墙体应满足的几点要求

    一、结构要求

结构要求

    结构要求主要表现在强度和稳定性两个方面。

    1.强度：砖墙的强度多采用验算的方法进行。砖墙的强度实质上是砖砌体的抗压强度，它取决于砖和砂浆的材料强度等级。《砌体结构设计规范》(GBJ 3—88)中规定，砖的材料强度等级有MU30(300kg/cm²)、MU25(250kg/cm²)、MU20(200kg/cm²)、MU15(150kg/cm²)、MU10(100kg/cm²)和MU7.5(75kg/cm²)。砌筑砂浆的强度等级有M15(150kg/cm²)、M10(100kg/cm²)、M7.5(75kg/cm²)、M5(50kg/cm²)、M2.5(25kg/cm²)、M1(10kg/cm²)和M0.4(4kg/cm²)，砖砌体的抗压强度设计值详见表3-1。

砖砌体的抗压强度设计值                       表3-1

 

砖的强度等级	砂  浆  的  强  度  等  级								砂浆强度
	M15	M10	M7.5	M5	M2.5	M1	M0.4	0
MU30 MU25 MU20 MU15 MU10 MU7.5	4. 16 3. 80 3.40 2.94 2.40 —	3. 45 3. 15 2.82 2.44 1.99 1.73	3. 10 2.83 2.53 2.19 1.79 1.55	2.74 2.50 2.24 1.94 　 1.58 1.37	2. 39 2.18   1.95 1.69 1.38 1.19	2. 17   1.98   1.77 1.54 1.26 1.09	1. 58   1.45   1.29 1.12 0.91 0.73	1.22   1.11   1.00 0.86 0.70 0.61

    受压构件的承载力可按下式计算：  

N≤φ·f·A

    式中  N——荷载设计值产生的轴向力；

          φ——高厚比β和轴向力的偏心距e对受压构件承载力的影响系数；

          f——砌体抗压强度设计值；

          A——截面面积，对各类砌体均按毛截面计算。

    通过上式可以看出，提高受压构件的承载力的方法有两种：

    (1)加大截面面积或加大墙厚。这种方法虽可取，但不一定经常采用。工程实践表明，240mm厚的砖墙是可以保证20m高(相当于住宅六层)的承载要求的。

    (2)提高砌体抗压强度的设计值。这种方法主要采用同一墙体厚度，在不同部位通过改变砖和砂浆强度等级来达到承载要求。

    2.稳定性：砖墙的稳定性一般采取验算高厚比的方法进行。其公式为：

http://s13/middle/48d4e72dxa70b0232a9fc&690

    式中  H₀——墙、柱的计算高度；

          h——墙厚或矩形柱与H₀相对应的边长；

          μ₁——非承重墙允许高厚比的修正系数；

          μ₂——有门窗洞口墙允许高厚比的修正系数；

         ［β］——墙、柱的允许高厚比，其数值详见表3-2。

墙、柱的允许高厚比［β］值                      表3-2 

 

砂 浆 强 度 等 级	墙	柱
M0.4 M1 M2.5 M5 ≥M7。5	16 20 22 24 26	12 14 15 16 17

    从上式中，可以看出，砂浆强度等级愈高，则允许高厚比值愈大。提高砖墙稳定性可以降低墙、柱高度或加大墙厚、加大柱子断面。

    二、保温要求

保温要求

    墙体的保温因素，主要表现在墙体阻止热量传出的能力和防止在墙体表面和内部产生凝结水的能力两大方面。在建筑物理学上属于建筑热工设计部分。一般应以《民用建筑热工设计规范》(GB50176—93)为准，这里介绍一些基本知识。

    1.建筑热工设计分区及要求

    目前，全国划分为五个建筑热工设计分区。

    (1)严寒地区：累年最冷月平均温度低于或等于-10℃的地区，如黑龙江和内蒙古的大部分地区。这个地区应加强建筑物的防寒措施，不考虑夏季防热。

    (2)寒冷地区：累年最冷月平均温度高于-10℃、小于或等于0℃的地区，如东北地区的吉林 、辽宁，华北地区的山西、河北、北京、天津及内蒙古的部分地区。这个地区应以满足冬季保温设计要求为主，适当兼顾夏季防热。

