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第 43 卷 第 8 期 2013 年 4 月下 建筑结构 Building Structure Vol． 43 No． 8 Apr． 2013 CL 建筑结构体系在保障性住房 建设中的应用研究 * 郝贠洪 1， 穆利和2， 王玉清1， 赵科星3 1 内蒙古工业大学土木工程学院，呼和浩特 010051;2 乌兰察布城市规划建筑设计院， 集宁 012000;3 乌兰察布晶达建筑体系有限公司，集宁 012000 ［摘要］CL 建筑结构体系是一种集承重、 抗震、 建筑节能、 隔音和防火为一体的新型复合剪力墙结构体系。通过 分析研究 CL 建筑结构体系设计中的抗震等级划分、 结构平面布置、 计算方法、 适用高度和墙板厚度、 施工方法和要 点， 结果表明其具有自重轻、 抗震性能强、 综合造价低和保温节能等优点。辅以 6 层和 12 层两个案例分析， 说明 CL 建筑结构体系在保障性住房建设中应用的优势。 ［关键词］CL 建筑结构体系;保障性住房;设计;施工;保温节能;抗震性能 中图分类号 TU318文献标识码 A 文章编号 1002- 848X 2013 08- 0040- 04 Application study on CL building structure system in the construction of affordable housing Hao Yunhong1，Mu Lihe2，Wang Yuqing1，Zhao Kexing3 1 School of Civil Engineering，Inner Mongolia University of Technology，Hohhot 010051，China; 2 Wulanchabu City Planning ＆ Architectural Design Institute，Jining 012000，China; 3 Wulanchabu Jingda Building System Co． ，Ltd． ，Jining 012000，China Abstract CL Composite Light-weightbuilding structure system is a new composite shear wall structure，which has ability of load-bearing，earthquake-resistance，building energy conservation，sound insulation and fire protection． The analysis on seismic classification，structure layout，calculation s，applicable height and wall thickness design，and construction s and points for CL building structure system，was carried out． The results show that CL building structure system has light weight，excellent seismic behavior，low comprehensive cost and energy-saving insulation． Through the analysis of two cases，the advantages of CL building structure system applications in the construction of affordable housing are explained． Keywords CL building structure system;affordable housing;design;construction;energy-saving insulation;seismic perance * 内蒙古自治区自然科学基金资助项目 2009MS0706 ，内蒙古工 业大学重点基金资助项目 ZD201101 。 