CL结构体系节能及抗震性能分析

1、CL结构体系节能及抗震性能分析CL（composite light-weight）建筑体系结构属于复合混凝土剪力墙结构体系，适用于各种热工设计分区的不同抗震等级的民用建筑。其核心构件CL墙板（其构造见表1）是由CL网架板（一种钢筋焊接网架保温夹芯板）两侧浇筑混凝土后形成的一种兼承重、保温、隔音于一体的墙体。该墙体主要用于建筑物的外墙、楼（电）梯间墙、分户墙等有保温及隔声要求部位的墙体。墙体中的CL网架板钢筋均为墙体受力钢筋，钢筋的直径、间距及组合规格根据承载要求确定，保温芯板的材质及厚度则根据当地节能标准采用。CL网架板是在生产车间由生产线根据图纸设计要求定制加工，作为墙体受力钢筋、保温层于一

2、体的部品直接提供给施工现场。一、CL结构的特点有：1、节地CL建筑结构体系完全取代粘土砖混合结构，可以大量节约土地和烧砖用煤。每个CL建筑结构体系专业化部品生产基地每年可生产60万CL网架板，可以满足100万节能住宅的需要，即每年可节约烧砖毁田600亩。因CL建筑结构体系比砖混结构增加实际使用面积810%，即在使用面积相同的情况下每个基地每年可节约建筑用地100亩。2、节材CL建筑结构体系采用自密实混凝土建造，每个基地每年可以使用粉煤灰3.2万吨，可节约水泥用量1.5万吨。3、节能CL建筑结构体系至少可以达到65%的节能标准。每个基地每年建设的节能住宅可以节约取暖烧煤10000吨，节约空调制冷

3、用电50万千瓦时，节约烧砖用煤5000吨。 4、节资CL建筑结构体系为永久性保温，其保温层可以与建筑物同寿命，终生无需维护及更换。与设计寿命为20年的外保温相比，按建筑物50年的使用年限计算，每个基地每年可节约建筑物保温维修资金7000万元，减少建筑垃圾6万立方米。5、安全 CL建筑结构体系完全由钢筋混凝土整体浇筑而成，且构造独特，经过试验检验，可以真正做到“大震不倒，中震可修，小震不坏”，是百姓居住最安全的庇护所。而且，CL建筑结构体系耐久性比砌体结构至少多50年，即在使用期内结构不会老化6、舒适CL建筑结构体系是真正的保温建筑，而且建筑物的蓄热能力强大，不仅能够做到“冬暖夏凉”，

4、而且在停止供暖或制冷后温度变化缓慢，舒适度良好。已有的工程实例表明，在停暖三天后，CL建筑结构体系房间内的温度只降低3度。 7、经济由于CL建筑结构体系至少能达到国家规定的65%节能标准，若按分户计量计算，每户每年可节约取暖费用500元，减少空调用电300元，即50年可节约费用至少40000元。CL建筑结构体系墙体比普通砖混结构薄50%左右，即每户可增加实际使用面积810。按实际使用面积计算可以减少购房费用3万元以上。由于CL建筑结构体系保温是终生无需更换和维修的，每户在50年的使用期内可免去保温维修资金至少为10000元。 8、提高楼盘品质 经过多年的发展，目前，房地产开

5、发市场相对已经成熟。小区规划、配套设施、户型、建筑物外观等的差距正在逐渐缩小，致使楼盘的品质差距也逐渐减小。而CL建筑结构体系是建筑物结构形式的更新，可以对楼盘的知名度给予很大的提升支持。如邢台的阳光国际花园小区就主要因为采用了CL建筑结构体系，而获得联合国人居金奖。多个楼盘也因为采用了该技术而获得省部级节能示范小区的荣誉。9、提升企业品牌房产市场竞争日趋激烈，高品质的楼盘作品可以提升建设单位的市场知名度，对企业长远发展起着决定性的作用。10、降低金融风险CL建筑结构体系具有许多显著的特点，所以可以促进销售或提高房屋售价，对建设单位的资金回流和经济效益起到积极作用，很大程度上降低了建设单位的金

6、融风险。二、 节能及抗震性能钢筋焊接网架复合剪力墙（CL结构体系）通过钢筋网架与混凝土结合，中间夹以保温板材，可以满足任意节能标准，且保温层与建筑物同寿命；并可以比同等钢筋及混凝土用量的普通剪力墙提高极限承载能力，增加结构安全度。随着我国建筑行业鼎盛期的到来和能源紧张的日趋严峻，建筑节能正在成为建设行业发展中最重要的技术组成部分。从新建建筑到既有建筑改造，多种保温形式和新型结构体系都在一定领域取得突破，为提高我国建筑品质做出了贡献。经过多年的实践检验，节能措施与建筑物同寿命、节能与抗震相结合正成为新型结构体系领域中最主流的发展方向。在众多的新型结构体系当中，一种以密集型钢筋焊接网架复

