一种FRP阳台热断桥结构及方法与流程

本发明涉及土木工程技术领域，具体涉及一种新型frp阳台热断桥结构。

背景技术：

随着全球能源与生态环境问题的突出，人们对建筑能耗的问题也越发的重视。针对此，欧美等一些发达国家首先提出了“被动式建筑”的理念，对建筑节能提出了具体要求，其中减少建筑热桥是被动式建筑设计中的一个关键点。热桥是指在建筑物与外界进行热量交换时热流较为密集的部位，由于某些部位的传热系数明显大于其他部位，从而使热量集中地从这些部位传递，最终导致这些部位的热流较为密集。而阳台是建筑热桥存在的关键部位，需要对其进行保温隔热处理，从而减少热量的传递。建筑热桥的存在增加了建筑物的局部传热量进而增大了建筑能耗。此外，在冬季热桥内表面温度相较于其他部位更低，若此处气温低于露点温度，水蒸气就会在热桥的内表面处凝结，形成易长菌、发霉的潮湿环境，从而降低了建筑物的使用寿命，并且影响了人们的生活与健康。

大多数情况下，建筑物保温层在楼板处连续，但是会在阳台处间断，因为该处内有主体结构楼板，外有阳台板。若在阳台节点处不进行热隔断处理，由于钢筋混凝土的导热系数较墙体保温层更高，从而会在此处形成局部热桥；而若在此处采用热断桥结构将主体结构与阳台板进行热量的隔断，则可避免建筑热桥的形成，减少建筑物的局部传热量，从而降低建筑物阳台节点长菌、发霉的风险，提高房屋使用寿命和居住舒适度。

针对于阳台热断桥，可以总结其需要达到的要求有：(1)具有良好的隔热性能，所采用的材料应具有较低的导热系数，以此使整体达到良好的保温隔热效果；(2)保持建筑体保温层连续无间断，即阳台热断桥设置部位应与保温层平齐；(3)热断桥可以有效地连接阳台板和建筑主体，满足结构受力要求。

热断桥的复杂设计要求为结构材料的选择提出了挑战，而纤维增强复合材料(frp)作为先进的非金属复合材料可以满足阳台热断桥的相关需求，其主要有以下优点：(1)轻质高强，有利于实现结构的轻量化设计，可方便热断桥产品的搬运及运输；(2)耐腐蚀性能好，对酸、碱、盐各类腐蚀介质都有很好的耐腐蚀性，同时其耐久性能良好；(3)低导热系数，相较于建筑钢材，frp材料是良好的隔热材料。故在本发明中应用frp材料作为阳台热断桥结构的受力构件，同时应用质量轻且隔热性能良好的保温材料作为填充部分，最终可以在建筑物阳台处实现良好的热量隔断和荷载传递。

先前学者针对于阳台热断桥进行研究，并取得了一定的技术成果及应用，但其多聚焦于板厚为200-350mm的阳台板，而现阶段我国混凝土楼板板厚一般取值在100-140mm，其板厚更薄，而在板厚更薄的情况下，受拉构件和受压构件间的内力臂更小，对结构承载能力和挠度的控制更为不利，国外针对于厚楼板的阳台热断桥构型不能直接应用于我国。且目前现有的阳台热断桥研究多产生于欧洲，国内暂缺乏相关领域的研究，热断桥研发成本及造价成本较高，现有商品的报价也比较高。

技术实现要素：

针对既有阳台热断桥中存在的不足，本发明旨在提供一种适用于100-350mm厚度阳台板的frp阳台热断桥结构及在主体楼板与阳台板之间形成热断桥的方法。该阳台热断桥结构受力合理，施工简易，既能将阳台板的荷载安全可靠地传递给框架梁和室内楼板，又能有效地隔绝热量的集中传递，降低结构局部结露发霉的可能性。

