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外墙外保温瓦外装饰体系抗震试验与分析

整理编辑:夏忆远 发布时间:2022-08-15

内容摘要:

1序言瓷砖贴面具有比油漆贴面更好的耐沾污性和耐色性的优点,并且在我国使用瓷砖作为外墙饰面的建筑中所占比例相当高,在外墙外保温上应用瓷砖的需求也很大。因此,有必要...

1序言

瓷砖贴面具有比油漆贴面更好的耐沾污性和耐色性的优点,并且在我国使用瓷砖作为外墙饰面的建筑中所占比例相当高,在外墙外保温上应用瓷砖的需求也很大。因此,有必要研究独特的外保温瓷砖贴面层技术及其在高层建筑中应用的可行性。为此,我们与中国建筑科学研究院工程地震研究所、铁道部研究院铁路建设研究所共同制定了外保温瓷砖外饰面系统的抗震试验方案和试验规程。2001年8月29日,在铁道部研究院铁路建设研究所进行了外墙外保温瓷砖外饰面系统的抗震试验。考虑到该系统中瓷砖面层与主体结构之间的连接是柔性和柔性的,并且主体结构的扭转力很难传递到面层上,因此选择垂直瓷砖面层的地震波进行地震试验。选择具有广泛代表性的正弦拍频波作为外饰面破坏力最大的外饰面材料,具有重要的现实意义和代表性,因此外保温瓷砖外饰面系统的抗震测试显得尤为重要。

保温层面层粘贴瓷砖结构设计及依据

2.1设计依据

目前,市场上流行的瓷砖的尺寸各不相同,我们对几种广泛用于外墙饰面的瓷砖进行了质量统计,结果如下:145mm×45mm瓷砖的质量为88gx,200mm/60mm瓷砖的质量为172g/75m2,12.9kg/m2,255mm/12mm瓷砖的质量为420g/m2。每平方米用量为28片(11.76kg),400mm250mm瓷砖质量为1.650g,每平方米用量为10片(16.5kgo),ZL瓷砖胶粘剂为16~23kg。因此,每平方米瓷砖胶粘剂的总质量为28~40kg。

根据《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)的规定,采用等效侧向力法计算非结构构件水平地震作用值时,可采用以下公式计算

F=γηε1ε2αmaxG

F-非结构构件重心最不利方向水平地震作用标准值;

γ-非结构组分的函数系数,这里取1.4;

η-非结构构件等级系数,取0.9;

11-连接状态系数,这里取2.0;

ε2-位置系数,建筑物顶点为2.0,底部为1.0,沿高度呈线性分布;

αmax为地震影响系数的最大值,按罕见地震取0.90;

G-非结构构件的重力。按公式(1)计算,地震作用Fmax最大值为4.536G,即作用在每平方米粘贴瓷砖上的地震力为1.27~1.81kN。因此,在100m高度粘贴瓷砖时,M8的地震力为1.27~1.81kN·m2。

2.2结构设计

保温层材料选用了使用最广泛的胶粉聚苯颗粒保温材料、单钢丝网框聚苯板和无网聚苯板三种保温材料。考虑到这三种保温材料的强度和稳定性,在粘结粉末聚苯颗粒保温材料的表层粘贴三种不同尺寸的瓷砖,并在单个钢丝网架的聚苯板表层粘贴重量较小的专用小瓷砖,同时,比较了普通水泥砂浆与橡胶粉聚苯乙烯保温材料在聚苯板表面的抗震性能差异,仅对无网眼聚苯板表面进行了涂覆试验。

本发明防裂保护层采用四角镀锌铅丝网作为防裂层,代替耐碱涂塑玻璃纤维网复合防裂砂浆,并采用结构墙上射钉尾孔镀锌铅丝固定镀锌铅丝网,提高表面层、隔热层和结构层的结合牢度,并且提高了整个结构的安全性和可靠性。详见图1。

选择变形大于瓷砖温度变形一个数量级的胶粘剂作为瓷砖用胶粘剂,其粘接强度和抗冻融性均满足相关标准规范的要求,压折比小于3,具有合理的柔韧性。

加强钉长度42mm,4xm2。根据试验,每根钉的断裂力为7kN,4根钉为28kN,绑扎引线的断裂力为2kN,因此每平方米设计4个机械固定点后的总拉伸能力为8kN。100m高度为M8地震力的4~5倍。

