风荷载对外墙外保温系统的影响

风荷载对外墙外保温系统的影响（北京振利节能环保科技股份有限公司 王川）【摘 要】 本文介绍了建筑物的负风压易发生区，从风荷载原理和保温构造着手，通过负风压计算，分析了保温板材脱落的主要原因，发现了保温板材脱落的必要条件为负风压易发生区和连通空腔，提出了满粘无空腔和闭合小空腔的构造做法，避免风荷载导致的保温层脱落。【关键词】 连通空腔 负风压易发生区 满粘构造风对外保温系统的破坏通常发生在负压易发生区，而负风压易发生区通常在与风向平行的建筑两侧和背风一侧，其中以建筑两侧的负压最大，最容易造成负风压破坏。负风压破坏的理论计算中，每平米粘结面积大于10.8%，粘结强度大于0.10MPa的闭合空腔的粘结方式，可以保证保温板不会受到负风压破坏，但是连通空腔的存在，使得大面积空腔产生的负压破坏力，先破坏粘结力低或粘结面积小的最不利粘结点，最不利粘结点的破坏则进一步导致粘结面积的减小，进一步产生负风压破坏，使得粘结点不断的被逐个击破，粘结力不断消失，造成保温板被大风吹落的现象。1 风压破坏的必要条件1.1 负压易发生区建筑物的风荷载是指空气流动形成的风遇到建筑物时，在建筑物表面产生的由基层向外保温系统或由外保温系统向基层的作用力。风荷载与风的性质（风速、风向），与建筑物所在地的地貌及周围环境，与建筑物本身的高度、形状等有关。风荷载作用于建筑物的压力分布是不均匀的，风荷载对建筑的侧风面和背风面产生吸力，为负风压区；对建筑物迎风面产生推力，为正风压区。带空腔的外保温系统，在负风压区，空腔内空气压强大于外界空气压强，从而对外保温系统产生由空腔向外保温系统的作用力即负风压力（见图1）；在正风压区，空腔内空气压强小于外界空气压强，从而对外保温系统产生由外保温系统向空腔的作用力即正风压力（见图2），这种作用力对板材产生长期的疲劳荷载，加速了板材的疲劳破坏。 图1 负风压示意图 图2 正风压示意图无空腔的外保温系统，正负风压力一般只对基层墙体有作用效果，对外保温系统有一定的疲劳破坏作用，但很难影响板材的安全性，因此在外墙外保温系统抗风压设计时只需考虑有空腔的系统即可。负风压力对外保温系统有由空腔向外保温系统的作用力，当负风压力大于粘结砂浆与基层、粘结砂浆与保温板的粘结力时，外保温系统会出现脱落。负风压力在瞬间或者一次大风期间（即短时间内）将外保温系统破坏，通常见到的外保温系统被风吹掉的工程案例都是负风压力作用的结果。图3 风流经建筑平面时的风压分布如图3所示，建筑物的负压易发生部位通常在与风向平行的建筑两侧和背风一侧，其中以建筑两侧的负压最大，最容易造成负压破坏。一般地说，风荷载作用随着建筑物的高度增加而增加，所以在高层建筑结构中，要特别重视风荷载对外保温系统的影响。图4 风玫瑰图示例如图4所示，通过风玫瑰图，可以确定某地区常年主风向，推理出负压易发生区。1.2 连通空腔在负压易发生区位置，如果采用有连通空腔的保温层做法，负压产生的作用力会集中在负压最大的位置，导致负压易发生部位的破坏。按照标准和规范做的外保温工程，其抗风压安全性是可以保证的。但由于粘结面积不够，粘结方式不合理，系统加锚栓时出现问题等等因素，还是有可能导致外保温系统被风吹掉。当粘结面积为10.8%时，阴阳角处单位面积上的负风压力（10.8kN/m2）刚好与外保温系统的粘结强度（10.8kN/m2）相等，此时外保温系统就会被风吹掉。但是实际工程上，10.8%的粘结面积根本不能解决大风吹落保温板的问题。其主要原因在于连通空腔构造。如果实际工程存在连通空腔，如图5所示，设点粘保温板外系统中单位面积负风压力F，各粘结点均匀受力。连通空腔产生的负风压便会以整体施力的形式，先破坏粘结力低或粘结面积小的最不利粘结点，最不利粘结点的破坏则进一步导致粘结面积的减小，加剧负风压产生的破坏，使得粘结点不断的被逐个击破，粘结力不断消失，最终直至大面积脱落。F/3F/3F/3基层墙体F/2F/2基层墙体F基层墙体保温板粘结砂浆图5 连通空腔负风压破坏原理图2 合理的构造通过风压对外保温系统影响的分析，发现产生风压破坏的位置有两个必要条件：一个是负风压易发生区，另外一个是连通空腔构造。因此，针对外保温抗风荷载，本文推荐以下三种构造，提高系统安全性。（1）满粘构造该构造无空腔，无负风压风险，可避免保温层脱落风险。如图6所示，胶粉聚苯颗粒贴砌聚苯板外保温系统和无网现浇EPS板外保温系统板材与基层墙体间无空腔，均为满粘构造。图6 满粘无空腔构造（2）闭合小空腔构造该构造缩小了负风压产生的单位面积，单位面积粘结力高于负风压产生的破坏力，亦可以避免负风压导致的保温层脱落。如图7所示，闭合小空腔做法中，保温板选用600mm450mm的小型板材，排气孔设置于保温板中间，保温板四周满打灰不留排气孔，形成闭合空腔。图7 闭合小空腔构造（3）条粘构造。如图8所示，该构造在施工时