本发明提出一种frp阳台热断桥结构，包括：受拉件、受压件、保温材料和封装件，还包括抗剪件；所述保温材料填充在所述封装件内；所述受拉件为frp筋材，位于所述封装件的上部且两端均伸出所述封装件，伸出封装件的一端用于伸入主体楼板，伸出封装件的另一端用于伸入阳台板；所述受压件为frp筋材，位于所述封装件的下部且一端伸出所述封装件，伸出所述封装件的端部用于伸入阳台板。抗剪件可为抗剪板(矩形)、斜向连接件(圆形)或其他可起到增加热断桥结构抗剪能力的部件。

所述受拉件沿阳台纵向多根平行布置，为bfrp，gfrp和cfrp中的一种或多种。

所述受拉件表面带肋，肋纹高度与截面半径比值为6％-9％。肋纹通过化学粘结、机械咬合和摩擦力增强了界面，保证受拉件与阳台板的共同工作性能。

所述受拉件间距不小于100mm，不大于300mm。

所述受压件沿阳台纵向设置有至少一组，不同组的抗剪件具有相同截面或不同截面；所述抗剪件为bfrp，gfrp和cfrp中的一种或多种。

所述抗剪件截面为矩形、圆形或三角形。

所述抗剪件沿阳台纵向设置，为一个竖向布置的矩形截面，矩形截面的抗剪件位于两根圆形截面的受压件之间。矩形截面的抗剪板，布置于热断桥结构中部，伸入阳台板混凝土的长度按锚固需求选择，可为80-120mm，受压件伸入混凝土的部分应采用粘砂处理，以增强粘结力。

所述抗剪件沿阳台纵向设置为与水平方向倾斜布置的相互平行的至少两根圆形截面。倾斜布置的圆形截面抗剪件为斜向连接件，按一定角度插入封装件内，材料可选用深肋纹frp筋，肋高6％-9％直径，直径按受力需求取值，可为10-25mm。

所述保温材料可为岩棉、xps、eps、pu等。保温填充材料选用导热系低、质量轻、防火等级好的材料，来增强阳台热断桥整体的隔热性能。

所述封装材料可为防火pvc、防火pa66等，具有一定的强度且导热系数较低，其包裹着热断桥结构的周边，来减少在施工过程中磕碰对热断桥结构的损伤。

所述保温填充材料和封装件在组装之前，需根据受力件的形状进行预开洞处理，便于frp阳台热断桥受力件的组装。

本发明还提出一种形成阳台热断桥的方法，采用上述任一所述的frp阳台热断桥结构，将所述frp阳台热断桥结构安装于主体楼板与阳台板之间。

本发明frp阳台热断桥结构，其水平方向上安装于主体楼板与阳台板之间，垂直方向上与保温层平齐。

有益效果：

本发明利用frp材料作为阳台热断桥的主要受力构件，利用保温填充材料阻隔热量传递，利用封装件将frp阳台热断桥整体包裹，能够实现在安全可靠传递荷载的同时，又能有效地隔绝热量的集中传递，与现有的阳台热断桥相比，本发明具有以下特点：

1、因阳台热断桥的研究起源于欧洲，而欧洲楼板厚度一般较厚，现有的阳台热断桥多针对于板厚200-350mm的阳台板。而现阶段我国的楼房多采用梁板体系，其楼板厚度一般为100-140mm，国外针对于厚楼板的阳台热断桥构型不能直接应用于我国，为此本发明提出了一种经济可行的热断桥结构，其即可应用于薄板结构，也可应用于厚板结构。

2、frp材料具有轻质高强、耐腐蚀、导热系数低的优点，可很好的实现结构的轻量化设计，方便产品的搬运及运输，同时结构隔热性能和耐久性能良好，是保证热断桥结构承载能力及保温性能的关键。

3、本发明设计的frp阳台热断桥基本结构，上部采用frp受拉件，下部采用frp受压件，增强结构同时附加frp抗剪件来提高结构的承载能力，结构合理，受力可靠。

4、除了热断桥受力构件外，热断桥内还填充了保温材料，选用导热系数低、密度小的保温材料进行填充，可在实现很好的热量隔断的同时也使得热断桥整体的质量较轻，搬运及安装方便。在保温材料外围包裹封装件，来减少搬运、施工过程中的磕碰对热断桥结构的损伤。所选用的材料为成熟的工业化产品，其产品性能稳定，且造价可控。

