隔熱型材的彈性原理與建筑抗震設計

　　2008年5月我國四川省汶川縣發生里氏8.0級大地震，給當地造成了巨大的人員傷亡與財產損失。在國家大力提倡建筑節能的同時，如何做到既節能環保，達到當地建筑隔熱標準；又抗震抗壓，保衛人民的人身財產安全，這對隔熱型材提出了更嚴格的要求。為什么會發生地震呢？地震是地球內部物質運動的一種狀態，對地震發生的原因有三種影響較大的解釋：一是地球內部不斷積累的應變能超過巖石強度時產生斷層，斷層形成后，巖石彈性回跳，恢復原來狀態，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”；二是地下巖石導熱不均，部分巖漿膨脹，擠壓圍巖，導致圍巖破例產生地震，這是“巖漿沖擊說”；三是地下物質在一定臨界溫度和壓力下，從一種結晶狀態轉化為另一種結晶狀態，體積突然變化而發生地震的“相變說”。 我國位于世界兩大地震帶——環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世紀以來，我國共發生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以外所有的省、自治區、直轄市。

　　地震發生時，建筑門窗和幕墻必然與建筑主體結構有著相同方向的側向位移。但由于幕墻與主體結構之間有存在著彈性連接，從而可以承受一定程度的同向側向位移。對于節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。

　　現在的建筑市場上，存在兩種主要的隔熱鋁門窗技術。一種是源于歐洲的穿條式隔熱技術；另外一種是來自于北美的注膠式隔熱技術。該技術在美國、日本、中東等地震多發地區應用較廣泛。下面我們來詳細論述一下注膠隔熱系統的抗震原理。亞松注膠斷熱冷橋技術的基本原理是將鋁合金型材分成內外兩個整體看待，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行彈性結合。從而，在鋁合金型材的內外側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性能有所不同，從而導致在聚合物基體內部形成微相區。隔熱膠的硬鏈段相起增強作用，提供多官能度物理交聯（即形成氫鍵而起“交聯”作用），軟鏈段基體被硬段相區交聯。因此，隔熱膠本身具有優越的力學性能和物理彈性。亞松斷熱膠利用其硬鏈段和軟鏈段特殊的相區結構保證了高質量的機械強度、粘結強度、模量和熱穩定性，從而可代替螺栓、鉚釘等形式來進行鋁型材的連接，并可長時間承受動、靜負荷。

　　其次，隔熱膠利用其特殊的相區分布和立方體結構，與鋁材結合面保持著優越的粘彈性力學結合，且隔熱膠本身的斷裂伸長率大于20% 。這種結合方式可以保證當地震造成的建筑側向位移對隔熱鋁材進行作用時，隔熱膠與鋁材的粘彈性結合部分及隔熱膠本身可以傳遞和吸收由此產生的能量，隔熱鋁材不會發生斷裂的現象，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北京奧林匹克運動會主場館的國家游泳中心（水立方），經過嚴格的論證和計算，最終確認了立方鋼架焊接的設計方案。該方案利用能量傳遞的思路將地震發生時的能量從一點迅速傳向其他各處并被吸收，從而達到抗震的目的；與水立方設計原理類似，同樣作為奧運項目比賽場館的國家會議中心，經過國內外著名建筑咨詢機構和施工團隊的反復論證，最終確定運用注膠式隔熱系統獨特的粘彈性設計，同樣可以將地震發生時的能量通過粘彈性連接設計傳遞并被吸收。

　　對于其他形式的隔熱鋁材來講，其構成工藝主要是以隔熱材料與鋁材之間的機械連接完成。這種結合方式幾乎沒有彈性連接存在，且隔熱材質的斷裂伸長率較低（僅為3.5%左右）。這種結合方式一旦遇到建筑側向位移對隔熱鋁材進行作用時，隔熱材質與鋁材僅依靠機械咬合力抵御位移變形，當側向位移較大時其結合面會發生脫離，隔熱鋁材甚至會出現斷裂的現象，安全性令人擔憂。

　　節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能技術的出現，為我國的建筑節能貢獻出力量，同時也建議廣大工程方選擇建筑門窗、幕墻用材時，始終要將質量和安全放在首位。

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