3测试设计

3.1模型的设计和生产

为了验证隔热材料与主体结构之间的粘附性以及验证瓷砖粘合剂的粘附能力,根据三个试件进行了测试。试验前,根据《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001),由中国建筑科学院工程抗震研究所和铁道部科学技术研究所铁路建设研究所共同设计了试验方案。我国建筑结构主要采用宽1.3m、高1.2m、厚0.16m、带孔固定角钢的现浇高层混凝土结构。对强度为C30的3个混凝土试件进行了6个不同保温结构的抗震试验。

各试件的材料组成如模型试件的材料组成表1所示

材料层

l

表中字母表示的含义

试件1

A面

A

b

e

g

K

a.钢筋混凝土墙;b.基层界面砂浆;c.50mm厚单件钢丝网聚苯板;d.50mm厚无网聚苯板;e.45mm厚橡胶粉聚苯颗粒;工厂喷砂界面剂;g.3mm厚抗裂砂浆压制四角钢丝网;h。3mm厚抗裂砂浆压制抗碱玻璃纤维网,即10mm厚水泥砂浆布;j。抗裂柔性防水腻子。l.中型瓷砖(255×112)mm;m.小型瓷砖(200×60)mm;o.外墙涂料;n.超小型瓷砖(145×45)mm

B面

A

b

e

g

l

试件II

C侧

ac

b

N

D面

A

b

e

g

M

试件3

E面

ac

f

e

g

N

F侧

Ad

f

e

h

J

o

3.2装载和测试计划

外墙外保温瓷砖外饰面系统抗震试验与分析

在两个单独的时段中测试三个试件。试验从北京市8级设防烈度地震影响系数最大值0.2g开始,每级增加0.1g,共5级。即,0.2g(1倍)、0.3g(1.5倍)、0.4g(2倍)、0.5g(2.5倍)、0.6g(3倍)。考虑到垂直于建筑物表面的水平地震波对非结构承载材料的破坏性最大,选择水平正弦拍频波(图3),每次振动大于20s,大于5拍频波。考虑到建筑物不同区域、不同位置的地震反应谱不同,参照《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)5.1.4地震影响系数曲线进行试验。测试频率按1/3倍频程分级,即:0.99、1.25、1.58、2.00、2.50、3.13、4.00、5.30、8.00、10.0、12.5、16.0、20.0、32.0Hz。

测试结果及分析

4.1测试结果

对第一测试件进行振动测试达10小时的两个周期。在第一个循环中,当加速度达到0.5g时,钢筋混凝土的母材部分分离,并产生裂缝。A、B表面保温材料和装饰层材料不得开裂、损坏或脱落,粘贴的大尺寸瓷砖和中尺寸瓷砖不得脱落、松动。

经过5h的振动试验,钢筋混凝土母材在0.5g时脱落开裂,底盘框架的连接部分略微打开,在0.6g时,试件2底盘框架的连接部分打开。钢丝网架切割聚苯板时,在0.5~0.6g范围内,C表面出现了声。试验结束后,切断试样,发现聚苯板有一定程度的损伤,聚苯板的角部开裂。单层钢丝网架聚苯板表面粘贴的超小型瓷砖没有松动现象,但表面有少量裂纹。D面保温材料和装饰层材料无开裂、损坏、脱落,粘贴的小瓷砖无脱落、松动。

第三试样振动试验5h~0.5g时,部分钢筋混凝土母材脱落,出现裂缝。当前表面的振动达到0.5g时,出现线网框切割聚苯板的声音,聚苯板受到一定程度的损伤,当振动达到0.6g时,现象更加明显。单件钢丝网架聚苯板表层的超小型瓷砖没有脱落、松动,表层没有开裂。振动试验后,橡胶粉末聚苯颗粒整平材料和涂在F面非网状聚苯板表层的涂料无开裂、无损坏、无脱落、表层无损坏。

该瓷砖胶粘剂的粘接强度为0.73MPa,可满足瓷砖粘接的要求。

4.2结果分析

外保温层粘贴瓷砖的使用条件不同于实体混凝土基层粘贴瓷砖的使用条件。在外保温层上粘贴瓷砖时,必须考虑保温材料表层的承载能力、瓷砖胶粘剂的粘结能力以及在地震作用下抵抗剧烈移动的柔性变形能力。本发明外墙外保温中,底壁体和面层瓷砖通过保温材料柔性连接,在受力时不能把底壁体和面层瓷砖看作一个整体,且应力状态不同,因此在选择瓷砖粘合剂时,也要选择保温材料适合的具有一定柔韧性的瓷砖粘合剂,从而形成一个柔韧性逐渐变化的体系。抗震试验中选用的ZL瓷砖胶粘剂粘结强度为0.40~0.80MPa,压折比小于3.0,弹性模量小于6600MPa,柔韧性适宜。符合柔性渐变和应力逐层释放的技术要求。