5、本发明通过frp阳台热断桥将主体结构和阳台板断开，避免了局部热桥的形成，热断桥结构具有较低的线传热系数，保温能力良好。在阳台处进行热隔断后通过热桥的局部传热量减少，结构结露、长菌、发霉的风险降低。

附图说明

图1为frp阳台热断桥安装位置示意图；

图2为一种frp阳台热断桥基本结构示意图；

图3为一种frp阳台热断桥基本结构节段加载荷载位移曲线图；

图4为一种含抗剪板的frp阳台热断桥增强结构示意图；

图5为一种含抗剪板的frp阳台热断桥增强结构节段加载荷载位移曲线图；

图6为一种含斜向连接件的frp阳台热断桥增强结构示意图；

图7为一种含斜向连接件的frp阳台热断桥增强结构节段加载荷载位移曲线图；

图8为不进行热隔断的阳台节点构造图；

图9为不进行热隔断的阳台节点温度场分布图；

图10为含热断桥的阳台节点构造图；

图11为含热断桥的阳台节点温度场分布图。

其中：1、阳台热断桥；2、主体结构楼板；3、阳台板；4、框架梁；5、封装件；6、隔热保温层；7、上部frp受拉筋材；8、受压件；9、frp抗剪板；10、frp斜向连接件；11、混凝土墙体；12、xps外保温层。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案作进一步详细阐明，需要说明这些实施方案仅用于说明本发明，从而使所属技术领域的技术人员能更好地理解和应用本发明，但不用于限制本发明的范围。本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求限定的范围。

图1为frp阳台热断桥安装位置示意图，热断桥1安装于结构主体楼板2与阳台板3之间，在框架梁4的外侧，与框架梁4的外保温层平齐，满足保温层连续无间断的要求。

实施例1：

图2为一种frp阳台热断桥基本结构示意图，实施例中选择bfrp为主要的结构材料，选取阳台板板厚为130mm，热断桥跨度为80mm，其上部bfrp受拉筋材7直径选择20mm，锚固长度选择500mm，下部大直径bfrp抗压筋材8直径选择40mm，伸入混凝土长度选择20mm。示例中保温填充材料6选择xps，其导热系数低，质量轻，在保证阳台热断桥整体隔热能力的同时方便热断桥结构的搬运及施工。封装件5选用pvc，其包裹着热断桥结构的周边，来减少结构在运输及施工过程中因为磕碰造成的损伤。

图3为图2所示的frp阳台热断桥基本结构节段加载荷载位移曲线图，在本示例中，假设受力筋材的间距是150mm，因受力单元沿着房间开间方向均匀间隔布置，在进行力学性能试验研究时选取其中的一个节段进行分析，在此选取300mm的节段进行分析，节段内包含两个20mm的bfrp受拉筋材和两个40mm的bfrp受压筋材。试验加载时选取的加载点距离热断桥端部750mm。根据《混凝土结构设计规范》规定，为满足结构正常使用极限状态要求，钢筋混凝土受弯构件的挠度限值为l0/200(l0＜7m)。当所计算结构为悬臂结构时，其计算跨度l0按实际悬臂长度l的2倍取用，即l0＝2l，此时构件的挠度限值为l/100。针对于本发明的试验梁来说，悬臂梁端部挠度达到l/100时的荷载值即为试验梁的正常使用极限荷载pq，pq可从构件的荷载位移曲线中得到。在本例中pq＝2.01kn，即所发明的阳台热断桥每米的正常使用极限荷载为2.01×1000/300＝6.70kn/m。试验梁的破坏极限荷载pu＝7.40kn，破坏极限弯矩mu＝5.55kn·m，即设计阳台热断桥每米的极限承载力为7.4×1000/300＝24.67kn/m，每米的极限弯矩为5.55×1000/300＝18.50kn·m/m。如此时外保温层为厚度150mm的xps，计算此时设计节点的线传热系数为0.087w/(m·k)。

