钢丝网架聚苯板外保温体系上瓷砖饰面粘结强度的研究
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摘要
摘 要
外墙外保温技术是一种最早诞生于 16 世纪欧洲的建筑节能技术，在上世纪
70 年代石油危机后逐渐得到人们的重视，最近经过几十年的发展愈加成熟。随
着我国建筑节能工作的深入推进，我国将该技术引进，并进行了改进。目前，外
墙外保温技术已经在全国各地得到越来越广泛的应用。国内外对其各项性能都进
行了比较深入的研究，但是大部分集中在体系的保温性、耐候性等方面。而对在
外墙外保温上所粘贴饰面砖的粘结强度和饰面砖在地震作用和风荷载作用下的
粘结安全性没有进行系统性的研究。本文结合目前国内应用较为广泛的外墙外保
温形式：钢丝网架聚苯板外墙外保温，通过静力试验、模拟地震振动台试验和
ANSYS 有限元分析几种方法对外保温上粘贴饰面砖在承受水平、竖直荷载下与
钢丝网架聚苯板的粘结强度进行了比较系统深入的研究。
静力试验结果表明：普通抹面砂浆层与钢丝网架聚苯板的粘结强度是整个外
保温体系粘结强度的最薄弱层。对于垂直于墙面的粘结强度而言，由于最终破坏
是由于抹面砂浆层破坏，而钢丝网架和 L 型钢筋变形较小，所以作为起加强连接
作用的钢丝网架和 L 型钢筋对提高垂直与墙面的粘结荷载的作用不是很大。对于
平行于墙面的粘结强度而言，由于在这个方向抹面砂浆层与钢丝网架的粘结性、
整体性较好，砂浆层与聚苯板粘结破坏以后发生滑移时，会带动钢丝网架与 L
型钢筋发生很大的弯曲变形。因此钢丝网架和 L 型钢筋能更有效的提高平行于墙
面的粘结强度。但是，无论在哪个方向抹面砂浆层与聚苯板发生粘结破坏后，钢
丝网架与 L 型钢筋都可以防止抹面砂浆层及其上的饰面层堕下伤人。
振动台试验结果表明：由于钢丝网架聚苯板的刚度较大，使得整个外保温体
系的自振频率很高，远远大于建筑结构的自振频率和实际地震的主要频率，因此
在地震中钢丝网架聚苯板外保温体系及其上的饰面砖是随建筑物同步运动的，不
需要考虑二者的动力耦合效应。粘贴在钢丝网架聚苯板上的饰面砖所受的荷载就
是建筑物在地震作用下的动力输出。试验结果也表明在加速度为 0.1g、0.2g 和
0.4g 地震波作用下，粘贴在钢丝网架聚苯板上的饰面砖未发生任何松动、脱落现
象。
I
北京工业大学大学工学硕士学位论文
本文最后依据国家规范，对计算高层建筑外墙外保温所受地震作用和风荷载
的方法作出一些初步的探讨；利用有限元分析软件 ANSYS 对静力试验进行了数
值模拟，将模拟结果与试验结果进行了对比。
EIFS(Exterior wall insulation system ) is a structure power-saving technology
which was first bore in Europe in BC.17.After last century ’s oil crisis EIFS
gradually achieve more attentions .Lately with a few decades development it is
becoming more mature .With the population of structure energy conservation at
home , EIFS was introduced into our country and is developing in the use .Now,
engineers both at broad and at home have taken relatively in-depth researches in each
term performance of EIFS ,but lots of them focus on the heat retaining ability and the
weather ability , few on the cohesive strength of decorative tiles on EIFS and the
cohesive strength security under earthquake effect and wind load .
This article take the most population exterior wall insulation system at home:
wire mesh frame filler polystyrene broad exterior wall insulation system for example,
through static test 、simulated earthquake vibration table test and finite element
analysis by the ANSYS software, relatively in-depth study the cohesive strength
between the decorative tiles and polystyrene broad under the horizontal direction
load and the elevation direction load .
