2.2　抗风荷载性能

2.2.1　抗风荷载性能表征意义

外保温系统是依附于建筑主体结构之上的构造。系统的荷载是自重荷载（永久荷载）、风荷载及地震作用形成的组合荷载。系统所受荷载基本组合的效应设计值按式（2-1）计算^［5］。

　　（2-1）

式中　S——荷载效应组合设计值，kN/m²；

S_gk——永久荷载效应标准值，kN/m²；

S_wk——风荷载效应标准值，kN/m²；

S_ek——地震作用效应标准值，kN/m²；

γ_g——永久荷载分项系数，无量纲；

γ_w——风荷载分项系数，无量纲；

γ_e——地震作用分项系数，无量纲；

ψ_w——风荷载组合值系数，无量纲；

ψ_e——地震作用组合值系数，无量纲。

在永久荷载、风荷载和偶发地震作用三项荷载中最大的荷载是风荷载。郭现龙等^［6］对北京城区100m高的一种装配式外墙外保温系统计算表明，系统所受的永久荷载效应标准值为240N/m²，地震作用效应标准值为192N/m²，风荷载效应标准值为1597N/m²，组合荷载26102N/m²。

垂直作用于建筑物表面的自然风，形成对建筑物表面压力作用，称为正风压；侧风面和背风面产生吸力，是负风压。负风压形成一种垂直于建筑物表面向室外方向的力，即形成一个向外的拉力。

外保温系统背靠建筑主体结构，正风压的作用有主体墙作为支撑；且保温系统材料的及其组合的抗压强度要高于抗拉强度，正风压作用对保温系统形成破坏威胁较小。负风压是在建筑物表面形成向室外开放环境的作用力，系统材料的及其组合的抗拉强度较低，负风压是保温系统破坏的最大威胁。因此，外保温系统仅对负风压风荷载进行试验^［7］。抗风荷载性能（抗风压性能）的表征意义是，保温系统抵抗风荷载作用的能力，用kPa度量。

建筑物风荷载大小受建筑物所在地的基本风压、建筑物高度及局部体型等因素影响。依据GB 50009《建筑结构荷载规范》，外墙外保温系统属于围护结构，则风荷载S_wk应按式（2-2）计算^［5］。

　　（2-2）

　　w₀为基本风压，是风荷载的基本代表值。w₀值的确定是根据气象台站历年来的最大风速记录，取值为建筑物所在地50年重现期的风压，但不得小于0.3kN/m²。对于超高建筑、高耸结构以及对风荷载比较敏感的其它结构，基本风压的取值应适当提高。以北京、上海地区为例，取50年基本风压值分别为0.45kN/m²、0.55kN/m²。

β_gz为高度z处的阵风系数。自然风可以认为由长周期的平均风和短周期的脉动风组成，其取值与建筑物高度和地面粗糙程度有关。参照GB 5009《建筑结构荷载规范》，以北京、上海地区为例，地面粗糙度为C类（有密集建筑群的城市市区），高度取100m（约30层），则β_gz取1.69。

μ_sl为风荷载局部体型系数。气流遇到建筑物时，在建筑物表面上产生压力或吸力，其大小除了主要与近地风本身有关，还与建筑的高度、形貌和地表状况有关。因此引入体型系数概念，其物理意义为反映不同形状和尺寸的建筑物表面上风荷载分布的系数，为建筑物表面某点的实际风压力或风吸力与自由气流形成风压的比值。外墙外保温系统系统属围护构件、外表面、负风压、墙面，依据GB 5009《建筑结构荷载规范》则μ_sl取1.4。

μ_z为风压高度变化系数，反映风压随不同场地、地貌和高度变化规律的系数。通常认为在离地面高度低于300m时风速受地面粗糙度的影响较大。地面粗糙度等级低的地区，其梯度风高度比等级高的地区低。建筑物所承受风压大小随建筑物的最高高度的增加而加大。为了反映这个事实，计算风载荷时，包含有这个反映高度效应的系数。参照GB 5009《建筑结构荷载规范》中8.2.1的规定，以北京为例，地面粗糙度为C类（有密集建筑群的城市市区），高度取100m，则μ_z取1.5。

按照式（2-2）和上述取值，北京地区建筑物所受的风荷载S_wk值为1.597kN/m²，上海地区的风荷载S_wk值为1.95kN/m²。

基于建筑物所受的风荷载存在差别原因，在建筑保温系统标准或工程规范中抗风荷载性能并不设定一个规定值，通常表述为“系统抗风压值不小于风荷载设计值”，或者“符合设计要求”。

