研究目的

    采用新型墻材取代實心粘土磚是墻體材料革新最重要的工作，對于保護土地、保護生活環境、節約有限能源、造福子孫后代具有非常重大的意義。我國北方地區，每年采暖耗煤超億噸，約占全國總能耗的10 %。隨著國民經濟的發展和人民生活水平的不斷提高，過渡區、濕熱區的采暖和空調越來越普及，尤其是南方城市，空調率已達到30 %。北方城市大量既有建筑物要實現集中供暖以及每年新建采暖房屋都要增加能源消耗。據統計，我國每年至少要增加能耗580 萬t 標煤，大大超過能源生產增加的速度，能源供需矛盾日益突出。

    大力發展節能、節地的保溫隔熱新型墻材，逐步替代實心粘土磚，不但能改善建筑功能、提高住房質量和施工效率，滿足住宅產業現代化的需要，還能達到節約能源、保護土地、有效利用資源、綜合治理環境污染的目的，是促進我國經濟、社會、環境、資源協調發展的大事，符合整個國民經濟建設和社會全面進步的客觀需要，是實施我國可持續發展戰略的一項重大舉措。承重混凝土空心砌塊具有不污染環境、不占用耕地、強度高、自重輕、耐火、隔音、施工效率高等特點，是取代實心粘土磚較為理想的材料之一。

    2 主要內容

    (1) 研究設計符合我市住宅標準，滿足使用功能的大開間節能住宅方案，并建造一幢3500m2 左右的承重混凝土空心砌塊試驗樓。

    (2) 研究承重混凝土空心砌塊的規格、孔型及砌筑排塊方法，提高承重混凝土空心砌塊的應用率。

    (3) 研究確定承重混凝土空心砌塊建筑的節能保溫作法，計算建筑采暖耗熱量指標，并對墻體的節能效果進行測試。

    二、承重混凝土空心砌塊大開間試驗住宅建筑

    1 承重混凝土空心砌塊的規格孔型及排塊

    由于混凝土導熱系數大，保溫性能差，單一材料難以滿足節能設計標準的要求。即使將砌塊做到4 排或5 排孔，其熱阻也不能滿足天津建筑節能要求。而且，砌塊建筑設計規程對構造的要求，特別是芯柱和灌孔的大量設置，多排孔砌塊是做不到的。為解決芯柱和灌孔的構造要求，必須增加一種單排孔砌塊，這樣又會造成大量熱橋，從而大大降低墻體保溫性能。因此決定從結構合理受力的角度來確定墻體砌塊類型;對于砌塊墻體的保溫隔熱性能，可根據節能保溫需要，復合所需厚度的高效保溫材料來解決， 從而做到結構、建筑都經濟合理。

    經過分析論證決定選用單排孔砌塊，主規格為390 ×190 ×190 ，mm ，輔助砌塊規格為290 ×190 × 190 ，mm、190 ×190 ×190 ，mm、90 ×190 ×190 ，mm。對各種類型墻體進行排塊研究后得出，只要建筑物開間、進深、洞口、墻垛尺寸符合100mm 的倍數，上述4 種砌塊均能滿足排塊尺寸要求。唯一的問題是在丁字墻、十字墻處產生通縫較多。后來增加了590 ×190 ×190mm ，3 孔異型砌塊，基本消除了通縫問題。對于3 模尺寸墻體，會出現極少數的上下皮砌塊不對孔現象。但由于數量極少，可將其安排在無芯柱和灌孔處，對承重和外墻保溫等均無影響。為澆注圈梁混凝土，需事先將圈梁下皮砌塊灌孔，如能生產1 種一面封孔的圈梁砌塊，則可減少現場加工工序。對電力管線等敷設問題，只要安排得當，各工種配合施工，可穿砌塊豎孔，以免事后剔鑿影響結構安全。對層高217m 的住宅，排12 皮砌塊的高度為214m ，加之樓板厚度140mm ，余160mm 作圈梁， 完全可滿足住宅門窗過梁高度的需要。

    2 試驗建筑的設計、節能做法及砌塊墻體保溫性能試驗

    試驗設計時由于受地形和開發商對房間數量要求的限制，試驗住宅只能做到5.7m 開間，如果開間能做到6.0～6.6m ，將更能體現其優越性。

    試驗住宅是我市第一幢承重空心砌塊大開間節能住宅，建筑面積為3266.64m² (不含陽臺面積) ，6 層4 單元，建筑物體形系數為0.27 。±0.00 以上墻體全部采用混凝土承重空心小型砌塊(以下簡稱砌塊) 砌筑。隔墻采用60mm 厚GRC 空心條板。以兩室兩廳戶型為主，兼有少量三室兩廳戶型，每戶均設衛生間(2.30m²) 、廚房(4.10m²) 、貯藏室(1.91m² ) 、生活陽臺、服務陽臺，客廳和主臥室朝南，平均每戶建筑面積68.1m² ，完全符合天津市住宅設計標準之規定。建筑物進深達11.89m ，每戶面寬5.7m ，平面無凹凸，節約用地，有利于抗震性能的提高。