    (3)夏热冬冷地区：最冷月平均温度为0～10℃，最热月平均温度为25～30℃。如陕西、安徽、江苏南部、广西、广东、福建北部地区。这个地区必须满足夏季防热要求，适当兼顾冬季保温。

    (4)夏热冬暖地区：最冷月平均温度高于10℃，最热月平均温度为25～29℃。如广东、广西、福建南部地区和海南省。这个地区必须充分满足夏季防热要求，一般不考虑冬季保温。

    (5)温和地区：最冷月平均温度为0～13℃，最热月平均温度为18～23℃。如云南全省和四川、贵州的部分地区。这个地区的部分地区应考虑冬季保温，一般不考虑夏季防热。

    2.冬季保温设计要求

    (1)建筑物宜设在避风、向阳地段，尽量争取主要房间有较多日照。

    (2)建筑物的外表面积与其包围的体积之比(体型系数)应尽可能地小。平、立面不宜出现过多的凹凸面。

    (3)室温要求相近的房间宜集中布置。

    (4)严寒地区居住建筑不应设冷外廊和开敞式楼梯间；公共建筑主入口处应设置转门、热风幕等避风设施。寒冷地区居住建筑和公共建筑宜设置门斗。

    (5)严寒和寒冷地区北向窗户的面积应予控制，其它朝向的窗户面积不宜过大。应尽量减少窗户缝隙长度，并加强窗户的密闭性。

    (6)严寒和寒冷地区的外墙和屋顶应进行保温验算，保证不低于所在地区要求的总热阻值。

    (7)热桥部分(主要传热渠道)通过保温验算，并作适当的保温处理。

    3.夏季防热设计要求

    (1)建筑物的夏季防热应采取环境绿化、自然通风、建筑遮阳和围护结构隔热等综合性措施。

    (2)建筑物的总体布置，单体的平、剖面设计和门窗的设置，应有利于自然通风，并尽量避免主要使用房间受东、西日晒。

    (3)南向房间可利用上层阳台、凹廊、外廊等达到遮阳目的。东、西向房间可适当采用固定式或活动式遮阳设施。

    (4)屋顶、东、西外墙的内表面温度应通过验算，保证满足隔热设计标准要求。

    (5)为防止潮霉季节地面泛潮，底层地面宜采用架空做法。地面面层宜选用微孔吸声材料。

    4.传热系数与热阻

    众所周知，热量通常由围护结构的高温一侧向低温一侧传递。散热量的多少与围护结构的传热面积、传热时间、内表面与外表面的温度差有关。一般可按下式求出散热量。

Q＝K(τ_n-τ_w)·F·Z

    式中  Q——围护结构传出热量(kW)；

          K——围护结构的传热系数(kW/m²·K)；

          τ_n——围护结构内表面温度(^。C)；

          τw——围护结构外表面温度(^。C)；

          F——围护结构的面积(m²)；

          Z——传热的时间(h)。

    (1)传热系数

    传热系数K，表示围护结构的不同厚度、不同材料的传热性能。总传热系数K₀由吸热、传热和放热三个系数组成，其数值为三个系数之和。这三个系数中的吸热系数和放热系数为常数、传热系数与材料的导热系数λ成正比，与材料的厚度δ成反比，即 K=λ/δ。其中λ值与材料的密度和孔隙率有关。密度大的材料，导热系数也大，如砖砌体的导热系数为0.81(W/ m·K)钢筋混凝土的导热系数为1.74(W/m·K)。孔隙率大的材料，导热系数则小，如加气混凝土导热系数为0.22(W/m·K)，膨胀珍珠岩的导热系数为0.07(W/m·K)。导热系数在0.23及以下的材料叫保温材料。传热系数愈小，则围护结构的保温能力愈强。

    (2)热阻

    传热阻R，表示围护结构阻止热流传播的能力。总传热阻R₀由吸热阻(内表面换热阻)R_i、传热阻R和放热阻(外表面换热阻)R_e三部分组成。其中R_i和R_e为常数，R与材料的导热系数λ成反比，与围护结构的厚度δ成正比，即 。热阻值愈大，则围护结构的保温能力愈强。

    5.热阻的计算

    (1)单一材料层的热阻

 

