5 风压荷载下岩棉外保温系统的安全性分析岩棉板在负压状态下形成膨胀空气构造，整体成为一个巨大的气囊，在气囊作用下，形成向外的巨大推力，从而造成岩棉板锚固系统极不稳定。岩棉板在负风压作用下整体膨胀，网格布纵横玻纤丝被撕裂，岩棉板气囊构造造成锚盘脱落，锚钉留在墙体上但岩棉板被气囊形成的背离于墙体的向外力量推下。岩棉板膨胀空气构造极为不稳定，从而岩棉薄抹灰体系做法的工程事故频发。
5.1负风压荷载标准值计算方法
以北京地区某高层民用建筑的墙面高度100m处为例，地面粗糙类型为C类，根据GB50009-2012《建筑结构荷载规范》第8.1.1条，负风压荷载标准值计算公式为：
5.2 负风压力值
通过负风压计算结果可以看出，在高度100m，墙角处的负风压最大， =1.77（kN/m2）。
5.3以锚为主、以粘为辅的岩棉系统
粘锚结合的岩棉系统，其粘结层的粘结力和锚栓的锚固力不是同时发挥作用，所以计算中不考虑胶粘剂的作用，即我们只计算需要多少锚栓能够满足要求。
1 单位面积锚栓个数计算
（1）岩棉板外用锚盘再铺钢丝网，在钢丝网外锚栓锚固
以北京地区某高层民用建筑的墙面高度100m处为例，地面粗糙类型为C类。根据北京市地标《岩棉外墙外保温工程施工技术规程》DB11/T 1081-2014中3.0.5条规定：岩棉板外保温系统与基层墙体采用粘锚结合、以锚为主的联结方式。所以我们只考虑对岩棉板的计算，单位面积上锚栓数量计算公式为：第6.2条规定的E类基层墙体：单个锚栓的抗拉承载力标准值应不小于0.3KN。设计时按单个锚栓的抗拉承载力的标准值为0.3KN计算。注：在实际运用中，以上锚栓的数目应该去掉小数部分保留整数部分并加上1；
注：在实际运用中，以上锚栓的数目应该去掉小数部分保留整数部分并加上1；墙角处为离墙角或屋顶2米的区域内。
（2）岩棉板外直接用锚栓固定，不铺钢丝网
图 6-5-2 岩棉板外直接用锚栓锚固平面图
图6-5-2中岩棉板的尺寸为长1.2m，宽0.6m，将锚栓直接打在岩棉板上。以北京地区某高层民用建筑的墙面高度100m处为例，地面粗糙类型为C类。如果岩棉板外不铺钢丝网，直接用锚栓固定的话，只能靠锚栓的锚固力抵抗负风压力，那么在岩棉板外有效的受压面积就是锚栓的锚固面积。必须保证岩棉板自身强度 不小于锚栓锚固面积上承受的风压荷载，否则岩棉板会被破坏、脱落。所以能推倒出计算公式：根据以上的计算得知，在岩棉板自身强度只有在80KN/㎡以上的时候需要的锚栓数量算是比较少的，但是现在平丝岩棉板的强度无法达到80KN/㎡以上；当岩棉板自身强度在7.5-15KN/㎡的范围内时，无论采用以上哪种施工方式，单位面积上所需要的锚栓都很多，太过密集。高层建筑的围护结构形式一般都是混凝土剪力墙，结构墙体中钢筋较多，单位面积上的密集程度较高，尤其是墙角处更甚，在锚固施工过程中，墙面钻孔极易碰到螺纹钢受到损坏，锚钉的锚固深度和锚固数量无法保证，施工质量隐患巨大。上文6.4.2也提到过使用锚栓固定保温板的一些弊端，锚栓直接锚固在保温板上，用锚栓的部位相对于周围地区可能会凹下去，在负风压力作用时相当于作用力都由锚栓附近局部的保温板受力，负风压力大于保温板强度时保温板就会破坏，最终导致系统局部甚至大面积脱落。锚栓直接锚固在保温板面上，由于打锚栓时用力过大，或者锚栓刚好打在空腔时保温板很可能被破坏，这样加锚栓不仅没有达到加固目的反而对系统有破坏作用。由此得出结论：在风荷载下采用粘锚结合，以锚为主联结方式的岩棉系统有一定的不合理性。5.4以粘为主的岩棉外保温系统
