一种新型的木结构建筑体系—结构保温板(SIPs)体系介绍

一种新型的木结构建筑体系—结构保温板（SIPs）体系介绍

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木材是大自然赐予人类宝贵的礼物，是唯一可再生的主要建筑材料，也是唯一的“负碳”建筑材料。采用木材作为主要承重构件的木结构建筑温暖自然、温馨美观、节能抗震，尤其是在近十年，在中国得到了越来越多的理解和应用。作为一种新的木结构建筑体系，结构保温板建筑体系（Structural Insulated Panels，简称SIPs）源自北美轻型木结构体系，采用类似的原料，但发展为集结构和保温一体完成，有更优异的保温效果，更好的结构性能，也更强调预制和工业化加工，以2007年正式写入美

国民用建筑规范为标志，在世界各地得到了越来愈多的应用，但在中国了解和应用不多，本文希望对此体系做一简单介绍。

一、结构保温板（Structural Insulated Panels, 简称SIPs）的定义及历史

结构保温板，翻译自英文全称Structural Insulated Panels, 以下简称SIPs，是由两片承重板材由结构粘合剂胶合在硬质泡沫板上成为一体的板材，这样做成的板材既承重又保温,可以直接作为房屋的结构保温一体材料使用，故被称之为SIPs，如图1。

图１结构保温板结构示例

SIPs板的面材应为承重类板材，例如：多层板(plywood), 定向刨花板(OSB)，水泥板,等。目前在在世界范围内，因为工业化程度高，性能稳定，柔韧性好，尺寸大（最长7.32M）,OSB板作为面材应用最为普遍。目前美国最常用和测试数据最全并进入国家建筑标准的是OSB 板面的SIPs。SIPs的芯板包括膨胀聚苯

乙烯(EPS),挤出聚苯乙烯(XPS),聚氨脂(PU)。目前市场份额最大的是膨胀聚苯

乙烯(EPS)。

SIPs的尺寸很多，以北美市场OSB板面、EPS芯材的SIPs为例，宽度尺寸

为1.22-2.44M, 长度尺寸从

2.44M-7.32M, 板材的厚度从114 毫米(阻热系数2.64 k‐m2/w, 传热系数

0.379 w/k‐m2) 到311 毫米(阻热系

数8.11 km2/w,传热系数0.123 w/k‐

m2)用以满足不同隔热程度和承重强度

的要求[1]。

历史上，位于美国维斯康星州的美国森

林实验室(Forest Products Laboratory, FPL)最早就注意到了使用木质面材和泡

沫芯材形成一体类夹芯类板材以后，该

夹芯板材会有意想不到的效果强度强度，最早从1935年开始对三明治类的板材

进行了长达20多年的跟踪和系统研究。1967年，FPL 采用SIPs建了一个实验工厂，效果非常好。

图2 SIPs 意想不到地强壮

私人方面，美国的建筑学家和工程师Alden B. Dow，陶氏化学创始人的儿子从1945年开始对SIPs对结构保温板进

行了研究，并在1952年他最先设计建造了3栋SIPs 房屋，该房屋一直存在。

从上世纪60年代起，在北美，陆续有专业的SIPs工厂不断成立，供应SIPs板材或SIPS房屋,SIPs体系得到了更多的应用和关注。目前，世界上比较大的SIPs 工厂都集中在北美，比较成规模的工厂大约有50家左右。目前，SIPs房屋占北美每年新开工住宅的5%左右的市场份额。

二、SIPs的用途

根据使用位置和承担功能的不同，SIPs 在建筑行业的可以主要有2个用途:

第一种是直接作为承重保温一体构件用于建造住宅,一般是低层住宅，在北美，理论上可以比对轻型木结构建到六层，但以3层以下居多，SIPs可以作为墙体

和屋顶直接使用，既承重又保温，在大多数情况下可以不用其他框架框架，在一些载荷集中点，或者大的开口处，通过金属或木构件（梁或柱）等进行加强，这和北美轻型木结构的做法是一致的。这种用途的典型特征是，结构保温板的承载力（轴向、水平、剪切）载荷都要体现在结构核算中。因为OSB板面的SIPS尺寸较大,最长可以达到7米，重量轻，接缝少，可以形成教堂式高屋顶，作为屋板在结构保温板房屋中或者混凝土住宅中使用得到了越来越多的建筑商和业主的青睐。

一栋典型的SIPs房屋的建造过程：图2-图11。

图3SIPs板材运到现场

图4从角落开始安装

图5一层墙体一般一天可以完成

图6楼板也采用SIPs

图7高兴的业主

图8 2层墙体

图9上屋顶梁

图10屋顶梁已经上完

图11SIPs主体完成（7天）

图12最后的外装完成

第二种是SIPs作为围护体系进行使用，一般是大跨度的建筑物，比如厂房，学校，购物中心等。先用钢或木构架做好结构框架部分，然后结构保温板作为围护结构出现。因为结构保温板优异的加

工性能，很容易跟构件进行连接。考虑到结构保温板强度较高，可以减少或取消檩条的使用。这种体系中，结构保温板的保温性能也得到和很好的利用。下图，为一所学校和一个活动中心的施工图片。

图13-17 采用SIPs作为围护结构

下图，美国南极科考站（可达到摄氏零下75度）的部分建筑采用SIPS建造。

三、SIPs的标准

在发明和使用了50 年之后,SIPs结构体系于于2007 年5 月23 日被列入美国国际民用住宅(International ResidentialCode)建筑标准。此标准的意

义在于简化使用，界定了在一定范围内的低层房屋，可以按照参照该规范进行直接使用。给定的范围为:结构保温板用做内外承重墙体时,楼房深度不得超过18.288 米,宽度不得超过10.973 米,楼房高度不得超过两层,每层高度不得超过3.048 米。按此标准建造的房子,能承受风力的设计极限为每小时209.17 公里,能承受地面积雪压力的设计极限为(3.35 kN/m2),能承受地震区域A,B,和C。在建筑设计指标超出此极限时,有执照的结构工程师需要根据材料性能和建筑标准进行计算。

此标准还对结构保温板房屋体系组装所需要的粘合密封胶,面材,芯材,和零配件,该标准同时对房屋的动荷载,静荷载的设计要求进行了标准化。同时,此标准还提供了还有各种标准图集。