    (2)多层围护结构的热阻

R＝R₁+R₂+…+R_n

    (3)围护结构总热阻

R₀＝R_i+R+R_e

    式中  R——材料层的热阻(m²·K/W)；

          δ——材料层的厚度(m)；

          λ——材料的导热系数(W/m·K)；

          R₀——围护结构的总热阻(m²·K/W)；

          R_i——内表面的换热阻(m²·K/W)，墙面、地面、顶棚R_i＝0.11；

          R_e——外表面的换热阻(m²·K/W)，与室外空气直接接触的表面R_e＝0.04。

    【例1】某外墙厚为365mm，内侧抹有20mm厚石灰砂浆，求此墙的实有热阻？

    【解】根据公式R₀＝R_i+R+R_e

    其中R由两部分组成，即R＝R₁+R₂。R_i的常数，其数值为0.11，R_e也是常数，其数值为0.04，石灰砂浆的导热系数λ＝0.81，砖砌体的导热系数λ＝0.81(以上数字均由《民用建筑热工设计规程》(JGJ24—86)附录三中查出)。这样  ， ,将这些数字代入公式。

R₀＝0.11+0.025+0.45+0.04＝0.625m²·K/W

    【例2】某外墙厚为240mm，内侧抹有20mm厚石灰砂浆，求此墙的实有热阻。

    【解】根据公式R₀＝R_i+R+R_e

    将有关数值代入：

                    R₀＝0.11+0.02/0.81+0.24/0.81+0.04

                      ＝0.11+0.025+0.296+0.04

                      ＝0.471m²·K/W

    6.围护结构的最小总热阻值

    围护结构的最小总热阻值由下式确定：

    式中  R_0，min——围护结构最小总热阻值(m²·K/W)；

          t_i——冬季室内计算温度(℃)，一般居住建筑t_i＝18℃，托幼建筑t_i＝20℃；

          t_e——围护结构冬季室外计算温度，如北京冬季室外计算温度按围护结构的热惰性指标D分为四种类型。见表3-3。

    其他城市的t_e值，可由规范附表中查得：

      n——修正系数，外墙、平屋顶n＝1，坡屋顶n＝0.9；

      R_i——围护结构内表面换热阻(m²·K/W)；

    ［Δt］——室内空气与围护结构内表面之间的允许温度差(℃)。居住建筑、幼儿园外墙为6，平屋顶为4，公共建筑为7。

    【例3】求北京地区职工住宅外墙的最小热阻值。  

    【解】先假定按Ⅱ型取值，t_e＝－12℃。

    把有关数值代入公式：

    再假定按Ⅰ型取值，t_e＝－9℃

    把有关数值代入公式：

    7.围护结构厚度的计算

    计算围护结构的厚度，必须确定以下两个基本数据：

    (1)围护结构的最小总热阻值R_0，min。

    (2)围护结构所用材料的导热系数λ值及所求厚度以外的其它热阻值R－R_x。

    求出厚度以外，还要根据下列公式校核假定热惰性是否合理。多层围护结构热惰性D值的计算公式为：

D＝R₁Ｓ₁＋Ｒ₂Ｓ_２＋…＋Ｒ_nＳ_n

    式中  R——材料的热阻(m²·K/W)；

          S——材料的蓄热系数〔(W/(m²·K)〕。

    【例4】北京地区职工住宅，围护结构墙体采用砖墙，内侧抹有20mm厚的石灰砂浆，试求此墙的最小厚度。

    从例3中可知R_0，min的数值。

    按Ⅱ型取值时，R_0，min＝0.55m²·K/W；按Ⅰ型取值时，R_0，min＝0.495m²·K/W。

    从例1中可知R₀－R_x的数值。

    R₀＝R_i+R_t+R_x+R_e，其中除R_x为未知数外，其他均为已知，即R₀＝0.11+0.025+R_x+0.04，将R_x移至等号左边，R₀－R_x＝0.11+0.025+0.04＝0.175m²·K/W。

    令R_0，min＝R₀即可求出所需墙体厚度，(墙体的λ＝0.81)。

    选用Ⅱ型试算：

    R_0，min＝R₀将有关数值代入即0.55＝0.11+0.025+R_x+0.04移项后可得R_x＝0.55-0.11-0.025-0.04＝0.375m²·K/W，再根据  的关系，代入有关数据，求出墙厚，即0.375＝δ/0.81移项后求出δ＝0. 375×0.81＝0.304m。