以粘为主的岩棉外保温系统，只能计算粘结力，不计算锚固力。
1 单位面积岩棉带上粘接剂抗风压承受力
北京市地标《岩棉外墙外保温工程施工技术规程》DB11/T 1081-2014中3.0.6条规定：岩棉带外保温系统与基层墙体采用粘锚结合、以粘为主的联结方式。以北京地区某高层民用建筑的墙面高度100m处为例，地面粗糙类型为C类，按岩棉带与基层墙体的粘结面积率40%，点框粘做法，辅助固定的锚栓不计入联结方式安全性计算。那么单位面积岩棉板上粘接剂抗风压承受力的计算公式为：2 单位面积岩棉板抗风压承载力F
按照全空腔负风压计算：
通过上述结果，墙角处外保温系统单位面积岩棉抗风压承载力最低值为5.31KN/㎡，当岩棉自身强度不低于15KN/㎡时，每平米岩棉板上的粘结力可达到6KN，单位面积岩棉带的粘结力 大于单位面积岩棉带抗风压承载力F，也就是说，单从抗风荷载方面考虑，要平衡负风压力，拉拔强度高于15KPa的岩棉可以粘结施工达到风压设计要求。普通岩棉板拉拔强度为7.5KPa——15KPa之间，通过粘结施工不能满足风压设计要求。
6 四面包裹增强竖丝岩棉复合板外墙外保温系统科技成果
岩棉作为保温板材有其不可替代的优势和特性，我们不能因为它的一些缺陷将这种材料完全否定。如何使岩棉材料安全、优异的用于外墙外保温是值得我们去分析和研究的。四面包裹增强竖丝岩棉复合板及其外墙外保温系统可以有效的降低岩棉外墙外保温工程的事故风险。6.1 网格布四面包裹增强竖丝岩棉复合板
网格布四面包裹增强竖丝岩棉复合板改变了岩棉的纤维分布方向从而大大提升了板材的抗拉强度和尺寸稳定性；改变了岩棉板锚固受力的受力方式，从本质上解决了岩棉板的外墙外保温施工缺陷。网格布四面包裹增强竖丝岩棉复合板，是将120kg/m³的岩棉作为保温芯材切割成岩棉带（条），经特殊工艺固定岩棉丝垂直于板体表面，板体沿长度方向的四个表面涂覆无机保温浆料复合耐碱玻纤网防护层，简称增强竖丝岩棉复合板，其结构示意图如图17所示，成品板材如图18所示。增强竖丝岩棉复合板经过网格布抗裂砂浆四面包裹之后，岩棉板的物理性能指标转换为网格布和砂浆复合后的物理性能指标，反映了岩棉板复合砂浆网格布之后的状态，具有如下特点：（1）高强
由于增强竖丝岩棉复合板的芯材丝径垂直于板面呈竖向排列，将岩棉丝垂直于墙面，改变了岩棉的纤维分布方向，从而改变了纤维的受力方向和运动方向，改变了岩棉的物理性能指标。从根本上解决了纤维分层、膨胀变形的问题，同时大大增强了抗拉强度。增强竖丝岩棉复合板的抗拉强度可达到0.15MPa，是普通岩棉板抗拉强度的20倍。使用无机保温浆料复合耐碱网格布包覆后，板面材料的抗拉强度甚至高达0.3MPa，是普通岩棉板15kPa的20倍。（2）防水
有效的包裹岩棉，使岩棉与外界水隔离，同时面层无机保温砂浆是一种优异的防水保温砂浆，通过在砂浆中掺加憎水材料，使无机保温砂浆复合增强网防护层（厚度3～5mm）具有憎水效果。即使芯材憎水性只有30%，其短时间浸泡吸水率和憎水率都有成倍的提高。增强竖丝岩棉板面层保温砂浆的憎水效果如图所示。
