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0引言
超低能耗建筑是引自德国的节能理念，我国建筑材料、部品件种类、施工方法和标准规范等与德国有区别，照搬德国设计不利于技术落地[1]。为使超低能耗建筑设计“本土化”，我国超低能耗建筑从业者对德国节能技术进行了深度剖析，自2012年首栋超低能耗建筑建成以来，经历大量工程项目实践，并且结合传统节能建筑设计、材料类型形成了国家图集16J908-8《被动式低能耗建筑———严寒和寒冷地区居住建 筑》[2]
。图集的颁布为行业主管部门对超低能耗建筑进行施工
图专项审查提供了依据，有利于超低能耗建筑监管，对行业
的发展有促进作用。但图集编制时间仓促，采用“先立后破”的思路，部分节点设计存在不足。本文从节点设计原理和超低能耗建筑设计目的出发，结合前期工程实践，对图集中部分节点构造进行分析并提出建议，仅供参考。
1
1.1
图集中屋面节点如图1所示，构造自下而上依次为结构
层-坡层（平层）-隔汽层-保温层-防水层（自粘），保温层与防水层之间未采用平层设计，图集的设计思路是取消具有湿作业的平层，实现屋面干法施工。笔者认为，在保温层与防水层之间应增设平层，如图2所示，原因有以下几点。（1）平层缓解防水卷材因基层不平整导致应力集中。防水卷材对基层平整度要求小于5mm [3]，基层不平整会使防水卷材弯曲，产生局部应力集中，使防水卷材产生疲劳裂纹，降低使用寿命。根据屋面构造层次和工程施工要求可知，保温
基金项目：“十三五”国家重点研发计划项目（2017YFC0702600）收稿日期：2019-10-10
作者简介：吴自敏，男，1987年生，工程师。地址：广东省佛山市顺德区碧桂园大道1号，E-mail ：****************。
对超低能耗建筑节点设计的几点思考
吴自敏1，2
，楚洪亮3，尹述伟2，李晓晨2，朱清宇2，李丛笑2
红旗检阅车揭秘（1.广东博意建筑设计院有限公司，广东佛山
528000；
2.中建科技有限公司，北京
100070；3.中国建筑技术中心，北京
101300）
摘要：对16J908-8《被动式低能耗建筑———严寒和寒冷地区居住建筑》图集中节点设计进行分析。从多个角度说明屋面节点中
保温层上应增设平层，保温层中应设置排汽通道并给出排汽道设计建议。阐述了防水隔汽膜的作用，并在此基础上对部分节点设计提出修改建议，包括外保温系统和门窗系统。分析了部分节点在材料使用上的误区，涉及材料相容性和合规性。
关键词：超低能耗建筑；节点设计；被动房；近零能耗建筑中图分类号：TU111.19+5
文献标识码：A
文章编号：1001-702X （2020）12-0107-04
Reflect on the joints design of ultra-low energy consumption buildings
WU Zimin 1，2
，CHU Hongliang 3，YIN Shuwei 2，LI Xiaochen 2，ZHU Qingyu 2，LI Congxiao 2
（1.Guangdong Boyi Architectural Design Institute Co.Ltd.，Foshan 528000，China ；2.China Construction Science and Technology Group Co .Ltd .，Beijing 100070，China ；
3.China State Construction Technical Center ，Beijing 101300，China ）
Abstract ：This paper reflect on the joints design of "Passive low-energy buildings-residential buildings in severe cold and
cold areas"（16J908-8）.It is explained from many angles that the leveling layer should be added to
the insulation layer of the roof joints design ，the exhaust passage should be set in the insulation layer ，and the design suggestions for the exhaust passage had be given.The function of waterproof vapor barrier had been stated ，and on this basis ，puts forward some modification suggestions for
the design of some joints ，including external insulation system and door and window system.Some misunderstandings in the use of materials are analyzed ，involving the compatibility and compliance of materials.