The results of the static test show the cohesive strength between the common
finishing bedding mortar and polystyrene broad is the weakest layer of the cohesive
strength of the exterior wall insulation system .For the cohesive strength in the
direction normal to wall face ,because the eventual failure is the finishing bedding
mortar destroy ,the distortion of the wire mesh frame and the L－type steel bars are
small, the reinforced effect of wire mesh frame and the L-type steel bars to enhance
the cohesive strength is weak. For the cohesive strength in the direction parallel to the
wall face ,because in this direction the caking ability between the finishing bedding
mortar and wire mesh frame is satisfactory ,when the finishing bedding mortar slip
after the cohesive failure with the polystyrene broad ,it would make wire mesh frame
and the L-type steel bars happen prodigious flexural deformation. So, the failure in
this direction can make full use of the material strength of wire mesh frame and the
III
北京工业大学大学工学硕士学位论文
L-type steel bars. While after either direction failure the wire mesh frame and
L-type steel bars can prevent the finishing bedding mortar and decorative coat felling
down and injuring human.
The results of vibration table test show that because the angular rigidity of
the wire mesh frame filler polystyrene board is great ,result in the entire exterior
wall insulation system ’s natural vibration frequency is also great, it is greater than
the structures’natural vibration frequency and the main frequency of the earthquake.
In the earthquake, exterior wall insulation system of wire mesh filler polystyrene
broad and the decorative tiles on it make the synchronized motion with buildings. It
need not consider the dynamic coupling effect. The load putting on the decorative tiles
sticking to the wire mesh frame filler polystyrene board in the earthquake is the
buildings’dynamic output under the earthquake effect. The decorative tiles were not
unstuck and fell off under the shock of the earthquake wave of 0.1g、0.2g and
0.4g.
At last this article discussed the calculating method of the earthquake effect and
the wind load according to the codes of the people republic of China; Simulating
the static test by using finite element analysis software ANSYS, comparing the results
of numerical simulation with the result of static test.
外墙外保温技术是一种最早诞生于 16 世纪欧洲的建筑节能技术，在上世纪
70 年代石油危机后逐渐得到人们的重视，最近经过几十年的发展愈加成熟。随
着我国建筑节能工作的深入推进，我国将该技术引进，并进行了改进。目前，外
墙外保温技术已经在全国各地得到越来越广泛的应用。国内外对其各项性能都进
行了比较深入的研究，但是大部分集中在体系的保温性、耐候性等方面。而对在
外墙外保温上所粘贴饰面砖的粘结强度和饰面砖在地震作用和风荷载作用下的
粘结安全性没有进行系统性的研究。本文结合目前国内应用较为广泛的外墙外保
温形式：钢丝网架聚苯板外墙外保温，通过静力试验、模拟地震振动台试验和
ANSYS 有限元分析几种方法对外保温上粘贴饰面砖在承受水平、竖直荷载下与
钢丝网架聚苯板的粘结强度进行了比较系统深入的研究。
静力试验结果表明：普通抹面砂浆层与钢丝网架聚苯板的粘结强度是整个外
保温体系粘结强度的最薄弱层。对于垂直于墙面的粘结强度而言，由于最终破坏
是由于抹面砂浆层破坏，而钢丝网架和 L 型钢筋变形较小，所以作为起加强连接
作用的钢丝网架和 L 型钢筋对提高垂直与墙面的粘结荷载的作用不是很大。对于
平行于墙面的粘结强度而言，由于在这个方向抹面砂浆层与钢丝网架的粘结性、
整体性较好，砂浆层与聚苯板粘结破坏以后发生滑移时，会带动钢丝网架与 L
型钢筋发生很大的弯曲变形。因此钢丝网架和 L 型钢筋能更有效的提高平行于墙
面的粘结强度。但是，无论在哪个方向抹面砂浆层与聚苯板发生粘结破坏后，钢
丝网架与 L 型钢筋都可以防止抹面砂浆层及其上的饰面层堕下伤人。
振动台试验结果表明：由于钢丝网架聚苯板的刚度较大，使得整个外保温体
系的自振频率很高，远远大于建筑结构的自振频率和实际地震的主要频率，因此
在地震中钢丝网架聚苯板外保温体系及其上的饰面砖是随建筑物同步运动的，不
需要考虑二者的动力耦合效应。粘贴在钢丝网架聚苯板上的饰面砖所受的荷载就
是建筑物在地震作用下的动力输出。试验结果也表明在加速度为 0.1g、0.2g 和
0.4g 地震波作用下，粘贴在钢丝网架聚苯板上的饰面砖未发生任何松动、脱落现
象。
I
北京工业大学大学工学硕士学位论文
本文最后依据国家规范，对计算高层建筑外墙外保温所受地震作用和风荷载
的方法作出一些初步的探讨；利用有限元分析软件 ANSYS 对静力试验进行了数
值模拟，将模拟结果与试验结果进行了对比。
EIFS(Exterior wall insulation system ) is a structure power-saving technology