作者简介 郝贠洪， 博士， 副教授， Email 13947133205 163． com。 0引言 目前住宅广泛应用砖混结构、 框架结构和剪力 墙结构体系， 要求其具有良好的承载能力、 抗震性 能、 保温和防火性能。CL Composite Light-weight 建筑结构体系是一种具有永久性复合保温方式、 焊 接钢筋网架抗震构件的新型复合剪力墙结构体系。 其具有自重轻， 整体性好， 抗震性能强， 保温层与结 构同体同寿命， 防火性能好， 增加使用面积和高性价 比等优点。该建筑结构体系可以在工业厂房和民用 建筑中应用， 既可用于高层建筑， 也可用于多层建 筑， 可彻底取代砖混结构。 1CL 建筑结构体系 CL 建筑结构体系适用于不同抗震等级的新建 建筑。其核心构件 CL 复合剪力墙体是由钢筋 焊接网架保温夹芯板 CL 网架板 两侧浇筑混凝土 后形成的一种兼承重、 保温和隔音于一体的墙体， 其 模型如图 1 所示。 图 1 CL 建筑结构体系模型图 2CL 建筑结构体系设计方法和要点 2. 1 抗震等级划分 CL 建筑结构体系属于剪力墙结构， 抗震设防类 别为丙类建筑的抗震等级如表 1 所示 ［1］， 其他抗震 设防类别建筑的抗震等级按建筑抗震设计规范 第 43 卷 第 8 期郝贠洪， 等． CL 建筑结构体系在保障性住房建设中的应用研究 CL 建筑结构体系抗震等级 表 1 设防烈度6789 房屋高度 H /m ≤8080 ～ 100 ≤2424 ～ 80 80 ～ 100≤2424 ～ 80≤24 剪力墙四三四三二三二二 部分框支剪力墙结构 剪力墙部分 一般部位四三四三二三二 加强部位三二三二一二一 CL 复合剪力墙墙身构造 表 2 CL 墙体型号Ⅰ型 Ⅱ型Ⅲ型Ⅳ型Ⅴ型 适用范围非承重部位建筑物高度不大于 36m建筑物高度大于 36m 墙体竖向剖面图 规 格 尺 寸 混凝土 a/mm 室外侧 50 现浇 或 40 喷射或预制 保温层 b/mm 根据节能标准计算确定 混凝土 c/mm ≥40 100≤c ＜ 120140≤c≤160＞ 160 钢筋焊接网①cp3 50 钢筋焊接网③cp3 50cp4 50 或 6 1005 /6 /8 100 /150 /200 腹丝②cp3， 100 个 /m2或 cp4， 50 个 /m2 水平拉筋④无由设计确定 CL 网架板 ①③在工厂焊接成网架， ④⑤⑥在现场绑扎并满足国家相关规范规定 GB 500112010 相关规定执行。 2. 2 结构平面布置 CL 建筑结构体系中在承重、 保温和隔声的部位 如外墙、 楼 电 梯间墙及分户墙等采用 CL 墙体， 其 构造如表 2 所示。其他不需要保温的内承重墙可根 据建筑物高度及功能选用普通剪力墙 长墙和短肢 墙 ， 小墙肢可以选用 T 形、 L 形或十字形 ［1］。楼梯 和楼板等构件均为普通混凝土现浇构件， 利用常规 方法进行计算及设计即可。 2. 3 计算方法及受力分析 CL 建筑结构体系进行承载力验算时， CL 墙体 计算厚度取值可根据不同条件分别采用以下 2 种方 法。方法 1 只取较厚侧混凝土截面厚度， 但应考虑 较薄侧混凝土的刚度增大和自重荷载; 方法 2 取混 凝土截面厚度之和， 按等厚实体剪力墙进行计算， 考 虑两侧混凝土协同工作。当满足一定条件下， 如房 屋总高度≤36m， 且地上的层数≤12 层、 设置构造墙 中柱、 边缘构件与墙体同厚、 保温层的厚度≤80mm 时， 可采用方法 2， 否则采用方法 1。一般外墙应采 用方法 1， 楼 电 梯间墙及分户墙可采用方法 2。 CL 建筑结构体系属于剪力墙结构体系， 故仍采 用建筑结构空间有限元分析软件进行受力分析计 算， 设计过程同普通剪力墙结构体系， 区别在于建模 时 CL 墙体厚度根据方法 1 和方法 2 的不同而取计 算厚度， 而普通剪力墙按实际厚度取值即可。当墙 体计算配筋为构造配筋时， 按表 2 所示配置; 当计算 配筋大于构造配筋时， 应按计算配筋来调整 CL 墙 板中的焊网规格。 2. 4 适用高度及其墙体截面厚度设计 在设防烈度为 6 度和 7 度的地区房屋高度不应 大于 100m， 在设防烈度为 8 度 0. 2g 的地区房屋 高度不应大于 80m， 在 8 度 0. 3g 的地区房屋高度 不应大于 70m， 在 8 度 0. 3g Ⅳ场地和 9 度地区房 屋高度不应大于 24m。