Key words ：ultra-low energy consumption building ，joints design ，passive house ，nearly zero energy
building
新型建筑材料
2020.12
图1
图集屋面节点
图2建议屋面节点
层面层平整度由保温材料和位于保温层下面的隔汽层施工共同决定。防水卷材直铺于保温层上时对保温层面层平整度将做出要求。表1以挤塑聚苯板为保温材料的保温屋面，按图集构造层次进行设计时保温层面层平整度最终累计至[-2，16]mm ，低于防水卷材对基层的平整度小于5mm 的控制要求。保温层上设置平层相当于“末端“处理，保证防水层基层平整度满足防水卷材铺设要求。
表1
挤塑聚苯板保温层面层平整度影响因素
（2）“钉扎”保温材料，缓冲保温材料与防水层之间拉应力。严寒和寒冷地区夏季屋面在太阳辐射作用下温度达到55~60℃，冬季屋面表面温度低于环境温度，一年四季环境温度交替变化[4]。以屋面常用保温材料挤塑聚苯板为例，挤塑聚苯板线膨胀系数为0.7mm/（m ·K ），常用尺寸600mm （短边）×1200mm （长边），屋面全年温差以70℃计，挤塑聚苯板在温度作用下沿长边尺寸变化量为58.8mm ，变化率4.9%。混凝土线膨胀系数为（6.8~12.7）×10-3mm/（m ·K ），全年70℃温度变化条件下混凝土尺寸变化量为8.4mm ，变化率为0.7%。将防水卷材
直铺于保温层上，将产生较大拉应力。混凝土尺寸变化率远小于挤塑聚苯板，位于保温层上的混凝土平层对保温板有“钉扎”作用，抑制保温材料变形，为防水层提供热稳定更高的基
层，减少防水层因基层受热发生尺寸变化而产生的拉应力。（3）为自粘防水卷材提供惰性基层。自粘防水卷材胶粘材料与保温材料均为高分子类材料，胶粘材料配方种类繁多，与保温材料之间缺乏长时间相容性验证。混凝土为惰性材料，自粘防水卷材粘贴在混凝土基层上为现行通用设计方法，在缺乏有效理论支撑条件下，将自粘防水卷材粘贴在混凝土材料上是技术成熟、性能可靠的设计方法。倒立摆
（4）为防水层提供整体性更高的基层。屋面保温层所用保温材料为块状。受工厂生产设备、生产工艺和材料特性等条件限制，块状保温材料出厂制品尺寸（宽×长）以600mm ×600mm
和600mm ×1200mm 为主，组成保温层的保温材料间拼缝较多，将防水卷材直铺于保温材料上拼缝部位容易产生应力集中，降低防水层使用寿命。1.2
保温层设置排汽通道的必要性思考
传统保温隔热屋面排汽通道采用干铺碎石堆积产生的缝隙进行排汽，该方法在屋面产生较大线性热桥，我国超低能耗建筑屋面设计均未设计排汽通道。笔者出于以下几点考虑，认为屋面应设计排汽通道。
（1）排汽通道能平衡屋面保温层与室外环境之间气压。超低能耗建筑屋面防水设计采用正置式屋面，防水层与隔汽层进行搭接，该设计方法保温层封闭在防水层与隔汽层之间。屋面保温层常用的保温材料挤塑聚苯板和石墨聚苯板属于块状保温材料，保温层内存在两类缝隙，一是块状保温材料之间拼接不完整产生拼接缝隙；二是块状保温材料底面与隔汽层之间因基层不平、保温板弯曲等因素与隔汽层间存在缝隙，两类缝隙相互连通。屋面防水层施工完毕后，缝隙中的空气将封闭在防水层中。在夏季，保温层中靠近屋面面层部位空气受热后通过对流作用整体提升缝隙中空气温度，在密闭条件下空气温度上升产生附加压力ΔP G 。温度上升时保温材料平衡含水量降低，向保温层中释放水蒸气，保温层中水蒸气分压增大产生附加蒸汽压ΔP V 。夏季屋面温度上升时卷材粘结层胶粘作用有所降低，特别是穿屋面管道等穿刺部位。保温层中空气和蒸汽产生的附加压力通过力的传递最终作用在防水层上，容
影响因素尺寸/mm
依
据
保温材料出厂尺寸偏差