实施例2：

图4为一种含抗剪板的frp阳台热断桥增强结构示意图，实施例中选择bfrp为主要的结构材料，其上部bfrp受拉筋材7和下部大直径bfrp抗压筋材8的截面尺寸和伸入混凝土的长度选择与图2的frp阳台热断桥基本结构相同。并在热断桥截面中部附加了一个截面尺寸为50×5mm的抗剪板9，其伸入混凝土长度取100mm，伸入混凝土部分采用粘沙处理，以增强抗剪板表面和混凝土的粘结力。

图5为图4所示的含抗剪板的frp阳台热断桥增强结构节段加载荷载位移曲线图，在此选取300mm的节段进行分析，节段内包含两个20mm的bfrp受拉筋材和两个40mm的bfrp压剪筋材，以及一块截面尺寸为50×5mm的抗剪板，加载点仍选择距离热断桥端部750mm处，在本例中pq＝1.95kn，即设计阳台热断桥每米的正常使用极限荷载为1.95×1000/300＝6.50kn/m。试验梁的破坏极限荷载pu＝8.73kn，破坏极限弯矩mu＝6.55kn·m，即设计阳台热断桥每米的极限承载力为8.73×1000/300＝29.10kn/m，每米的极限弯矩为6.55×1000/300＝21.83kn·m/m。如此时外保温层为厚度150mm的xps，计算此时设计节点的线传热系数为0.090w/(m·k)。

实施例3：

图6为一种含斜向连接件的frp阳台热断桥增强结构示意图，实施例中选择bfrp为主要的结构材料。其上部bfrp受拉筋材7和下部大直径bfrp抗压筋8的截面尺寸和伸入混凝土的长度选择与图2的frp阳台热断桥基本结构相同，并另附加直径为10mm的bfrp斜向连接件10，其端部与混凝土边缘的水平间距为50mm。

图7为图6所示的含斜向连接件的frp阳台热断桥增强结构节段加载荷载位移曲线图，在此选取300mm的节段进行分析，节段内包含两个20mm的bfrp受拉筋材和两个40mm的bfrp抗压筋材，以及两个直径为10mm的bfrp斜向抗剪连接件，加载点仍选择距离热断桥端部750mm处，在本例中pq＝1.93kn，即设计阳台热断桥每米的正常使用极限荷载为1.93×1000/300＝6.43kn/m。试验梁的破坏极限荷载pu＝7.32kn，破坏极限弯矩mu＝5.49kn·m，即设计阳台热断桥每米的极限承载力为7.32×1000/300＝24.40kn/m，每米的极限弯矩为5.49×1000/300＝18.30kn·m/m。如此时外保温层为厚度150mm的xps，计算此时设计节点的线传热系数为0.090w/(m·k)。

图8为不进行热隔断的阳台节点构造图，其中主体楼板2和阳台板3为一块连续的钢筋混凝土板，保温材料12被钢筋混凝土板打断，因钢筋混凝土的导热系数比外保温材料更高，热量易从阳台板处散失，形成局部热桥。

图9为不进行热隔断的阳台节点温度场分布图，可以发现等温线在连接节点处呈现枣核型，冬季室内墙角处的温度低于周围墙板。若此处温度低于露点则可能产生结露发霉的现象。

图10为含热断桥的阳台节点构造图，与图8不同的是，在主体楼板2和阳台板3之间，采用了frp阳台热断桥结构1进行隔断，因frp阳台热断桥结构选用的结构材料及填充材料的导热系数较小，其避免了建筑热桥的形成，减少了建筑体的局部传热量。

图11为含热断桥的阳台节点温度场分布图，可以看出热断桥处等温线出现局部收紧，温度变化急剧，温度梯度较大。相对于无热断桥隔断的节点来说，有热断桥隔断的节点温度场受到局部热桥的扰动大大减少。且冬季室内墙角处的温度与周围墙板相差不大，不易引起水分的冷凝，降低结构长菌、发霉的风险，提高建筑的居住舒适度。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

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