高度限值范围内时， CL 墙体 截面厚度按复合保温钢筋焊接网架混凝土剪力墙 CL 建筑体系 技术规程 DBJ 03- 242011 ［1］中 4. 1. 3 条规定执行。 3CL 建筑结构体系施工方法和要点 CL 建筑结构体系施工与普通剪力墙结构施工 基本相同， 将 CL 网架板安装就位， 并与边缘构件钢 筋及时有效地连接， 然后两侧支设模板， 进行自密实 混凝土的浇筑与养护 ［2］。 3. 1 工艺流程 CL 网架板进场→制作安装垫块 混凝土或塑料 卡件→绑扎边缘构件 暗柱 钢筋→安装就位 CL 网架板→连接 CL 网架板周边钢筋→敷设管线→支 设网架板两侧模板→同时浇筑网架板两侧混凝土→ 拆除模板→养护混凝土。 14 建筑结构2013 年 图 2垫块 卡件 安装与布置 图 3模板支设 3. 2 施工要点 3. 2. 1 垫块的制作和安装 为固定网架板和模板的位置， 需要在 CL 网架 板两侧设置混凝土垫块， 或采用定制专用塑料卡件。 垫块或卡件应设置在钢筋网片网格及斜插筋交叉焊 点处; 垫块均匀呈矩形分布， 中心行距和列距均宜 ≤500mm; 网架板两侧的垫块或卡件的中心宜相互 对正， 误差应控制在 50mm 以内， 如图 2 所示。 3. 2. 2 模板的安装 CL 建筑结构体系的墙体模板支设同普通剪力 墙， 由于该体系与普通剪力墙结构体系最大的区别 就是浇筑要采用高性能自密实细石混凝土材料， 故 要求模板的接缝和边角部位都不能留有孔洞和缝 隙， 以防止发生漏浆现象， 如图 3 所示。 3. 2. 3 自密实细石混凝土的浇筑 1 混凝土工作性能。CL 复合剪力墙体中因 混凝土截面小、 钢筋密集， 不能采用普通混凝土进行 浇筑， 也不能用振捣器进行插入式振捣。因此采用 高性能自密实细石混凝土， 其工作性能应达到以下 要求 塌落度范围 260 ～ 280mm; 扩展度范围 600 ～ 750mm; 良好和易性， 无目视泌水和离析现象 ［3］。 2 混凝土浇筑。CL 复合剪力墙中的自密性 细石混凝土的浇筑顺序 a→d 宜按图 4 进行。自 密性细石混凝土适合于泵送， 浇筑应及时观测混凝 土两侧浆面的高差， 并应控制在 450mm 以内。用吊 斗浇筑时， 出料口和模板入口的间距要适当减小， 必 要时需加溜槽或串筒， 避免产生离析现象。 图 4自密性细石混凝土浇筑顺序示意图 3. 2. 4 混凝土的养护 CL 复合剪力墙中两侧的混凝土截面较薄， 尤其 是室外侧， 一般只有 50mm。为了防止产生干缩裂 缝， 在模板拆除后应立即覆盖浇水或涂刷养护剂对 混凝土进行养护， 养护时间一般要比普通混凝土长 24h 以上。 4CL 建筑结构体系性能分析 4. 1 主要原材料用量分析 表 3 为 CL 建筑结构体系与砖混结构体系和剪 力墙结构体系的主要原料统计分析表， 由表可以看 到， CL 建筑结构体系的钢筋和水泥用量要稍少于剪 力墙结构体系， 但多于砖混结构体系; 砌块用量要少 于砖混结构体系和剪力墙结构体系。 3 种结构体系主要原材料统计表 3 结构体系钢筋 / kg/m2 水泥 / kg/m2 砌块 / m3/m2 砖混结构28. 11360. 35 剪力墙结构49. 21700. 27 CL 建筑结构46. 6 1680. 19 4. 2 结构自重分析 表 4 为 CL 建筑结构体系与砖混结构体系和剪 力墙结构体系的均重统计表。从表 4 中可看出 CL 建筑结构体系均重远小于砖混结构体系均重， 约为 砖混结构体系均重的 45 ， 同时小于剪力墙结构体 系均重， 约为其均重的 90 。 3 种结构体系的均重统计 表 4 结构体系均重 / kg/m2均重对比 砖混结构1 800 ～ 2 0002. 2 剪力墙结构850 ～ 9501. 1 CL 建筑结构 800 ～ 9001. 0 4. 3 使用面积分析 CL 建筑结构体系 房间使用面积系数 85 ～ 90 与砖混结构体系 75 ～ 80 和框架结构体 系 80 ～ 85 相比， 可增加 5 ～ 10 的房间使 用面积， 大大提升房屋性价比。 24 第 43 卷 第 8 期郝贠洪， 等． CL 建筑结构体系在保障性住房建设中的应用研究 4. 4 综合造价对比分析 因 CL 建筑结构体系现已在河北和山东等省大 面积推广应用。