高层住宅外墙外保温系统风荷载及地震荷载的计算

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高层住宅外墙外保温系统风荷载及地震荷载的计算
李小荷/香港大学
李先立/山东创业房地产开发有限公司
徐 新/北京振利高新技术有限公司
摘要：本文依据GB50009-2012、JG158-2004、JGJ102-2003等规范中的有关规定，详细说明了高层住宅外墙风荷
载标准值、设计值W、考虑地震荷载时荷载作用效应组合值的计算方法，以胶粉聚苯颗粒浆料贴砌聚苯板复合外
墙外保温系统为例，将计算结果与该系统拉伸粘接强度规范标准值、检测值对比，证明该系统在山东省用于100m
高的高层住宅，有较大的安全裕度，是安全、可靠的。

关键词：高层住宅，胶粉聚苯颗粒浆料，贴砌，聚苯板，外保温系统，抗风压性能，适用高度
1引言
目前国家及各省市发布的有关外墙外保温系统标准，未明确给出抗风压及抗震性能的计算方法，
致使大家对各种外墙外保温系统的抗风压及地震荷载性能、适用高度等存在一定争议；例如山东省
工程建设标准DBJ/T14-099-2013《外墙外保温应用技术规程（胶粉聚苯颗粒浆料复合型外墙外保
温系统）》，其第3.0.1条仅规定，外保温工程应满足：能承受设计瞬时风荷载的作用而不产生破坏，
在规定的抗震设防烈度范围内不应从基层上脱落。

本文以山东省淄博张店区某31层高层住宅为例，依据GB50009-2012、JG158-2004、
JGJ102-2003等规范中的有关规定，详细说明了高层住宅外墙风荷载标准值、设计值W、考虑地震
荷载时荷载作用效应组合值的计算方法，并将计算结果与胶粉聚苯颗粒浆料贴砌聚苯板复合外墙外
保温系统规范标准值、检测值对比，证明该系统在山东省用于100m高的高层住宅，有较大的安全
裕度，是安全、可靠的。

胶粉聚苯颗粒浆料贴砌聚苯板复合外墙外保温系统，采用胶粉聚苯颗粒浆料满粘贴砌聚苯板的
做法、加上聚苯板的横槽设计使聚苯板受粘面积增大、聚苯板各点受力均匀，单位面积聚苯板的粘
结强度大大增加，使得该系统具有优异的粘结性能和抗负风压性能；胶粉聚苯颗粒浆料贴砌聚苯板
复合外墙外保温系统（涂料饰面）构造详图见图1。

由于该系统在聚苯板外增加了≥10mm厚的胶粉聚苯颗粒浆料防火找平层，使得该系统相对于
聚苯板增强网薄抹灰外墙外保温系统具体有更好的防火安全性、抗裂性、耐候性，是今后一段时间
内会大面积采用的外墙外保温体系。

2本案例建筑概况及其胶粉聚苯颗粒浆料贴砌聚苯板复合外墙外保温系统参数说明案例为某31层高层住宅31层顶高度接近100m： 该案例位于山东省淄博市张店区房屋比
较稀疏的乡镇和城市郊区（地面粗糙度系数按照B类）；山东省淄博张店区50年一遇基本风压
0.40kpa；淄博张店区设计基本地震加速度为0.10g，抗震设防烈度为7度。

该案例胶粉聚苯颗粒浆料贴砌聚苯板复合外墙外保温系统各项材料参数，参照山东省工程建设
标准DBJ/T14-099-2013《外墙外保温应用技术规程（胶粉聚苯颗粒浆料复合型外墙外保温系统）》
规定取值。

表1胶粉聚苯颗粒浆料贴砌聚苯板
复合外墙外保温系统抗拉强度参数
项 目性能指标MPa
系统拉伸粘接强度≥0.10
抗裂砂浆层与
≥0.10
防火找平层拉
伸粘接强度
胶粉聚苯颗粒
≥0.10
浆料抗拉强度
聚苯板垂直于板面方
≥0.10
向的抗拉强度
粘接砂浆拉伸
粘接强度
≥0.60
（原强度）
图1 胶粉聚苯颗粒浆料贴砌聚苯板复合外墙外保温系统（涂料饰面）构造详图
单位面积质量计算：
界面砂浆：1kg/m2；保温层聚苯颗粒浆料：350kg/m3×厚度0.02m=7kg/m2；保温层聚苯板：
19 kg/m3×厚度0.07m=1.33kg/m2；防火找平层聚苯颗粒浆料：350 kg/m3×厚度0.01m=3.5kg/m2；抗
裂砂浆复合耐碱玻纤网+弹性底涂：2000kg/m3×厚度0.005m+0.5kg/m2=10.5kg/m2；饰面层柔性耐
水腻子+涂料：2kg/m2。

