常规外墙保温材料多数有可燃性、易老化，火灾危险性较大且寿命有限，发达国家把保温材料夹在两层不燃材料之间，形成了三明治墙板，解决了以上缺陷。三明治墙板技术经过40多年的不断进化，预制混凝土的三明治墙板技术逐渐成熟，并形成了非组合式、组合式、部分组合式3类三明治墙板，其中的保温拉接件也从普通碳钢、不锈钢等金属材料向尼龙塑料、复合材料等非金属材质过渡，不同保温拉结件产品的三明治墙板设计和技术要求差异很大，本文简述三明治墙板的技术发展过程并着重介绍非组合三明治墙板的设计要点，供同行参考。

一、我国外墙节能设计的基本状况
非人工室内环境条件并不能完全满足日常生活的需求。我国北方地区冬季普遍具有采暖措施、夏天需要制冷空调，一般采暖季约4个月、空调季约2~3个月。南方地区需要长期使用制冷空调，以深圳为例，空调使用期长达9个月，普通家庭的空调电费远超过北方的采暖费用支出，节能潜力已经超过北方。随着生活水平的提高，国内建筑能耗日益增高，因此无论南方还是北方都开始重视外墙的保温节能问题。
常用的外墙保温材料主要分为有机和无机两类。无机保温材料以岩棉和矿棉制品为主，多数为不可燃烧产品，但多数为松散性材料、价格较贵，存在受潮后保温性能下降等缺陷。常用的有机保温材料为聚苯板、EPS（模塑聚苯板）、XPS（挤塑聚苯板），其具有保温隔热性能好、整体性好、不易吸水、价格便宜等优点，但同时具有可燃、易老化等缺点，直接应用于墙体外皮容易老化（图1），不能与建筑同寿命，使用期间不但翻修成本高，火灾危险性也很大。
▲ 图1 有机保温板外装饰脱落
如果把有机的保温材料夹在两层不可燃烧的建筑材料之间，形成三明治形式的三明治墙板，就可以有效解决以上的不足，不但价格便宜，且可以使保温与建筑同寿命。随着混凝土建筑成为主流以及建筑工业化的发展，混凝土夹心三明治墙板技术在国内工程的应用数量不断上升，由于三层材料之间没有相容性，必须使用保温拉接件穿透保温层并锚入两层混凝土之中，如何保证墙板构件在符合保温节能的前提下，同时满足墙板整体性、受力安全、与建筑同寿命等要求，成为了行业需要解决的新问题。

为了杜绝冷热桥，人们想到了用非金属材料来制作拉接件，如高强尼龙、高强塑料等，但这类拉结件一般存在易老化和塑性疲劳的问题，甚至出现过严重的质量安全问题，已经逐渐被市场淘汰（图8）。
上世纪八十年代，高强复合材料技术开始兴起，如GFRP（玻璃纤维复合）、BFRP（玄武岩纤维复合）、CFRP（碳纤维复合）等材料，由于复合材料强度高、导热系数低、弹性和韧性好，被用作制造保温拉接件的理想材料，美国艾奥瓦州CTC公司的Thermomass品牌保温拉接件就是用GFRP材料制成，历经35年的发展，已经在美国、加拿大、澳大利亚等国普及（图9）。
2、设计方法概述
三明治墙板在应用发展过程中，其设计理论也在不断地进化，美国科学家对不同的内、外叶墙组合形式进行了系统的研究，根据不同的构造型式及受力特性，将三明治墙板划分为组合式、非组合式、部分组合式三大类。
对于组合式三明治墙板，一般被设计成内、外叶墙共同受力，具有较好的经济性，目前仅在美国部分低层建筑中得到应用，能否应用于高层建筑，仍需继续进行研究。
对于非组合式三明治墙板，外叶墙只是作为保护层使用，不与内叶墙发生组合，外叶墙的自重完全由内叶墙承担，并且外叶墙基本不参与内叶墙的受力分配，内叶墙和外叶墙的受力和温度变形行为完全独立，这就要求保温拉接件在侧向具有较好的抗弯、抗剪强度和足够的弹性和韧性，当外叶墙在温度变化时可以自由胀缩，能够基本消除温度应力，保护外叶墙混凝土不会开裂，经过大量的实验和30年的实践证明该理论是成立的（图10~图13）。
在《装配式混凝土结构技术规程》JGJ1-2014，纳入了夹心保温外墙技术，在条文说明中明确，我国目前推荐的主要为“非组合三明治墙板”，因此本文着重介绍非组合三明治墙板。

2、对南方夏热冬暖地区居住建筑外墙保温节能的必要性探讨
我国绿色建筑和节能方面的标准制定时，在夏热冬冷地区的节能实行“遮阳、通风”为主的原则，对外墙自身的保温隔热要求重视不够，这些地区的空调使用能耗很大，以深圳为例，普通家庭每年的空调使用期为9个月左右，空调电费支出约1万元左右，是北方采暖地区家庭采暖费支出的3倍左右，因此南方地区的外墙节能潜力大于北方地区。
南方地区普遍采用的外墙内保温技术存在众多缺陷，首先是节能效果不能真正达到设计的指标，其次是墙体表面裂缝较多，外墙热胀冷缩变形大容易导致开裂渗漏，如果也仿照北方地区采用聚苯薄抹灰外墙外保温技术，由于风雨天气较多，特别是台风季节，外墙外保温脱落的风险可能不亚于北方地区，如果采用三明治墙板或有更多的优势。
发达国家普遍节能要求较高，所以三明治墙板比较普及，一般在北方地区的保温板会厚一些，而气候炎热的南方保温板会薄一些。
3、国内三明治墙板设计普遍存在冷热桥，应该引起重视。
有一种观点认为：在严寒地区气温在零度以下时，冷热桥部位才会出现结霜或结露，在夏热冬冷地区影响不大。其实在一定的室内空气湿度条件下，当内墙表面与室内温差达到12度左右就会结露，例如浴室的温度虽然比较高，但在沐浴过程中镜子表面会出现冷凝水，即使没有达到结露的条件，室内冷热桥部位的表面湿度也会高于室内空气湿度，会引起细菌繁殖，影响室内环境健康，因此应该在设计时尽量避免冷热桥的出现。
五、小结
国内预制夹心保温外墙只有几年的历史，非组合三明治墙板技术才刚刚兴起，这方面的研究还比较缺乏，各单位积累的设计和施工经验还不多，实际效果有待时间检验，建议可以参考学习国外的成熟经验，加强理论和实践的研究，尽快制定相应的技术和产品标准。由于笔者水平有限难免错漏，欢迎读者一起探讨研究，共同推进我国预制三明治墙板技术的发展。