2.2.2　抗风荷载性能试验方法

以JGJ 144《外墙外保温工程技术规程》采用的试验方法说明^［7］。

试验设备是一个负压箱。负压箱应有足够的深度，以保证在外保温系统可能的变形范围内能使施加在系统上的压力保持恒定。

试样安装在负压箱开口中并沿基层墙体周边进行固定和密封，以排除漏风形成压力不稳和测试不准的因素。试样应由安装在基层墙体上的被测外保温系统组成，试样尺寸应不小于2.0m×2.5m。基层墙体可为混凝土墙或砖墙。为了模拟空气渗漏，在基层墙体上每平方米应预留一个直径15mm的孔洞，并应位于保温板接缝处。

抗风荷载试验加压步骤及压力脉冲图形如图2-2和图2-3所示。每级试验包含1415个负风压脉冲，加压图形以试验风荷载Q的百分数表示。试验以1kPa的级差由低向高逐级进行，直至试样破坏。满足如下条件之一的情形即可判定为试样破坏：①保温板断裂；②保温板中或保温板与其防护层之间出现分层；③防护层本身脱开；④保温板被从机械固定件上拉出；⑤机械固定件从基层墙体上拔出；⑥保温板从支撑结构上脱离。图2-4显示了抗风荷载试验中保温系统破坏的情形。

系统抗风压值R_d按式（2-3）进行计算：

（2-3）

式中　R_d——系统抗风压值，kPa；

Q₁ —— 试样破坏前一级的试验风荷载值，kPa；

K——安全系数，根据规程的要求选取，无量纲；

C_a —— 几何因数，无量纲；

C_s ——系统修正系数，根据规程的要求选取，无量纲。

2.2.3　抗风荷载性能与系统材料的关系

抗风荷载性能试验考察的是保温系统的安全性。耐候性试验中仅对系统进行局部拉拔，更多地考察纵向构造的受力状况。抗风荷载试验更加注重考察整个系统。因此，其试样应当包括系统构造的所有材料和构造典型节点（如板缝拼接）。

抗风荷载试验持续加压时，系统总会破坏。只要破坏时的系统抗风压值大于风荷载设计值，该系统即为合格，而不论破坏发生在哪个部位。系统的破坏总是发生在强度最薄弱的部位，因此考察破坏的部位对于分析系统构造及其材料配置的合理性具有很好的指导价值。尤其对于抗风荷载不能满足风荷载设计值的，更要仔细观察破坏的部位，分析其原因，针对性地改进系统材料及其连接。

以上文中图2-1为例，分析抗风荷载性能与系统材料的关系。

图2-1（a）中可见保温系统从外墙表面整体脱落，包括粘结层。原因之一是胶粘剂的粘结力不足。当胶粘剂的粘结力无问题时，基层墙体处理不到位是主要原因。如果基层墙体表面存在大量浮灰、残留的油质脱模剂等未被清理，它们将充当“隔离剂”的作用。从掉落的胶粘剂的表面是否挂灰或者脱模剂就可以加以判断。另外加气混凝土的表面粘结力较差，可采用专门设计的砂浆进行抹灰处理后，再粘贴保温材料。

图2-1（b）中可见胶粘剂留下的灰饼，判断为胶粘剂与保温材料之间的脱离。同理，可能的原因：①胶粘剂本身的强度不足。②胶粘剂与保温材料的相容性的问题。如果胶粘剂上没有残留保温材料的任何痕迹，基本可以判断为这种情形。例如，挤塑板不施加界面剂则可以发生这种情况。③保温材料的问题，这时表现为胶粘剂表面上粘结有大量的保温材料。

图2-1（c）中可见锚栓和保温层保存完整，防护层脱落。可按照图2-1（b）进行分析，只是此时是抹面胶浆、保温材料以及二者界面的问题。

图2-1（d）中可见外墙砖连带瓷砖粘结剂的饰面层脱落。可从瓷砖粘结剂、抹面砂浆以及二者的界面进行分析。当抹面胶浆施工在吸水率低、保水性差的保温材料上时，薄层的抹面胶浆（即使是钢丝网增强，抹灰层厚度也仅在1cm左右）很容易失水而使抹面胶浆中的水泥水化不充分，在胶浆表面形成强度较低的灰层，造成瓷砖粘结剂与抹灰层的结合不足，引起墙砖脱落。许多粘贴墙砖脱落实例与此相关，应给予充分注意。现有瓷砖的玻化程度越来越高，表现出很低的吸水率。瓷砖光滑的表面很难被瓷砖粘结剂浸润，粘结剂不能有效地胶粘在瓷砖上，脱落的瓷砖上很少有甚至没有粘结剂。这是瓷砖脱落的另一个常见原因。

由此可见，各类脱落不仅与系统材料相关，也与施工因素和材料间相容性密切相关。当测试系统组成单一材料均满足要求时，应重点分析施工因素、材料间相容性的作用。