合计：25.33kg/m2，我们保守性按照30kg/m2计算。

胶粉聚苯颗粒浆料贴砌聚苯板复合外墙外保温系统抗拉强度参数见表1。

胶粉聚苯颗粒浆料贴砌聚苯板复合外墙外保温系统拉破坏最薄弱环节是聚苯板保温芯材，查询山东省工程建设标准DBJ/T14-099-2013等规范标准，均要求该系统的拉伸粘接强度要求
≥0.10Mpa。

经调研，多个省市均参照JG158-2004《胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统》附录C“系统抗风荷载性能试验方法”，对胶粉聚苯颗粒浆料贴砌聚苯板复合外墙外保温系统抗风压性能试验、检验，试
验检测实际结果远大于0.10MPa。

3高层住宅外墙外保温系统风荷载标准值的计算方法
高层住宅胶粉聚苯颗粒浆料贴砌聚苯板复合外墙外保温系统作为围护结构，按照《建筑结构荷载规范》G B50009-2012规定，围护结构风荷载标准值应按公式8.1.1-2计算。

；其中：
w0——基本风压（kN/m2），查GB50009-2012附录E；
——风压高度变化系数，查GB50009-2012表8.2.1；
——高度z处的阵风系数，查GB50009-2012表8.6.1；
——风荷载局部体形系数，查GB50009-2012第8.3.3-2条；
《建筑结构荷载规范》GB50009-2012第8.1.2条规定如下：基本风压应采用按本规范规定的方法确定的50年重现期的风压，但不得小于0.3kN/m2。

对于高层建筑、高耸结构以及对风荷载比较敏感的
其他结构，基本风压的取值应适当提高，并应符合有关结构设计规范的规定。

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进一步查询《建筑结构荷载规范》GB50009-2012第8.1.2条说明有如下规定：对于此类结构物中的围护结构，其重要性与主体结构相比要低些，可仍取50年重现期的基本风压。

所以，计算高层建筑围护结构风荷载标准值时，按GB50009-2012公式8.1.1-2直接计算即可，无需再将基本风压的取值适当提高。

4山东省主要地市高层住宅外墙外保温系统风荷载标准值与设计值W
按照各50年一遇基本风压w0，计算围护结构风荷载标准值及设计值W（见表3）。

按照《GB50009-2012建筑结构荷载规范》第3.2.4-2的规定“可变荷载的分项系数2）其他情况，应取1.4”;“工程项目设计的最大负风荷载设计值W”=风荷载标准值×1.4;在计算本案例的同时，计算了山东省其他主要地市的高层住宅围护结构风荷载标准值与设计值W，作为比较对照资料列于表2内。

5垂直于外墙外保温系统平面的分布水平地震作用标准值计算
垂直于外保温系统平面的分布水平地震作用标准值可参照《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-
2003公式5.3.4计算： 式中：
q EAK：垂直于墙平面的分布水平地震作用标准值(MPa)。

：动力放大系数，取5.0。

A：计算板块的面积(mm2)。

GK：计算板块的重力荷载标准值（N）。

本项目保守性按找=30 kg/m2即验算。

：水平地震影响系数最大值，保守性起见按GB50011-2010第5.1.4-1条的“罕遇地震”选择取值（表3），本案例所在淄博张店区设计基本地震加速度为0.10g，抗震设防烈度为7度，保守性起见按“罕遇地震”取0.50。

代入以上数据计算垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值：
104 Mpa=0.735 kpa。

6高层住宅外墙外保温系统荷载作用效应组合
不考虑地震荷载时，风荷载设计值W即是组合结果，本案例风荷载设计值W= -3.36 kpa。

考虑地震荷载时，荷载作用效应组合可参照《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003公式5.4.1计算。