    190mm 厚承重混凝土空心砌塊的熱阻值相當于120～140mm 厚粘土實心磚墻的熱阻值，從節能和經濟的角度分析，不能用單一材料的墻體，因此， 采用了復合保溫墻體。復合保溫墻體主要有3 種: 內保溫墻體、外保溫墻體和夾心保溫墻體。無論哪一種保溫墻體，都能提高保溫性能，滿足建筑節能和內表面不結露的要求，使冬季墻體內表面溫度提高， 改善房間氣候環境。內保溫墻體，由于建筑物外墻往往需要設置混凝土圈梁和構造柱，這些部位與外墻主體部位構造不同，保溫性能差，形成熱流密集的通道———“熱橋”。這些熱橋部位必然會增加傳熱熱損失，內保溫越好，熱橋的影響就越大。外保溫墻體，不僅可避免產生熱橋，而且由于墻體受到保護， 因此內部溫度變化小，外墻主體產生裂縫、變形的現象可以大大減輕。夾心墻體，內側為結構墻，外側為保護墻，中間根據熱工性能的要求設置高效保溫材料。如砌塊夾心墻體，一般由190mm 砌塊作承重墻，90mm 厚砌塊作外保護墻，中間設置巖棉或聚苯板。這種做法在國外很普遍，國內也建有此類建筑。但夾心墻的連接件防腐、熱橋、構造及計算分析方法，特別是在地震區的抗震性，都是令人關注和難以處理的問題。為此，試驗建筑的外墻采用外保溫復合墻體(190mm 厚砌塊外貼50mm 厚水泥聚苯板， 粘貼抗堿玻璃纖維網格布，抹聚合物砂漿，刷外墻涂料) 。從而可減少外墻砌體的溫度變化，較好地解決了外墻因溫度變化大而產生開裂和熱橋的難題。試驗建筑墻體熱工性能的計算值與《規范》或《細則》要求值的比較，見表1 。

表1 　熱工性能數值比較

    由表1 可見，墻體熱工性能計算值都小于《規范》或《細則》的要求值，完全滿足要求。試驗建筑樓梯間內墻采用190mm 厚砌塊砌筑，一面抹白灰砂漿，另一面抹保溫砂漿。隔墻采用60mm 厚GRC 空心條板。屋面保溫層采用180mm 厚1∶10 水泥珍珠巖。南向采用單玻鋼窗，東、西和北向采用單框雙玻鋼窗。

    3 試驗住宅建筑結構措施

    采用縱橫墻共同承重的結構體系，1～4 層采用MU10 混凝土小型砌塊，M10 混合砂漿;5～6 層采用MU10 混凝土小型砌塊，M5 混合砂漿。經靜力設計及抗震設計計算分析，均滿足承載力和抗震7 度設防的要求。

    大開間混凝土砌塊建筑，采用現澆鋼筋混凝土樓板，提高了施工速度。不僅留孔、敷設管線方便， 而且工程造價較低。為提高墻體的整體性，增強抗震能力，采取了增設構造柱、芯柱和設置水平鋼筋網片的措施，并應用了性能好的砂漿和芯柱混凝土。

    4 技術經濟分析

    承重混凝土空心砌塊以砂石水泥為原料，同磚混住宅相比，一塊砌塊的體積約相當于10 塊粘土實心磚，其重量約為10 塊粘土磚的2/ 3 ，施工人員砌筑時，彎腰次數是砌磚時的1/ 10 ，大大降低了施工人員的勞動強度，并縮短了工期。采用承重混凝土空心砌塊節約土地，節約生產能耗，強度高，同時可減輕建筑物自重，比磚混結構住宅建筑的自重低25 %以上，房屋使用面積增加5 %～6 %。與磚混住宅相比，單方造價增加12.78 % ，如按使用面積計算，造價降低1.43 %。節能降耗，減少環境污染，具有良好的經濟、社會和環境效益。

    三、結論與建議

    通過本課題研究和工程實踐證明，承重混凝土空心小型砌塊建筑是較為經濟、適用的新型建筑體系。發展承重混凝土空心小型砌塊建筑能夠取得良好的經濟效益、社會效益和環境效益，符合可持續發展的要求。特別是大開間承重混凝土空心小型砌塊住宅，建筑平面布置靈活，為住戶提供了參與設計的條件。

    承重混凝土空心砌塊為薄壁空心材料，依靠薄壁及小肋受力。然而在施工中，經常存在水、暖、電等專業配合滯后而剔鑿墻體的現象，從而嚴重影響砌體強度，并產生細微裂縫。因此在施工中各專業應緊密配合，相互協調，嚴格管理，避免剔鑿。另外混凝土砌塊存在干濕狀態變化引起的收縮膨脹變形，因此應注意存放及施工中的防雨措施，以免造成變形裂縫。

    砌塊的規格尺寸為390 ×190 ×190 mm、190 × 190 ×190 mm ，砌筑灰縫為10mm ，因此砌塊的規格尺寸是按200mm 或400mm 模數分級。雖然有90 ×190 ×190 mm 的砌塊，但只能在少數地方鑲嵌使用，如大量使用不僅會影響芯柱的設置，而且會影響施工質量和進度。因此，砌塊建筑的平面、層高以及窗臺高度應采用2 模。

    因砌塊建筑是以芯柱代替構造柱，如果建筑平面、立面復雜，芯柱就會增多，對設計和施工造成不便，故砌塊建筑沒有凹凸是最經濟合理的建筑形式。但這樣會使建筑物形式千篇一律，為克服這一不足， 可在窗戶、陽臺以及屋頂檐口的設計上做一些文章， 從而使建筑物立面形式豐富多彩。.