which was first bore in Europe in BC.17.After last century ’s oil crisis EIFS
gradually achieve more attentions .Lately with a few decades development it is
becoming more mature .With the population of structure energy conservation at
home , EIFS was introduced into our country and is developing in the use .Now,
engineers both at broad and at home have taken relatively in-depth researches in each
term performance of EIFS ,but lots of them focus on the heat retaining ability and the
weather ability , few on the cohesive strength of decorative tiles on EIFS and the
cohesive strength security under earthquake effect and wind load .
This article take the most population exterior wall insulation system at home:
wire mesh frame filler polystyrene broad exterior wall insulation system for example,
through static test 、simulated earthquake vibration table test and finite element
analysis by the ANSYS software, relatively in-depth study the cohesive strength
between the decorative tiles and polystyrene broad under the horizontal direction
load and the elevation direction load .
The results of the static test show the cohesive strength between the common
finishing bedding mortar and polystyrene broad is the weakest layer of the cohesive
strength of the exterior wall insulation system .For the cohesive strength in the
direction normal to wall face ,because the eventual failure is the finishing bedding
mortar destroy ,the distortion of the wire mesh frame and the L－type steel bars are
small, the reinforced effect of wire mesh frame and the L-type steel bars to enhance
the cohesive strength is weak. For the cohesive strength in the direction parallel to the
wall face ,because in this direction the caking ability between the finishing bedding
mortar and wire mesh frame is satisfactory ,when the finishing bedding mortar slip
after the cohesive failure with the polystyrene broad ,it would make wire mesh frame
and the L-type steel bars happen prodigious flexural deformation. So, the failure in
this direction can make full use of the material strength of wire mesh frame and the
III
北京工业大学大学工学硕士学位论文
L-type steel bars. While after either direction failure the wire mesh frame and
L-type steel bars can prevent the finishing bedding mortar and decorative coat felling
down and injuring human.
The results of vibration table test show that because the angular rigidity of
the wire mesh frame filler polystyrene board is great ,result in the entire exterior
wall insulation system ’s natural vibration frequency is also great, it is greater than
the structures’natural vibration frequency and the main frequency of the earthquake.
In the earthquake, exterior wall insulation system of wire mesh filler polystyrene
broad and the decorative tiles on it make the synchronized motion with buildings. It
need not consider the dynamic coupling effect. The load putting on the decorative tiles
sticking to the wire mesh frame filler polystyrene board in the earthquake is the
buildings’dynamic output under the earthquake effect. The decorative tiles were not
unstuck and fell off under the shock of the earthquake wave of 0.1g、0.2g and
0.4g.
At last this article discussed the calculating method of the earthquake effect and
the wind load according to the codes of the people republic of China; Simulating
the static test by using finite element analysis software ANSYS, comparing the results
of numerical simulation with the result of static test.
引文
1．中国建筑协会建筑节能专业委员会 ，建筑部建筑节能中心.外墙外保温技术.