[-2，6]（1）GB/T 10801.2—2018《绝热用挤塑聚苯
乙烯泡沫塑料（XPS ）》；（2）屋面保温层为
双层保温层，偏差以双层计算
隔汽层
搭接[0，5]
（1）隔汽层搭接部位厚度大于非搭接部位；受卷材限制尺寸限制和搭接要求，隔汽层局部出现3层隔汽材料相互搭接；（2）隔汽层材料以图集中推荐2.5mm 厚自粘沥青防水卷材计算
隔汽层下
平层平整度要求[0，5]GB 50207—2012《屋面工程质量验收规范》合计
[-2，16]
考虑材料原因和施工原因叠加
效果
吴自敏，等：对超低能耗建筑节点设计的几点思考
108··
易使防水层局部破坏。在保温层中设计排汽通道能平衡保温层与室外气压，保证屋面防水层使用环境。
（2）利于施工组织实施，提升屋面系统可建造性。封闭式屋面在防水层施工完成后，保温层将封闭在隔汽层和防水层之间，封闭在保温层中水汽难以散发。为保证保温层干燥，在施工过程中需要强化对材料含水量的管控，而工程实施过程中要求对材料含水量进行测定操作性不强，施工过程中屋面早晨还会产生结露水，对施工过程中环境管控要求增加[5]。屋面保温层中设置排汽通道可降低屋面系统
施工过程中对材料含水量和施工环境的要求，屋面系统服役期间通过排汽通道进行“呼吸”作用排出保温层中水汽，施工可建造性提升。
（3）排汽通道设计建议。GB50345—2012《屋面工程技术规范》建议排汽道宽度为40mm，静止空气水蒸汽渗透系数为（60~72）×104ng/（Pa·m·h）[6-7]，岩棉水蒸气渗透系数为48.8×104 ng/（Pa·m·h）[8]。为实现与40mm静止空气排汽道等效功能且
利于施工质量管控，岩棉排汽道的宽度设置宜为100mm，排汽道用岩棉协同屋面防火隔离带一并设计，增强屋面排汽功能。
2防水隔汽膜设计思考
防水隔汽膜兼具高延展性、高水蒸气渗透阻和气密性特点，是超低能耗建筑围护结构使用的一种关键性功能材料，广泛用于穿外墙管道、门窗部位。在设计过程中需要根据防水隔汽膜的功能厘清与保温层之间的位置关系，做到在构造层次上水蒸气渗透通路“难进易出”，实现降低围护结构冷凝风险的功效，同时防水隔汽膜应与门窗系统正确搭接，实现外墙围护结构整体气密性[9]。
2.1防水隔汽膜与保温层之间的位置关系思考
严寒和寒冷地区超低能耗建筑外墙保温形式为外保温，采暖季室内水蒸气分压大于室外，以水泥基为
主的墙体具有高水蒸气渗透阻力，有利于减少室内水蒸气向保温层扩散，满足水蒸气“难进易出”的设计原则。超低能耗建筑局部节点在协调考虑结构安全、防水可靠和降低热桥效应时选择内保温形式，此时需要注意防水隔汽膜的设置位置，以图集中斜屋顶天窗节点为例，天窗窗框通过隔热垫木安装于屋面反梁上有利于天窗结构稳定；反梁为屋面防水层收头提供刚性基层，有利于增强防水系统可靠性；为减少结构反梁热桥效应，反梁室内侧采用内保温形式，如图3所示。内保温系统中抹面层水蒸气渗透阻小于结构层，室内水蒸汽进入保温层后在保温层与结构层接触部位有冷凝风险。图集中防水隔汽膜设置于内保温层和结构层之间，此时防水隔汽膜丧失降低水蒸汽进入保温层的功效，应调整至内保温系统抹面层，且防水隔汽膜应覆盖整个热桥影响区域，如图4所示。图集中导光管节点防水隔汽膜位置也宜做出相应修改，本文不再赘述。
图3图集中斜屋顶天窗节点
图4建议斜屋顶天窗节点
2.2防水隔汽膜与门窗系统中搭接位置的思考
超低能耗建筑外墙围护结构高气密性根据不同部位采用不同的方式，其中墙体的气密层由砌块内侧抹灰层或现浇混凝土实现，门窗部品通过提升门窗部品出厂气密性等级实现，墙体气密层和门窗部品连接部位气密性通过防水隔汽膜搭接实现[10]。需要强调的是，门窗部品气密性并不涵盖与之连接副框
