隔熱型材的彈性原理與建筑抗震設(shè)計?

　　2008年5月我國四川省汶川縣發(fā)生里氏8.0級大地震，給當(dāng)?shù)卦斐闪司薮蟮娜藛T傷亡與財產(chǎn)損失。在國家大力提倡建筑節(jié)能的同時，如何做到既節(jié)能環(huán)保，達(dá)到當(dāng)?shù)亟ㄖ�隔熱�?biāo)準(zhǔn)；又抗震抗壓，保衛(wèi)人民的人身財產(chǎn)安全，這對隔熱型材提出了更嚴(yán)格的要求。為什么會發(fā)生地震呢？地震是地球內(nèi)部物質(zhì)運(yùn)動的一種狀態(tài)，對地震發(fā)生的原因有三種影響較大的解釋：一是地球內(nèi)部不斷積累的應(yīng)變能超過巖石強(qiáng)度時產(chǎn)生斷層，斷層形成后，巖石彈性回跳，恢復(fù)原來狀態(tài)，于是把積累的能量突然釋放出來，引起地震，這是“彈性回跳說”；二是地下巖石導(dǎo)熱不均，部分巖漿膨脹，擠壓圍巖，導(dǎo)致圍巖破例產(chǎn)生地震，這是“巖漿沖擊說”；三是地下物質(zhì)在一定臨界溫度和壓力下，從一種結(jié)晶狀態(tài)轉(zhuǎn)化為另一種結(jié)晶狀態(tài)，體積突然變化而發(fā)生地震的“相變說”。 我國位于世界兩大地震帶——環(huán)太平洋地震帶與歐亞地震帶之間，受太平洋板塊、印度板塊和菲律賓海板塊的擠壓，地震斷裂帶十分成熟。20世紀(jì)以來，我國共發(fā)生6級以上地震近800次，遍布除貴州、浙江兩省和香港特別行政區(qū)以外所有的省、自治區(qū)、直轄市。
　　地震發(fā)生時，建筑門窗和幕墻必然與建筑主體結(jié)構(gòu)有著相同方向的側(cè)向位移。但由于幕墻與主體結(jié)構(gòu)之間有存在著彈性連接，從而可以承受一定程度的同向側(cè)向位移。對于節(jié)能型隔熱門窗和幕墻來講，它們所使用的隔熱鋁材在這方面有沒有差別呢？答案是肯定的。
　　現(xiàn)在的建筑市場上，存在兩種主要的隔熱鋁門窗技術(shù)。一種是源于歐洲的穿條式隔熱技術(shù)；另外一種是來自于北美的注膠式隔熱技術(shù)。該技術(shù)在美國、日本、中東等地震多發(fā)地區(qū)應(yīng)用較廣泛。下面我們來詳細(xì)論述一下注膠隔熱系統(tǒng)的抗震原理。亞松注膠斷熱冷橋技術(shù)的基本原理是將鋁合金型材分成內(nèi)外兩個整體看待，兩者之間利用一種特殊配方的高分子聚合物—高密度聚氨酯隔熱膠進(jìn)行彈性結(jié)合。從而，在鋁合金型材的內(nèi)外側(cè)之間形成有效斷熱層，使通過門窗框或扇型材散失熱量的途徑被阻斷，達(dá)到高能效的斷熱目的。
　　注膠式隔熱鋁材的形成主要是依靠高密度聚氨酯隔熱膠和鋁材表面的粘接原理。因此，我們可以說注膠隔熱鋁材的抗震性主要表現(xiàn)在隔熱膠及隔熱膠與鋁材表面的粘彈性連接上。
　　首先，亞松隔熱技術(shù)的核心是高分子聚合物—聚氨酯隔熱膠。聚氨酯隔熱膠可以被看作是一種含軟鏈段和硬鏈段的嵌段共聚物。由于兩種鏈段的熱力學(xué)性能有所不同，從而導(dǎo)致在聚合物基體內(nèi)部形成微相區(qū)。隔熱膠的硬鏈段相起增強(qiáng)作用，提供多官能度物理交聯(lián)（即形成氫鍵而起“交聯(lián)”作用），軟鏈段基體被硬段相區(qū)交聯(lián)。因此，隔熱膠本身具有優(yōu)越的力學(xué)性能和物理彈性。亞松斷熱膠利用其硬鏈段和軟鏈段特殊的相區(qū)結(jié)構(gòu)保證了高質(zhì)量的機(jī)械強(qiáng)度、粘結(jié)強(qiáng)度、模量和熱穩(wěn)定性，從而可代替螺栓、鉚釘?shù)刃问絹磉M(jìn)行鋁型材的連接，并可長時間承受動、靜負(fù)荷。
　　其次，隔熱膠利用其特殊的相區(qū)分布和立方體結(jié)構(gòu)，與鋁材結(jié)合面保持著優(yōu)越的粘彈性力學(xué)結(jié)合，且隔熱膠本身的斷裂伸長率大于20% 。這種結(jié)合方式可以保證當(dāng)?shù)卣鹪斐傻慕ㄖ��?cè)向位移對隔熱鋁材進(jìn)行作用時，隔熱膠與鋁材的粘彈性結(jié)合部分及隔熱膠本身可以傳遞和吸收由此產(chǎn)生的能量，隔熱鋁材不會發(fā)生斷裂的現(xiàn)象，從而可以保證在一定震級下建筑鋁窗的完好和安全。
　　作為2008北京奧林匹克運(yùn)動會主場館的國家游泳中心（水立方），經(jīng)過嚴(yán)格的論證和計算，最終確認(rèn)了立方鋼架焊接的設(shè)計方案。該方案利用能量傳遞的思路將地震發(fā)生時的能量從一點(diǎn)迅速傳向其他各處并被吸收，從而達(dá)到抗震的目的；與水立方設(shè)計原理類似，同樣作為奧運(yùn)項目比賽場館的國家會議中心，經(jīng)過國內(nèi)外著名建筑咨詢機(jī)構(gòu)和施工團(tuán)隊的反復(fù)論證，最終確定運(yùn)用注膠式隔熱系統(tǒng)獨(dú)特的粘彈性設(shè)計，同樣可以將地震發(fā)生時的能量通過粘彈性連接設(shè)計傳遞并被吸收。
　　對于其他形式的隔熱鋁材來講，其構(gòu)成工藝主要是以隔熱材料與鋁材之間的機(jī)械連接完成。這種結(jié)合方式幾乎沒有彈性連接存在，且隔熱材質(zhì)的斷裂伸長率較低（僅為3.5%左右）。這種結(jié)合方式一旦遇到建筑側(cè)向位移對隔熱鋁材進(jìn)行作用時，隔熱材質(zhì)與鋁材僅依靠機(jī)械咬合力抵御位移變形，當(dāng)側(cè)向位移較大時其結(jié)合面會發(fā)生脫離，隔熱鋁材甚至?xí)�出現(xiàn)斷裂的現(xiàn)象，安全性令人擔(dān)憂。
　　節(jié)能更要注意建筑安全，我們希望在中國的建筑上看到更多節(jié)能技術(shù)的出現(xiàn)，為我國的建筑節(jié)能貢獻(xiàn)出力量，同時也建議廣大工程方選擇建筑門窗、幕墻用材時，始終要將質(zhì)量和安全放在首位。