从各结构层看,保温体系的防裂保护层与瓷砖采用瓷砖粘结剂粘结,各结构层的变形指数为防裂保护层的5%,瓷砖粘结剂的5‰,瓷砖的0.15‰。本发明使各层弹性模量变化指数相匹配,还满足了逐层渐变的柔性抗裂原理,瓷砖粘合剂的变形量小于抗裂砂浆的变形量,大于瓷砖的变形量,完全能够消除两种质量完全不同的材料之间的变形差异,硬度和热性能由其自身变形,从而进一步确保每一块瓷砖独立释放应力像鱼鳞,不会因地震变形而脱落。

另外,ZL胶粉聚苯颗粒保温材料与建筑物墙体粘结性能好,抗震性能优异,其柔性结构可以减轻地震力对对面层的冲击力,保温墙体瓷砖胶的弹性设定值合适,它可以控制瓷砖在烈度级地震作用下不开裂、不脱落。另外,用孔径为20mmX20mm镀锌钢丝网代替耐碱玻璃纤维网,22号镀锌引线用射钉绑扎牢固,锚固基墙,提高了安全性和抗震性能。造成表层粘连的瓷砖在罕见的地震作用下也不会脱落。在ZL胶粉聚苯颗粒保温材料上粘贴不同尺寸和型号瓷砖过程中,由于大瓷砖和小瓷砖的密度基本相同,因此大瓷砖和小瓷砖每平方米的受力尺寸相同,每平方米加到保温材料上的荷载基本相同,因此,瓷砖尺寸对正弦拍频水平的影响不太大,不同尺寸的瓷砖可以粘贴在ZL胶粉聚苯颗粒保温材料上。ZL胶粉聚苯颗粒保温材料表层瓷砖最大荷载为60kg/m2时,经抗震试验无问题。因此,可在ZL胶粉聚苯颗粒保温材料表层增加不超过60kg/m2的荷载,并可将较大尺寸的瓷砖粘贴在无墙体变形的下层地板上。

现浇混凝土和单层钢丝网框聚苯板粘贴后,瓷砖最小面层荷载应达到40kg/m2;在水泥砂浆整平或ZL橡胶粉末聚苯粒子保温浆料整平过程中,瓷砖粘贴后经过地震试验的聚苯板会被钢丝损坏,用水泥砂浆抹平的面层也会开裂。因此,单件钢丝网框架聚苯板表层不能承受太大载荷,当表层载荷较大时,由于聚苯板的柔性,表层在地震力作用下的上、下、左、右方向的运动状态与底壁的运动状态不一致,因此,在聚苯板中钢丝切割聚苯板会破坏保温层。在高层建筑中,当结构墙误差达到2cm时,瓷砖贴在单钢丝网框架聚苯板上后的重量荷载将达到90kg/m2,在重力作用下,斜插入的钢丝容易穿透聚苯板,形成切割聚苯板的断裂作用,结果表明,单层钢丝网架聚苯板表面粘贴瓷砖存在隐患。在大地震作用下,保温层首先被破坏,表面瓷砖容易脱落。为安全起见,对于8度设防面积在20m以上的高层建筑,采用单片钢丝网框聚苯板作为外保温材料时,建议不采用瓷砖作为面层材料。

在浇注无网格聚苯板和混凝土过程中,聚苯板的固定取决于聚苯板上燕尾槽与混凝土的接合,因此固定后表面层不能承受太大的载荷。在无网聚苯板表层加20kg/m2荷载进行抗震试验时,表层材料未出现破坏现象,因此,无网聚苯板表层加20kg/m2以下的荷载,建议采用各种涂料进行饰面处理。

5实际应用

采用ZL橡胶粉聚苯颗粒保温材料瓷砖装饰层方法,在山东省临沂市桃园大厦外墙保温工程中进行了高层应用,初步论证了该技术的安全可行性。在此基础上,将该技术应用于珠江绿洲500米高层建筑中,进一步提高了该技术的成熟度。目前,该技术已应用于40多座高层建筑和100多座多层建筑。ZL型橡胶粉聚苯颗粒饰面砖保温体系的耐候性评价有待长期跟踪。

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