或者隔热垫木，门窗部品主框与副框或隔热垫木之间采用自攻螺钉连接，连接部位存在缝隙，为非气密性连接。图5所示是图集中单元门下口节点，防水隔汽膜搭接隔热垫木底部与楼板结构层，该搭接方式并未实现门框与墙体的气密层连续，室内侧空气可以通过隔热垫木与门框间缝隙渗漏。优化后单元门下口节点中防水隔汽膜搭接部位建议采用图6形式，防水隔汽膜搭接门框底部与楼板结构层。图集中户门、无障碍户门防水隔汽膜搭接部位也宜做出相应修改，本文不再赘述。
图5图集中单元门下口节
点
吴自敏，等：对超低能耗建筑节点设计的几点思考
109··
光纤电流互感器
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图6优化后单元门下口节点
3材料使用方面的思考
3.1材料使用相容性考虑
为提升建筑使用寿命，超低能耗建筑在材料种类上加大了化学建材的使用，在节点构造设计上改变了
原有材料的构造层次。化学建材的使用和节点构造的改变造成不同种类化学建材的搭配，化学建材的使用搭配应考虑其相容性。以图集中单元门下口节点为例（见图7），为提升建筑地下部位防水材料使用寿命，使用寿命和稳定性更高的三元乙丙防水卷材，但图集中三元乙丙防水卷材采用硅酮密封胶收头，三元乙丙防水卷材与硅酮密封胶2种材料不相容，二者会缓慢发生化学反应导致硅酮密封胶粘结力下降，无法达到防水收头的目的[11]。
图7单元门下口节点
3.2材料使用合规性
为降低局部热桥效应和提升建筑整体气密性，超低能耗建筑节点设计涉及大量保温材料和建筑密封胶使用，这两类化学建材燃烧性能为以B1级和B2级材料为主，我国现行建筑规范根据不同使用部位用建筑材料有专项要求，特别是燃烧性能等级。以电线穿外墙节点为例（见图8），该节点设计兼顾节点气密性设计和降低热桥效应，使用硅酮密封胶实现管线与套管之间的气密性连接，使用低导热系数的铝塑复合管套管、套管不穿外墙外保温层、套管与墙体间填充低导热系数的岩棉和硬泡聚氨酯实现降低管线热桥效应。硬泡聚氨酯、硅酮密封胶和铝塑复合管均为B1级材料。GB50016—2014《建筑防火设计规范》中6.7.11规定电气线路不应穿越或敷设在燃烧性能为B1或B2级的保温材料中；确需穿越或敷设时，应采取穿金属管并在金属管周围采用不燃隔热材料进行防火隔离等防火保护措施。因此，
根据规范要求，穿管线部位局部外墙外保温材料采用岩棉板或岩棉带；硅酮密封胶更改为耐火密封胶；铝塑复合管改为金属套管，并贯穿保温层，为降低金属套管贯穿保温层产生的热桥效应，金属套管材质采用不锈钢套管，不锈钢导热系数远低于铜铝等材质；电线套管与墙体之间缝隙采用岩棉填充，不能采用硬泡聚氨酯喷涂填充。
图8电线管穿外墙节点
4结语
（1）出于对屋面防水层的保护目的和提升屋面施工可建造性，认为屋面系统中保温层上应增设平层，保温层中应增设排汽通道。
（2）节点设计中防水隔汽膜应设置保持在湿度大的一侧，严寒和寒冷地区采用内保温时应设置在内保温靠近室内侧；防水隔汽膜与门窗部品件之间的搭接应保持气密层的连续性。
（3）节点设计应考虑材料搭配使用时化学建材之间的相容性和材料使用的合规性。
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（下转第113页
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110··
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（上接第110页）
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艋胛
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不如刚性材料明显，超某个应变速率后，试样负荷值反而降低。