中国计划出版社，1999
2． 程武生. 高层住宅现浇混凝土外墙外保温板结构施工技术要点. 建筑技术,
2001,31(10)：684～685
3．顾同曾. 高层住宅现浇混凝土外墙外保温体系研究. 施工技术, 1997，28(7)：
6～8
4．冯金秋.聚苯板外保温质量要求及检验方法. 墙材革新与建筑节能,1998，
(5)：30～34
5．黄振利, 林燕成, 朱青. 外墙外保温瓷砖外饰面系统抗震试验与分析. 建筑
技术开发, 2002,29(11)：56～58
6．顾同曾, 夏祖宏, 周炳章, 邸占英. 现浇混凝土外墙与外保温板整体浇注体
系. 施工技术, 2001，31(8)：1～4
7．张清滨. 法国提高外保温涂(灰)层的耐久性研究情况简介. 工程设计 CAD 与
智能建筑, 2002，(2)：79
8．叶耀先，钮泽秦. 非结构抗震设计. 地震出版社，1991
9．中华人民共和国国家标准建筑结构荷载规范, GB 50009—2001
10.中华人民共和国国家标准建筑抗震设计规范, GB 50011—2001
11.中华人民共和国行业标准建筑工程饰面砖粘接强度检验标准, JGJ 110-97
12. Kub Edward G.II.Cracking in exterior insulation and finish systems.
Journal of Performance of Constructed Facilities, 1993，7(1)：60～66
13. Nelson. Joint movement of a panelized EIFS wall system. ASTM Special
Technical Publication, 1995：294～360
14. Williams. Monitoring joint movement in a panelized EIFS building. ASTM
Special Technical Publication, 1995：307～320
15. 刘宏, 范建州. EPS 材料性能的实验研究. 电力学报,2000，15(4)：257～
260
16. 杜骋, 杨军. 聚苯乙烯泡沫(EPS)的特性及应用分析. 东南大学学报(自然
科学版),2000，31(3)：138～142
- 94 -
参考文献
17. 那文杰, 王波.聚苯乙烯泡沫(EPS). 黑龙江水利科技,2003，(3)
18. 武福安, 张建国. 钢丝网架水泥聚苯乙烯泡沫板在建筑工程加层中的应用.
建筑技术开发,2003，30(8)：50～98
19. 李晓明. 建筑工业产业产品标准《膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统》主要
特点简介.工程质量,2003,(10)：30～31
20. 马兰, 苏文东. 高层建筑聚苯板外墙外保温的构造和施工方洁. 建筑技
术,2000,33(10)：747～749
21. 杨嗣信, 吴涟.节能外墙保温的几神作法和今后发展趋势. 建筑技
术,1999,23：734～738
22. 张 军 . 外 墙 外 保 温 技 术 在 北 方 住 宅 中 的 应 用 . 鞍 山 钢 铁 学 院 学
报,2002,25(4)：295～297
23. 朱艳芳.外墙外保温系统的耐久性测试. 保温材料与建筑节能,2002：30～31
24. 王立久 , 赵国藩 . 建筑模网夹芯混凝土增强机理研究 . 建筑材料学
报,2000,3(2)：99～102
25. 马锦明, 张芹, 施卫星, 徐伟. 《建筑幕墙抗震性能振动台试验方法》的编
制和应用. 建筑结构, 2002,32(9)：63～64
26. 张芹. 石材幕墙抗震设计与抗震性能试验. 工程抗震, 2000,(4)：22～25
27. 卢文胜 , 曹文清 , 杜芳 . 幕墙抗震性能检验方法探讨 . 抗震与抗
风,2000,(1)：16～44
28. 刘志雄, 徐建航, 尹橞.影响建筑幕墙抗震性的因素分析及其构造措施. 建
筑门窗与金属建材,2002：41～42
29. 过镇海.钢筋混凝土原理.清华大学出版社,1999
30. 刘涛,杨凤鹏.精通 ANSYS.清华大学出版社,2000
31. ANSYS 公司.ANSYS 建模与分网指南.ANSYS 公司,1998
32. ANSYS 公司.ANSYS 基本过程手册.ANSYS 公司,1998
33. 王礼立.应力波基础.国防工业出版社，1985
34. 许琪楼，李杰，李国强.建筑结构抗震设计.河南科学技术出版社，1992
35．胡晓,禹莹,王济,张伯艳.装饰石材及其支撑结构抗震性能试验研究.工程抗
震, 1999,(4)：34～37
- 95 -
北京工业大学工学硕士学位论文
36 任志敏,任冬云,刘坤伦,刘景涛. 新型钢丝网骨架增强塑料复合管的有限元
分析. 中国塑料, 2002,16(11)：39～43
37. 那文杰，王波.聚苯乙烯泡沫（EPS）的特性及在土工中的应用. 黑龙江水利
科技,2003,(2)：107～108
38．沈聚敏，王传志，江见鲸.钢筋混凝土有限元与板壳极限分析.清华大学出版
社，1993
39. Krawinkler H．Possibilities and limitations of scale—model testing
In earthquake engineering ． Proc ， And US Nat .Conf, Earthquake
engineering，1979
40. Hardin B O， Drnevich V P．Shear Modulus and damping in soils． New
york。J．ASCE，1972