（3）粘结力强
四面包裹增强竖丝岩棉复合板通过网格布复合防护砂浆的四面包覆，每一块板材形成一个相对独立的受力单元，由于网格布整体受力，板材受力的整体性会大大提高。如果网格布采用双面复合，两个大面与岩棉板的粘接仅仅是岩棉板的表面粘接，随着岩棉在湿热状态下不稳定问题的产生，同样会产生前述岩棉板的一系列问题。同时由于面层防护砂浆的收缩变形，双面复合板的边角会产生一定的翘曲。双面复合竖丝岩棉，受到悬挑受力的破坏，构造很不稳定，容易产生分层滑坠的现象。网格布四面包裹增强竖丝岩棉板与双面包裹和岩棉板不同，除了受到自身重力和粘接力之外，还增加了网格布向上的拉力和向墙体方向的拉力。增强竖丝岩棉复合板通过玻纤网复合防护砂浆的四面包覆，每一块板材形成一个相对独立的受力单元，由于玻纤网整体受力，板材受力的整体性会大大提高。若采用玻纤网复合防护砂浆四面包覆横丝岩棉，虽然能增强其表面强度和防水性，但板材垂直于墙面方向的抗拉强度得不到提升，应用于外保温工程中时存在着一定的质量隐患。网格布砂浆四面包裹横丝岩棉，受热时还容易形成膨胀气囊。若仅对岩棉板的两个大面采用玻纤网复合防护砂浆进行增强，则根本无法解决板材易分层的问题，受到悬挑力作用时，容易产生分层滑坠的现象。图21为几种岩棉板材上墙后的受力分析图，从图中可以看出，增强竖丝岩棉复合板不同于两面增强的岩棉板或普通岩棉板，其除了受到自身重力和向上的粘接力之外，还受到玻纤网向上的拉力和向墙体方向的拉力的保护，其安全性最高，板材最不易被破坏。图21 几种岩棉板的受力对比分析
增强竖丝岩棉复合板改变了岩棉纤维分布方向，提升了板材的抗拉强度和尺寸稳定性；避免了岩棉纤维易脱落问题，并增强了板材的表面强度；同时，改善了板材的吸水性能，解决了岩棉与抹面层争夺水分的问题。增强竖丝岩棉复合板在板材的四个面增加了保护层，使整个板材的性能得到提高，其抗拉强度高，整体性好，施工方便无污染，与基层墙体可牢固粘贴，使岩棉裸板存在的遇水沉降、分层滑坠、抗拉强度低等问题得到了解决，并解决了岩棉纤维伤害皮肤等问题，起到了良好的劳动保护作用。增强竖丝岩棉复合板与岩棉裸板施工性能对比见表4。6.2 贴砌增强竖丝岩棉复合板外墙外保温做法
贴砌增强竖丝岩棉复合板基本构造如图所示。
图22 贴砌增强竖丝岩棉复合板外墙外保温涂料饰面基本构造图
（a）涂料饰面；（b）面砖饰面
增强竖丝岩棉复合板使用胶粉聚苯颗粒贴砌浆料满粘做法，在系统构造上更为科学合理，可以更为有效解决岩棉的系统问题，其优势如下：（1）系统采用A级保温材料，能满足建筑防火要求；
（2）无空腔的岩棉保温系统，正负风压力一般只对基层墙体有作用效果，对保温系统没有破坏作用。
（3）网格布四面包裹之后，每块板材形成一个独立的受力单元，改变岩棉板锚固受力方式为增强竖丝岩棉复合板粘接受力方式。
6.3 近零能耗构造贴砌做法
6.3.1 提高系统的抗火能力
根据国家标准《近零能耗建筑技术标准》GB/T 51350—2019 的规定，居住建筑和公共建筑的非透光外墙平均传热系数应满足表5的要求。
6.3.2 提高系统抵抗风荷载和地震荷载的能力