2.2试样尺寸对石墨模塑板熔结性测试结果的影响
dota半人马酋长
由表2可知，密度18kg/m3和20kg/m3的石墨板，相同加荷速度条件下，采用大尺寸试件进行测试时，
负荷值是采用小尺寸测试时的1.8~2.0倍。同一密度的试样由同一块板材上裁切，理论上其弯曲强度应一致，即不管是以多大尺寸测试，最终计算的弯曲强度值应相等。依据弯曲强度的计算公式[1]，采用小尺寸时R=0.015F，而采用大尺寸时R=0.0075F，理论上，当加荷速度一致时，采用大尺寸测试获得负荷值应是采用小尺寸测试获得的负荷值的2倍，这与实际测试结果一致，但样品的尺寸偏差和均匀性等均会对结果造成一定影响，同密度板材的弯曲强度值并不完全相等，所以负荷值的比值不完全正好是2倍。
R=1.5×F×L b×d2（1）式中：R——
建筑速写技法—弯曲强度，Pa；
F——
—负荷值，N；
L——
—2个支座间的跨距，m；
b——
—试样宽度，m；
d——
—试样厚度，m。
从表2还可以看出，相同加荷速度条件下，采用大尺寸试件进行测试时，形变值是采用小尺寸试件测试时的2.5倍左右。同一密度的试样由同一块板材上裁切，理论上其弹性模量值也应一致。依据弹性模量的计算公式[1]，采用小尺寸时E= 1.25F t/X t，而采用大尺寸时E=2.5F t/X t。若假定石墨模塑板的变形为全程线性变形，由以上分析可知，采用大尺寸时F t是采用小尺寸时的2倍，那么理论上采用大尺寸时的变形量应是采用小尺寸时的4倍。但是石墨模塑聚苯板的弯曲变形过程不是全程线性，在加载后期会有一段非线性变形，断裂负荷值和变形值的取值是试样断裂时的取值，而计算弹性模量时的变形值，取的是线性变形阶段切线所对应的变形和变形对应的力值，所以采用大尺寸测试获得形变值和采用小尺寸测试获得的形变值并不是理论上的4倍，而是2.5倍左右。
E=L3×F t
4×b×d2×X t（2）式中：E——
—弯曲弹性模量，Pa；
F t——
—相应于变形X t时的负荷，N；
X t——
—相应变形，m。
试样尺寸对石墨模塑板熔结性测试结果有显著的影响，同理可推测试样尺寸对挤塑板、酚醛板等泡沫板材弯曲变形（变形值）测试结果也会有类似的影响。所以统一不同产品标准对弯曲性能测试的尺寸的要求，更有利于对不同产品标准的同一指标进行对比。
3结论
（1）在相同试样尺寸条件下，形变值和负荷值随加荷速度有相似的变化规律。密度为18kg/m3的石墨聚苯板无论是采用大尺寸还是小尺寸，形变值和负荷值均在加荷速度为30 mm/min时达到最大值。密度为20kg/m3的石墨聚苯板采用大尺寸进行测试时，形变值在30mm/min时达到最大，负荷值在40mm/min时达到最大；当采用小尺寸进行测试时，形变值和负荷值均在40mm/min时达到最大。
（2）相同加荷速度条件下，采用大尺寸进行测试时，负荷值是采用小尺寸测试时的1.8~2.0倍，形变值是采用小尺寸测试时的2.5倍左右。
（3）基于试样尺寸和加荷速度对石墨聚苯板熔结性能的影响，类推至其他外墙保温材料，建议在编制产品标准时，统一同种和同类产品相同检测项目的测试方法和条件，便于同种产品以及同类产品之间的相互对比。模塑板和挤塑板均为外墙保温材料，现行产品标准中对两者的弯曲变形值指标要求一致，但方法中对测试尺寸和加载速度的要求却不一致，2种产品无法直接进行性能上的比较。
参考文献：
[1]GB/T8812.2—2007，硬质泡沫塑料弯曲性能的测定第2部分弯
曲强度和表面弯曲弹性模量的测定[S].
曾春燕，等：加荷速度和试样尺寸对石墨模塑聚苯板熔结性测试结果的影响
113··
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