7、合混凝土剪力墙为主要构件的新技术CL结构体系，正以其永久性的保温措施、高抗震性能、建筑工厂化、施工便捷等特点受到业内人士更多的关注。该种密集型钢筋焊接网架复合混凝土剪力墙（以下简称“CL复合剪力墙”）兼受力、保温隔热、隔声于一体，主要用于新建建筑的外墙、楼（电）梯间墙、分户墙等部位，其与室内的普通剪力墙以及现浇楼板共同构成建筑的主体结构CL结构体系。以下将从CL复合剪力墙构造特点分析其节能及抗震性能。（一）墙体构造1、墙体构造CL复合剪力墙由边缘构件（暗梁、暗柱）及墙身两部分组成。边缘构件的形式与普通剪力墙相同，主筋及箍筋也均为普通钢筋，现场绑扎制作并安装。CL复合剪力墙的墙身是由CL网架板两

8、侧浇筑混凝土后形成的一种复合墙体（见表1）。而CL网架板是一种内夹保温板的立体空间钢筋焊接网架，其中保温板两侧的钢筋焊网由一定数量均匀分布的三维斜插钢筋连成一体。钢筋焊网的直径及间距根据计算要求确定，且满足相应最小配筋率要求。CL复合剪力墙室外一侧的混凝土较薄，采取现场浇筑为50，采取现场喷抹为40。室内一侧混凝土的较厚，其厚度根据承载要求分别为100120、140160、160。保温板的材质可根据实际情况选用EPS、XPS等，其厚度根据节能要求确定。为了保证钢筋焊网的耐久性，除将钢筋做防锈处理、采用双掺高性能混凝土外，在试验的基础上，对焊网保护层的厚度做了相应的增加。2、墙体连接CL网架板采

9、用根据施工图纸定制方式由工厂化加工完成，其平面尺寸一般高度以层高为单元、宽度以两边缘构件之间尺寸为单元。其连接处一般设置在边缘构件处，连接方式采用焊网钢筋锚入边缘构件区域与另设带肋钢筋搭接绑扎相结合。边缘构件钢筋及墙身焊接网钢筋在按规定连成一体后，与其它部位的竖向构件一起进行混凝土浇筑，形成全现浇形式的钢筋混凝土剪力墙结构。3、材料组合CL复合剪力墙所采用的原材料主要为钢筋、混凝土及EPS、XPS、聚氨酯等保温板材，是目前建筑行业最为普通的建材。这样，就为其更广泛地适用于各种地区的各类建筑奠定了良好的基础条件。虽然其组成的原材料较普通剪力墙并未发生变化，但是通过将上述材料本身使用方式及相互组合

10、的形式有机结合，如采用钢筋焊接网架及混凝土与保温板夹心复合，使其受力性能及保温方式相融合，可以达到提高抗震性能、延长保温层适用寿命的效果，实现了节能与结构的一体化。表1                       CL复合剪力墙构造详表型  号型CL墙板型CL墙板型CL墙板简  图    构造说明混凝土层a（）现浇时5

11、0厚，喷抹时40厚保温板b（）EPS（XPS）板，厚度根据节能标准确定现浇混凝土层c（）100140c160c160钢筋焊接网1双向350 （外保护层为30）斜向焊接腹筋23，200个/3.5，100个/4，50个/钢筋焊接网3双向450双层双向5100双向8150 /200钢筋焊接网4无双向8150 /200绑扎水平拉筋5设计确定CL网架板生产完全工厂化生产钢筋4、5现场安装 （二）节能特点1、节能形式CL复合剪力墙墙身采取复合保温的形式，即保温层夹在两层同时现浇的混凝土层之间（见图2），其室外一侧为4050，室内一侧为至少100。混凝土层将保温层严密地包裹密封起来，起到长期保护的

12、作用。复合剪力墙中的边缘构件外侧根据节能需要可设置保温层（如图2-（a）、(b)）,也可不设保温层（如图2-（c）。当较厚侧混凝土厚度较薄，不能满足边缘构件钢筋构造要求时，可采用图2-（b）的形式。  除以上主受力墙体外，有保温隔热要求部位的填充墙体可采取图2-（d）的形式。该作法既满足结构设计中非受力填充的要求又增加了节能效果，且填充部分自重轻。由于该部分墙体两侧混凝土与主体结构其它混凝土同时浇筑，解决了普通结构中填充材料由于自身干缩模量与混凝土不同而产生干缩裂缝的质量通病。CL复合剪力墙上的悬挑构件及突出的装饰线，可采用与外保温相结合的方式解决上述部位的保温要求。2、节能效果由于