采用以下设计值组合：
S：作用效应组合的设计值。

S WK、S EK：分别为风荷载，地震作用作为可变荷载产生的效应标准值。

：各效应的分项系数；取。

：分别为风荷载，地震作用效应的组合系数；取。

代入以上数据计算得出本案例垂直于一体板平面的作用效应组合的设计值：
表4 山东省主要地市考虑地震荷载时荷载作用效应组合值
S
地区
50年一遇基本风压W 0（kpa）
基本地震加速度（g）抗震设防
烈度（度）动力放大系数水平地震影响系数最大值
垂直于墙平面的分
布水平地震作用标
准值q EAK (kPa)地面粗糙
度系数
高度（m）风荷载标准值（kpa）风荷载设计值W（kpa）荷载作用效应组合值S（kpa）济南市0.450.0560.50.280.409B 类
100m -2.70-3.78-4.05C 类100m -2.28-3.19-3.46威海市0.650.1070.50.500.731B 类100m -3.90-5.46-5.94C 类100m -3.30-4.62-5.10淄博张店0.400.1070.50.500.735B 类100m -2.40-3.36-3.84C 类100m -2.03-2.84-3.32青岛市
0.60
0.05
6
0.5
0.28
0.409
B 类100m -3.60-5.04-5.31
C 类
100m
-3.04
-4.26
-4.53
表3 水平地震影响系数最大值GB50011-2010第5.1.4-1条
地震影响6度7度
8度
9度多遇地震0.040.08（0.12）0.16（0.24）
0.32罕遇地震
0.28
0.50（0.72）
0.90（1.20）
1.40
注：括号中数值分别用于设计基本地震加速度为0.15g 和0.30g 的地区。

参考文献
[1] GB50009-2012建筑结构荷载规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.[2] JG158-2004胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统[S].北京：中国建筑工业出版社，2004.[3] JG149-2003膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统[S].北京：中国建筑工业出版社，2003.[4] JGJ102-2003玻璃幕墙工程技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2003.
[5] 黄振利. ZL 胶粉聚苯颗粒贴砌聚苯板外墙外保温系统综合性能研究与分析[J].沈阳：辽宁建材，2011第2期23-36页.
表2 山东省主要地市高层建筑围护结构风荷载标准值与设计值
W 地区50年一遇基本风压W 0（kpa）
风荷载局部体形系数地面粗糙度系数风压高度变化系数高度z 处的阵风系数风荷载标准值（kpa）风荷载设计值W（kpa）
济南市0.45查GB50009-2012第8.3.3-2条：檐口、雨棚、遮阳板、边棱处的装饰条等突出构件，取-2.0
B 类距地面100m ：2.00距地面100m ：1.50
-2.70
-3.78C 类距地面100m ：1.50距地面100m ：1.69-2.28-3.19威海市0.65B 类距地面100m ：2.00距地面100m ：1.50-3.90-5.46C 类距地面100m ：1.50距地面100m ：1.69-3.30-4.62淄博张店0.40B 类距地面100m ：2.00距地面100m ：1.50-2.40-3.36C 类距地面100m ：1.50距地面100m ：1.69-2.03-2.84青岛市
0.60
B 类距地面100m ：2.00距地面100m ：1.50-3.60-5.04
C 类
距地面100m ：1.50
距地面100m ：1.69
-3.04
-4.26
山东省主要地市考虑地震荷载时高层住宅胶粉聚苯颗粒浆料贴砌聚苯板复合外墙外保温系统荷载作用效应组合值S 见表4。

7结语
高层住宅外墙外保温系统，应依据工程高度、体型、所在地区基本风压、地面粗糙度系数、设计基本地震加速度、抗震设防烈度等参数，按照《建筑结构荷载规范》GB50009-2012计算围护结构风荷载，并参照《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003，考虑地震荷载作用效应组合，计算出荷载作用效应组合的设计值S，作为抗风压性能要求指标。

本文计算结果山东省主要地区S 值最大值为威海地区5.94kpa，而规范标准均要求该系统的拉伸粘接强度要求≥0.10Mpa，且该系统试验检测实际值远大于0.10MPa；所以胶粉聚苯颗粒浆料贴砌聚苯板复合外墙外保温系统在山东省用于100米高的高层住宅，有较大的安全裕度，是安全、可靠的。