隔热型材的弹性原理与建筑抗震设计

　　2008年5月我国四川省汶川县发生里氏8.0级大地震，给当地造成了巨大的人员伤亡与财产损失。在国家大力提倡建筑节能的同时，如何做到既节能环保，达到当地建筑隔热标准；又抗震抗压，保卫人民的人身财产安全，这对隔热型材提出了更严格的要求。为什么会发生地震呢？地震是地球内部物质运动的一种状态，对地震发生的原因有三种影响较大的解释：一是地球内部不断积累的应变能超过岩石强度时产生断层，断层形成后，岩石弹性回跳，恢复原来状态，于是把积累的能量突然释放出来，引起地震，这是“弹性回跳说”；二是地下岩石导热不均，部分岩浆膨胀，挤压围岩，导致围岩破例产生地震，这是“岩浆冲击说”；三是地下物质在一定临界温度和压力下，从一种结晶状态转化为另一种结晶状态，体积突然变化而发生地震的“相变说”。 我国位于世界两大地震带——环太平洋地震带与欧亚地震带之间，受太平洋板块、印度板块和菲律宾海板块的挤压，地震断裂带十分成熟。20世纪以来，我国共发生6级以上地震近800次，遍布除贵州、浙江两省和香港特别行政区以外所有的省、自治区、直辖市。

　　地震发生时，建筑门窗和幕墙必然与建筑主体结构有着相同方向的侧向位移。但由于幕墙与主体结构之间有存在着弹性连接，从而可以承受一定程度的同向侧向位移。对于节能型隔热门窗和幕墙来讲，它们所使用的隔热铝材在这方面有没有差别呢？答案是肯定的。

　　现在的建筑市场上，存在两种主要的隔热铝门窗技术。一种是源于欧洲的穿条式隔热技术；另外一种是来自于北美的注胶式隔热技术。该技术在美国、日本、中东等地震多发地区应用较广泛。下面我们来详细论述一下注胶隔热系统的抗震原理。亚松注胶断热冷桥技术的基本原理是将铝合金型材分成内外两个整体看待，两者之间利用一种特殊配方的高分子聚合物—高密度聚氨酯隔热胶进行弹性结合。从而，在铝合金型材的内外侧之间形成有效断热层，使通过门窗框或扇型材散失热量的途径被阻断，达到高能效的断热目的。

　　注胶式隔热铝材的形成主要是依靠高密度聚氨酯隔热胶和铝材表面的粘接原理。因此，我们可以说注胶隔热铝材的抗震性主要表现在隔热胶及隔热胶与铝材表面的粘弹性连接上。

　　首先，亚松隔热技术的核心是高分子聚合物—聚氨酯隔热胶。聚氨酯隔热胶可以被看作是一种含软链段和硬链段的嵌段共聚物。由于两种链段的热力学性能有所不同，从而导致在聚合物基体内部形成微相区。隔热胶的硬链段相起增强作用，提供多官能度物理交联（即形成氢键而起“交联”作用），软链段基体被硬段相区交联。因此，隔热胶本身具有优越的力学性能和物理弹性。亚松断热胶利用其硬链段和软链段特殊的相区结构保证了高质量的机械强度、粘结强度、模量和热稳定性，从而可代替螺栓、铆钉等形式来进行铝型材的连接，并可长时间承受动、静负荷。

　　其次，隔热胶利用其特殊的相区分布和立方体结构，与铝材结合面保持着优越的粘弹性力学结合，且隔热胶本身的断裂伸长率大于20% 。这种结合方式可以保证当地震造成的建筑侧向位移对隔热铝材进行作用时，隔热胶与铝材的粘弹性结合部分及隔热胶本身可以传递和吸收由此产生的能量，隔热铝材不会发生断裂的现象，从而可以保证在一定震级下建筑铝窗的完好和安全。

　　作为2008北京奥林匹克运动会主场馆的国家游泳中心（水立方），经过严格的论证和计算，最终确认了立方钢架焊接的设计方案。该方案利用能量传递的思路将地震发生时的能量从一点迅速传向其他各处并被吸收，从而达到抗震的目的；与水立方设计原理类似，同样作为奥运项目比赛场馆的国家会议中心，经过国内外著名建筑咨询机构和施工团队的反复论证，最终确定运用注胶式隔热系统独特的粘弹性设计，同样可以将地震发生时的能量通过粘弹性连接设计传递并被吸收。

　　对于其他形式的隔热铝材来讲，其构成工艺主要是以隔热材料与铝材之间的机械连接完成。这种结合方式几乎没有弹性连接存在，且隔热材质的断裂伸长率较低（仅为3.5%左右）。这种结合方式一旦遇到建筑侧向位移对隔热铝材进行作用时，隔热材质与铝材仅依靠机械咬合力抵御位移变形，当侧向位移较大时其结合面会发生脱离，隔热铝材甚至会出现断裂的现象，安全性令人担忧。

　　节能更要注意建筑安全，我们希望在中国的建筑上看到更多节能技术的出现，为我国的建筑节能贡献出力量，同时也建议广大工程方选择建筑门窗、幕墙用材时，始终要将质量和安全放在首位。

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