13、采用复合保温的形式，保温层的选材及厚度几乎不受限制，其传热系数可以达到0.4w/.k以下，因此CL复合剪力墙可以满足不同热工地区的节能需要。当然，在确定保温板的厚度时，应考虑斜插钢筋对传热系数的折减效应。该复合墙体中保温层朝向室内的一侧为至少100的混凝土层，其热惰性指标1.6D4.0，既满足建筑物保温所需的热稳定性要求，又满足隔热的措施要求。CL复合剪力墙的使用可以完全满足建筑物抵抗室内温度波动，使室内温度变化达到人体可以接受的舒适度要求。3、节能特点CL复合剪力墙中，保温板由于外侧50厚高配筋混凝土的保护作用，其使用寿命可以与建筑物相同。与目前外保温25年的设计寿命相比，CL复合剪力墙的使

14、用可以大量减少由于外保温维修、更换而产生的建筑垃圾、费用及使用功能的影响；且其外墙重型装饰性、防火性能、抗冲击能力、抗风荷载能力、耐冻融性能、抹面层不透水性都较外保温有了大的提高。（三）抗震性能1、提高抗震性能的构造措施CL复合剪力墙中采用了密集型钢筋焊接网混凝土技术。与普通剪力墙中钢筋临时固定的绑扎措施相比，混凝土与钢筋的共同工作除通过二者之间的机械握裹力实现外，还可通过钢筋焊点进行力的传导。此外，该复合墙体中的钢筋焊网在满足计算及构造配筋量的前提下，采用细而密的配筋方式，加大了钢筋与混凝土的接触面积，不仅提高了协同工作的能力还有效地减少了由于混凝土的干缩而带来的耐久性差、整体性低的问题。复

15、合墙体中的三维立体斜插钢筋，将两侧钢筋焊网连接成空间网架，其长细比及数量完全满足将两侧混凝土拉接成一体达到协同承载的目的。每平米的斜插钢筋横向拉力在100KN200KN之间，使复合墙两侧的混凝土层形成整体的空腹墙，增加了墙体截面惯性矩及其稳定性，提高了墙体的极限承载能力，使钢筋混凝土轻质、高强的性能完全发挥出来。CL复合剪力墙的周边均设置了竖向和水平的边缘构件（暗梁、暗柱），将墙体划分成若干单元进行约束，有效保证了其在极限承载条件下裂缝的延伸，对提高整体结构的抗震性能作用明显。而且，CL复合剪力墙在外墙、楼（电）梯间墙及分户墙的使用可以在整体结构内形成多个相互作用的筒体，与日本相关规范中“壁率

16、”（单位建筑面积内剪力墙的截面积数量的比值）感念相吻合，对抵抗地震力十分有利。通过大量的试算和试验，CL复合剪力墙根据建筑物层数的不同，在墙厚、边缘构件形式等构造措施上，较普通混凝土剪力墙划分更加详细。而且，在计算时根据边缘构件位置采取考虑两侧混凝土共同工作和只考虑较厚侧混凝土作用两种计算方法，更加合理和安全。2、试验结果    1999年5月，西安建筑科技大学完成了CL结构体系七层楼1/2模型受力实验。该项实验是国内一次最大规模的民用建筑模型拟动力实验。（实验过程及各项技术参数可参见中国CL结构体系七层楼1/2模型试验研究报告·西安建筑科技大学结构试验

17、室）。该试验的建筑原型总高18.9米，共七层，层高2.7米；CL复合剪力墙为一侧30混凝土，一侧90混凝土；其中网架配筋两侧均为350双向钢筋焊网；边缘构件按7度设防配筋。试验中，从裂缝出现和发展过程看，CL结构体系受到相当于设防烈度9度的地震作用时，裂缝仍很细微，整个结构基本处在弹性状态；结构受到相当于设防烈度10度的地震作用时，裂缝充分发展，结构进入塑性状态。此时结构的转角仅为1/156，不但保证坏而不倒，而且还能在接下来的拟静力试验时表现出稳定的滞回曲线。因此在试验结论中：“CL结构体系自重小，具有很好的抗震性能。该体系用于不高于8度设防的地震区具有足够的可靠度；试验结果表明，该体系应用

18、于9度设防的地震区也是可行的。”2003年3月，在清华大学结构工程研究所完成了CL墙板与普通剪力墙的极限承载力对比分析实验。（实验过程及各项技术参数可参见CL复合墙板试验研究报告·清华大学结构工程研究所）。试验结论表明：“CL复合墙板在垂直荷载作用下的受力性能与普通的钢筋混凝土剪力墙相似；复合墙板与边框能够协同工作，两侧的混凝土层在斜插筋和钢丝网片的拉结作用下能够很好地协同工作。CL复合墙板的轴心抗压能力、抗弯变形能力和稳定性均优于相等混凝土厚度（厚度为CL复合墙板两侧混凝土厚度之和）的钢筋混凝土实心墙。CL复合墙板的极限轴压承载力平均为相等混凝土厚度的钢筋混凝土实心墙的1.14倍。在保证厚度较薄一侧混凝土质量的条件下，若把CL复合墙板按照等厚的实心墙来计算，其强度、刚度