故以河北地区的统计数据进行分 析， 同一建筑物按不同结构形式以河北省建筑工 程预算综合基价 为依据进行工程预算。表 5 为 2003 年砖混结构体系、 框架结构体系与 CL 建筑结 构体系造价对比分析， 表 6 为 2007 年石家庄地区短 肢剪力墙结构体系与 CL 建筑结构体系造价对比分 析。从表中可以分析得到 CL 建筑结构体系的土建 造价低于框架结构体系约 2 ， 低于短肢剪力墙结 构体系约 1. 5 ， 高于砖混结构体系约 12 。 表 5， 6 均未考虑砖混结构体系、 框架结构体系和剪力墙结 构体系外保温造价， 如考虑保温的一次做法和设计 基准期 50 年内的至少 2. 5 次更换的造价， CL 建筑 结构体系的综合造价要更低于上述 3 种结构体系。 河北地区造价对比 2003 年表 5 结构体系 6 层砖混结构 框架结构CL 建筑结构 土建单方造价 元 /m2640. 75726. 18713. 96 石家庄地区造价对比 2007 年表 6 结构体系 12 层短肢剪力墙结构CL 建筑结构 土建单方造价 / 元 /m2993. 55980. 24 钢筋用量 / kg/m27243. 76 水泥用量 / kg/m2200223 4. 5 节能标准及运行费用分析 CL 建筑结构体系的保温层在外侧 50mm 混凝 土的保护下， 其可实现保温层与建筑结构同体同寿 命。而因我国第一批采用外墙外保温的设计使用年 限为 25 年， 在建筑物设计基准期 50 年内， 后期更换 潜在费用按外墙面积计算仍需大约 200 元 /m2 更 换费用包括拆除、 清运垃圾和保温做法在内 。而 且 CL 建筑结构体系是一种复合保温体系， 其从第 三步节能标准 50 到第四步节能标准 65 ， 一般只 有保温层加厚部分的直接费， 远远低于其他保温做 法所增加的费用。因此， 在同等节能标准条件下， CL 建筑结构体系的保温技术要优于其他外保温系 列做法。 4. 6 提高抗震性能的构造措施 CL 建筑结构体系由钢筋混凝土整体浇筑而成， 构造独特， 复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， 其长细比及数量能满足 将两侧混凝土拉结成一体达到协同工作的目的。且 其自重轻， 受到地震作用力小， 结构整体性好， 结构 受力性能良好， 原理与普通钢筋混凝土剪力墙相似， 抗震性能优于砖混结构体系和框架结构体系。 5案例分析 以下为 2 个保障性住房实例， 分别对比 CL 建 筑结构体系与砖混结构体系和剪力墙结构体系， 分 析 CL 建筑结构体系的优势。 5. 1 CL 建筑结构体系与砖混结构体系的对比分析 图 5 为 6 层保障性住房实例的户型图。表 7 为 图 5 所示 6 层保障性住房应用 CL 建筑结构体系与 砖混结构体系的各项性能对比。由表 7 可知， 采用 CL 建筑结构体系的质量比砖混结构体系减小 55 ～58 。对建筑物节约原材料和抗震性能改善十分 显著。在相同建筑面积前提下， 采用 CL 建筑结构 体系比砖混结构体系的使用面积增加约 14 。 图 56 层保障性住房实例的户型图 CL 建筑结构体系与砖混结构体系对比表 7 结构体系墙厚 /mm 建筑面积 /m2 使用面积 /m2 质量 /kg 砖混结构 外墙 370 不包括保温 层 、 内墙 240、 隔墙 120 68. 653. 17 123 480 ～ 137 200 CL 建筑结构 外墙 300 含保温层 、 内墙 140、 隔墙 120 68. 660. 72 54 880 ～ 61 740 图 612 层保障性住房实例的户型图 下转第 77 页 5. 2 CL 建筑结构体系与剪力墙结构体系的对比分析 图 6 为 12 层保障性住房实例的户型图。表 8 34 第 43 卷 第 8 期李乾南， 等． 圆截面均匀配筋抗滑桩裂缝控制 按式 1 得 wmax 1． 9 0． 511 4 180． 4 2． 1 105 1． 67 47． 5 0． 08 25 /0． 7 0． 019 29 0． 189 8mm ＜ wlim 0． 2mm 例 2 某直径为 1 600mm 的圆截面混凝土抗滑 桩， 混凝土强度等级为 C25， 钢筋 HRB335， 沿圆周边 成对均匀配筋 6425， rs 740mm 图 5 。