    再用Ⅰ型试算。

R_0，min＝R₀-0.495-0.11-0.025-0.04＝R_x＝0.32m²·K/W

  代入有关数据后δ_x＝0.32×0.81＝0.259m。

    经过两次试算，我们可以看出，北京地区住宅外墙的厚度必须大于或等于0.259m，也就是说采用240mm墙厚是不够的。

    通过两次试算，得出两个厚度，到底哪一个厚度更合适呢?这要通过校核热惰性来决定。当采用0.304m时，热惰性 

当采用0.259m时，热惰性

(其中砖墙S＝10.53，石灰砂浆S＝11.26均从规范中查出)

     分析：当采用Ⅰ型设计时，墙厚为0.259m，热惰性D＝3.65(表3-6中规定D应大于6)；按Ⅱ型设计时，墙厚为0.304m，热惰性D＝4.23(表3-6中规定D在4.1～6.0之间)。不难看出，选用Ⅱ型设计是合理的。但考虑到墙厚必须符合砖的尺寸，因而北京地区住宅外墙的厚度应采用一砖半厚(365mm)。

    8.窗子面积和层数的决定

    在围护结构上开窗面积不易过大，否则，热损失将会很大。窗子和阳台门的总热阻应符合表3-4的规定。

    严寒地区各向窗子，R₀必须大于或等于0.307m²·K/W，因而必须采用双层木窗或双层钢窗。

    寒冷地区除北向窗外，R₀必须大于或等于0.156m²·K/W(单层钢窗或单层木窗)，北向窗R₀必须大于或等于0.307m²·K/W(双层钢窗或双层木窗)。

    居住建筑各朝向的窗墙面积比，应符合以下规定：北向不大于0.25；东、西向不大于0.30；南向不大于0.35。

    窗子的气密性必须良好，一般在两侧空气压差为10Pa的情况下，窗子的空气渗透量，低层和多层为≤4.0m³/m·h，在高层和中高层为≤2.5m³/m·h。若达不到要求时，应加强气密措施。

    9.围护结构的蒸汽渗透

    围护结构在内表面或外表面产生凝结水现象是由于水蒸汽渗透遇冷后而产生的。

    由于冬季室内空气温度和绝对湿度都比室外高，因此，在围护结构的两侧存在着水蒸汽分压力差。水蒸汽分子由压力高的一侧向压力低的一侧扩散，这种现象叫蒸汽渗透。

    材料遇水后，导热系数增大，保温能力会大大降低。为避免凝结水的产生，一般采取控制室内相对湿度和提高围护结构热阻的办法解决。

    室内相对湿度Φ是空气的水蒸汽分压力与最大水蒸汽分压力的比值。一般以30%～40%为极限，住宅建筑的相对湿度以40%～50%为佳。

    10.围护结构的保温构造

    为了满足墙体的保温要求，在寒冷地区外墙的厚度与做法应由热工计算确定。

    采用单一材料的墙体，其厚度应由计算确定，并按模数统一尺寸。

    为减轻墙体自重，可以采用夹心墙体，带有空气间层的墙体及外贴保温材料的做法。值得注意的是，外贴保温材料，以布置在围护结构靠低温的一侧为好，而将体积质量大，其蓄热系数也大的材料布置在靠高温的一侧为佳。这是因为保温材料体积质量小、孔隙多，其导热系数小，则每小时所能吸收或散出的热量也愈少。而蓄热系数大的材料布置在内侧，就会使外表面材料的热量和少量变化对内表面温度的影响甚微，因而保温能力较强。

    提高围护结构热阻值可采取下列措施：

    (1)采用轻质高效保温材料与砖、混凝土或钢筋混凝土等材料组成的复合结构。

    (2)采用密度为500～800kg/m³的轻混凝土和密度为800～1200kg/m³的轻骨料混凝土作为单一材料墙体。

    (3)采用多孔粘土空心砖或多排孔轻骨料混凝土空心砌块墙体。

    (4)采用封闭空气间层或带有铝箔的空气间层。

    三、防震要求

    四、隔声要求