41. WangTiansong, Liuying .Stability saturated Sands under earthquake
Loading. Computers and Genetics ,1986
42. ISchnabe P B, Lysrner J. Seed H B．SHAKE：a computer program for
earthquake response analysis of horizontally layered site. Report
EERL,1972
43. Romo M P, Seed H f. Analytical modeling of dynamic soil response In
the Mexico earthquake of September 19,1985,the Mexico earthquake.
New York: ASME ,1987
44. AikenlD ed al. testing of Passive Energy Dissipation Systems.
Earthquake spectra,1993,(3):335～368
45. Housner G W et al. Structure Control: Past ,present ,future. journal
of Engineering Mechanics ,1997,123(9)：897～958
46．M．C．Graham．Design Strategies for Coupling Buildings[D]．Masters
thesis at the Massachusetts Institute of Technology,1994
47. Kageyama M,Youhlda O，Yasul Y．A Study on optimal Damping System for
Connected Double Frame Structures[A]．Proc．Of lst World Conf．on
Structure Control[C]．Los Angeles，1994：4～32
48. C．Gallo M．Sale A．M．Sayigh，Architecture Comfort and Energy，EL
- 96 -
参考文献
Sevier Science Ltd．1998
49. Brian Edwards. Sustainable Architecture. European Directives &
Building Design Brian,1999
50. David Pearson，The Natural House Book Published by Conran Octopus
Limited，1998
51. Krarti．M. Effect of air flow on heat transfer in walls. Journal of
Solar Energy Engineering Transactions of ASME ，116（l）
52. Haupl,p,stopp, H.Feuchteranspor. Coupled heat air and moisture
transfer in building Structures. lnt Heat mass Transfers．40， 1997，
(7)
53. React Directives for the Assessments of external Insulation systems
for Wall （ Expanded polystyrene Insulation Faced With a Thin
Rendering），M.O.A NO．22：1998
54. Gated FLEURY .Quality Requirements For the EIFS in FRANCE. CSTB,1992
55. M.NADERI.Polymer Modified repair Materials － strength and
durablllty.TheQueen’sUnlverslty of Belfast Northern Ireland，md
ICPIC, 1978
56. Duskova M.Measurements on a flexible pavement structure with an EPS
geofoam sub-base .Geotextiles and Remembrances ,1997，（15）:5～27
中国计划出版社，1999
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5．黄振利, 林燕成, 朱青. 外墙外保温瓷砖外饰面系统抗震试验与分析. 建筑
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14. Williams. Monitoring joint movement in a panelized EIFS building. ASTM
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16. 杜骋, 杨军. 聚苯乙烯泡沫(EPS)的特性及应用分析. 东南大学学报(自然
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参考文献
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18. 武福安, 张建国. 钢丝网架水泥聚苯乙烯泡沫板在建筑工程加层中的应用.