近零能耗外墙的保温层厚度比普通外墙保温的保温层厚度增加了一倍有余，因而在垂直方向上的荷载也有一定的增加，同时受力中心点距离外墙基层墙面的距离（保温层的力臂）也增加不少，这对其抵抗风荷载和地震荷载是很不利的。采用近零能耗贴砌构造做法，将保温板一层一层地叠加粘贴起来，改变了整体受力的方式，贴砌做法实现了保温板与基层墙体以及保温板与保温板之间的无空腔满粘贴，不存在空腔，阻断了负风压产生的条件，减小了负风压的影响。同时，保温板叠加粘贴，减小了保温层的力臂，不存在悬挑构造，形成了柔性的软连接构造，可减缓地震力的影响。 图23 贴砌保温板外保温系统双层保温层构造
1—基层墙体；2—界面砂浆；3—胶粉聚苯颗粒浆料；4—增强竖丝岩棉复合板；5—抗裂砂浆复合玻纤网；6—涂料或饰面砂浆；7—锚栓
6.4.3 增强竖丝岩棉复合板改变了岩棉板以锚固为主的粘接方式，依靠粘接受力，安全稳定，解决了岩棉板及双面复合砂浆的岩棉复合板在使用过程中的弊病，提升了岩棉在建筑节能应用领域里的技术水平。6.4.4 增强竖丝岩棉复合板贴砌做法从构造上进一步提升了系统的安全性、合理性，构造设计合理。6.4.5 增强竖丝岩棉复合板贴砌做法下有效粘结面积的提升，可提高保温板的粘结效果，从而增加系统的抗风荷载和地震荷载的能力，而整个系统的柔性构造也有利于提升抵抗地震荷载的能力。6.4.6 增强竖丝岩棉复合板贴砌做法提高系统抵抗水相变的能力，可减缓增强竖丝岩棉复合板收缩变形，提高抗裂性能，有效避免板缝处开裂。6.4.7 增强竖丝岩棉复合板贴砌做法设置轻质柔性找平过渡层提高系统抵抗热应力的能力。7 保险风险系数
依据中国建筑节能协会新发布的团体标准T/CABEE 001—2019《建筑外墙外保温工程质量保险规程》，可对技术优化前后的岩棉外墙外保温系统构造进行评价，由于优化前后的主要差异点在构造设计上，而在组成材料和施工管理控制上均可控制一致而不存在差异，因此这里仅对构造设计的评分项进行对比。（1）技术调整后保温层材料选择采用增强竖丝岩棉复合板，其风险评价得分值可由15分提高到20分（见4.2.1条）。（2）保温层材料与基层墙体的结合方式基本上是采用全面积粘贴，其风险评价得分值可由16分提高到25分（见4.2.2条）。（3）技术调整后设置有厚度不低于20mm的胶粉聚苯颗粒浆料找平过渡层，其风险评价得分值可由0分提高到20分（见4.2.3条）。（4）技术调整后增加找平过渡层可提高系统的热工性能，其风险评价得分值可由16分提高到25分（见4.2.4条）。（5）技术调整后外墙外保温工程防脱落和抗风荷载设计风险评价得分值可由32分提高到40分（见4.2.5条）。（6）技术调整后外墙外保温工程的防潮透气设计风险评价得分值可由12分提高到20分（见4.2.6条）。从以上分析可以看出，优化后评价得分显著提升，有效地降低了质量风险。要全面采用优化后的技术方案，在岩棉面层增加一层找平过渡层，并采用闭合小空腔粘贴、满粘贴或贴砌做法，则需要对现有的行业标准进行调整，改变薄抹灰的思路，优化岩棉外保温的构造，并统一材料技术指标。因此，很有必要对现有的行业标准进行修订，确保岩棉外墙外保温工程的质量、耐久性和低风险性，确保岩棉外墙外保温工程使用者的利益，降低质量风险，提高使用岩棉墙外保温系统的工程使用寿命。