分析得 出最大弯矩准永久值 Mq 3 453kNm， 试验算其抗 裂度与裂缝开展宽度。 解 As 64 490． 9 31 418mm2 μ As πr 2 31 418 π8002 0． 015 63 n Es Ec 2． 0 105 2． 8 104 7． 143 nμ 7． 143 0． 015 63 0． 111 6 W πr 3 4 ［ 1 2nμ rs r 2］ π8003 4 ［ 1 2 0． 111 6 740 800 2］ 478． 9 106mm3 开裂弯矩 Mcr γftkW 0． 7 120 1 600 1． 6 1． 78 478． 9 10 6 1 057kNm ＜ Mq 3 453kNm 由此表明， 此抗滑桩开裂。 根据 nμ 查表 1， 经插值得 η 0． 062 37， 按式 2 可得 σs nMk ηπr3 7． 143 3 453 106 0． 062 37 π 8003 245． 8MPa 按式 3 得 ψ 1． 1 － 0． 246 4 21． 12 / 800 7. 143 1. 78 0. 062 37 245. 8 0. 873 8 按式 4 得 ρte 31 418 4π 800 － 740 740 0． 056 31 Cs r － rs－ d 800 － 740 － 25 35mm 按式 1 得 wmax 1． 9 0． 873 8 245． 8 2． 0 105 1． 67 35 0． 08 25 0． 056 31 0． 191 7mm ＜ wlim 0． 2mm 参考文献 ［ 1］ GB 500102010 混凝土结构设计规范［S］． 北京 中国 建筑工业出版社，2011． ［ 2］ 滕智明． 裂缝宽度计算［R］． 北京 清华大学土木工程 系，1985． ［ 3 ］钢筋混凝土结构设计规范 修订组． 钢筋混凝土构件 裂缝宽度计算［J］． 建筑结构，1984， 14 3 21- 25． ［ 4］ 李扬，侯建国． 国内外混凝土构件裂缝控制安全度设 置水平的比较［J］． 建筑结构，2011， 41 2 124- 127． ［ 5 ］建筑结构静力计算手册 编写组． 建筑结构静力计算 手册［M］． 北京 中国建筑工业出版社，1978． ［ 6］ 王清湘，李树瑶． 钢筋混凝土构件裂缝宽度计算理论 模式的应用和简化［J］． 工业建筑，1986 2 6- 10． ［ 7］ 胡人礼． 桥梁桩基设计［ M］ ． 北京 人民铁道出版社， 1976． 上接第 43 页 为图 6 所示 12 层保障性住房应用 CL 建筑结构体系 与剪力墙结构体系的各项性能对比分析。由表 8 可 知， 采用 CL 建筑结构体系的质量比剪力墙结构体 系减小 5. 2 ～ 5. 8 。对建筑物节约原材料和抗 震性能改善十分显著。在相同建筑面积下， 采用 CL 建筑结构体系比普通剪力墙结构体系使用面积增加 约 4 。 CL 建筑结构体系与剪力墙结构体系对比表 8 结构体系墙厚 /mm 建筑面积 /m2 使用面积 /m2 质量 /kg 剪力墙结构 外墙 300 不包括保温层 、 内墙 200、 隔墙 120 70. 359. 76 59 755 ～ 66 785 CL 建筑结构 外墙 300 含保温层 、 内墙 140、 隔墙 120 70. 362. 2 56 240 ～ 63 270 6结语 CL 建筑结构体系是一种集承重、 保温、 隔声和 防火于一体的复合剪力墙结构体系， 由于其具有自 重轻， 整体性好， 抗震性能强， 保温层与结构同体同 寿命， 防火性能好， 增加使用面积等优点， 尤其是综 合造价不增加的情况下， 其可以彻底取代砖混结构， 有效落实国家“禁实限黏” 政策。在保障性住房建 设中应用 CL 建筑结构体系， 可更好地保证和提高 保障性住房的工程质量和社会效益。 参考文献 ［1］ DBJ 03- 242011 复合保温钢筋焊接网架混凝土剪力 墙 CL 建筑体系 技术规程［S］． 内蒙古自治区住房和 城乡建设厅， 2011． ［2］ 程伟鸷． CL 结构墙体混凝土现浇施工技术要点分析 ［J］． 建筑节能， 2008， 36 6 42- 44． ［3］ 胡志广， 刘修刚， 孙雪梦． 免振捣自密实混凝土在 CL 结构体系中的应用［J］． 建筑技术， 2003， 34 7 534- 535． 77