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20. 马兰, 苏文东. 高层建筑聚苯板外墙外保温的构造和施工方洁. 建筑技
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21. 杨嗣信, 吴涟.节能外墙保温的几神作法和今后发展趋势. 建筑技
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报,2002,25(4)：295～297
23. 朱艳芳.外墙外保温系统的耐久性测试. 保温材料与建筑节能,2002：30～31
24. 王立久 , 赵国藩 . 建筑模网夹芯混凝土增强机理研究 . 建筑材料学
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25. 马锦明, 张芹, 施卫星, 徐伟. 《建筑幕墙抗震性能振动台试验方法》的编
制和应用. 建筑结构, 2002,32(9)：63～64
26. 张芹. 石材幕墙抗震设计与抗震性能试验. 工程抗震, 2000,(4)：22～25
27. 卢文胜 , 曹文清 , 杜芳 . 幕墙抗震性能检验方法探讨 . 抗震与抗
风,2000,(1)：16～44
28. 刘志雄, 徐建航, 尹橞.影响建筑幕墙抗震性的因素分析及其构造措施. 建
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29. 过镇海.钢筋混凝土原理.清华大学出版社,1999
30. 刘涛,杨凤鹏.精通 ANSYS.清华大学出版社,2000
31. ANSYS 公司.ANSYS 建模与分网指南.ANSYS 公司,1998
32. ANSYS 公司.ANSYS 基本过程手册.ANSYS 公司,1998
33. 王礼立.应力波基础.国防工业出版社，1985
34. 许琪楼，李杰，李国强.建筑结构抗震设计.河南科学技术出版社，1992
35．胡晓,禹莹,王济,张伯艳.装饰石材及其支撑结构抗震性能试验研究.工程抗
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- 95 -
北京工业大学工学硕士学位论文
36 任志敏,任冬云,刘坤伦,刘景涛. 新型钢丝网骨架增强塑料复合管的有限元
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37. 那文杰，王波.聚苯乙烯泡沫（EPS）的特性及在土工中的应用. 黑龙江水利
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38．沈聚敏，王传志，江见鲸.钢筋混凝土有限元与板壳极限分析.清华大学出版
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40. Hardin B O， Drnevich V P．Shear Modulus and damping in soils． New
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42. ISchnabe P B, Lysrner J. Seed H B．SHAKE：a computer program for
earthquake response analysis of horizontally layered site. Report
EERL,1972
43. Romo M P, Seed H f. Analytical modeling of dynamic soil response In
the Mexico earthquake of September 19,1985,the Mexico earthquake.
New York: ASME ,1987
44. AikenlD ed al. testing of Passive Energy Dissipation Systems.
Earthquake spectra,1993,(3):335～368
45. Housner G W et al. Structure Control: Past ,present ,future. journal
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46．M．C．Graham．Design Strategies for Coupling Buildings[D]．Masters
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47. Kageyama M,Youhlda O，Yasul Y．A Study on optimal Damping System for
Connected Double Frame Structures[A]．Proc．Of lst World Conf．on
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48. C．Gallo M．Sale A．M．Sayigh，Architecture Comfort and Energy，EL
- 96 -
参考文献
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51. Krarti．M. Effect of air flow on heat transfer in walls. Journal of
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52. Haupl,p,stopp, H.Feuchteranspor. Coupled heat air and moisture
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(7)
53. React Directives for the Assessments of external Insulation systems
for Wall （ Expanded polystyrene Insulation Faced With a Thin
Rendering），M.O.A NO．22：1998
54. Gated FLEURY .Quality Requirements For the EIFS in FRANCE. CSTB,1992
55. M.NADERI.Polymer Modified repair Materials － strength and
durablllty.TheQueen’sUnlverslty of Belfast Northern Ireland，md
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