多高层钢结构住宅围护墙体应用研究

2010-04-17黎祖庭欧阳亮威

山西建筑 2010年18期

关键词：墙材饰面连接件

黎祖庭欧阳亮威

1 概述

多高层钢结构住宅建筑由于自重轻、抗震性能好、施工周期短、绿色环保等优点，越来越受到人们的青睐。在多高层钢结构住宅中，墙体围护材料的选择至关重要。

2 墙体设计要求

2.1 结构性能要求

建筑墙体首先必须满足结构稳定安全的要求，即具备一定的机械强度，除基本的在垂直方向上承重与传递荷载以外，还应能抗弯、抗剪、抗侧向撞击，高层建筑外墙抗风压以及防震等。我国在砌体承重和非承重墙体的结构性能方面已积累了大量经验，但还应加强对一些新型复合墙体(如建筑板材墙体)结构稳定及安装固定方式的研究。

2.2 密闭性能要求

外墙的密闭性能要求主要是防止空气渗透和水蒸气渗透。目前我国建筑外墙体以单一构造为主，缺少空气屏障和防水隔汽层的构造保护，如果产生裂缝，墙体的密闭性能就很难满足。而复合墙体则可以通过保温隔热层、空气屏障和隔汽层等，以防止空气和水分通过裂缝渗透进入墙体内部。

2.3 热工性能要求

为防止室内温度受到外界大气温度变化的过度影响，保证建筑室内热环境的舒适，建筑外墙应做好节能和保温隔热构造处理。对于单一材料墙体，热工性能较简单，而新型复合墙体的热工性能则要复杂很多，需要作进一步深入研究，同时在一些连接节点上应注意防止内部冷凝和热桥现象的出现。

2.4 隔声性能要求

为了防止室外及相邻房间噪声的影响，获得安静的工作和休息的环境，住宅墙体应该具备一定的隔声性能。根据不同类型建筑的使用功能要求，对新材料和新构造做法的墙体隔声性能作进一步分析，研究提高墙体整体隔声性能的构造措施。

2.5 防火性能要求

墙体应具备一定的防火性能，遇火在一定时间内能够保持结构稳定性，防止火势穿透和沿墙蔓延。墙的防火性能主要由材料的防火性能决定，但也会受构造做法的影响。我国在主要材料类型墙体的燃烧性能和耐火极限方面已积累了大量经验，对新材料和新构造做法的外墙特别是各类复合墙体的防火性能，仍应继续作深入研究。

2.6 装饰性能要求

外墙的装饰性能要求主要指外墙立面的形式、材质、颜色和机理效果等。目前我国外墙的装饰性能越来越重要，而且要求能长时间保持立面的整洁美观。外墙立面的设计应结合新型墙体材料的特点，使之既满足建筑功能，又丰富立面造型，同时应该有利于建筑工业化的发展。

3 墙体材料选择

1)钢结构住宅墙材应该集功能性与装饰性为一体，并具备可靠的工程质量。2)钢结构住宅墙材应工厂化生产，现场装配化施工且工艺简单，湿作业少，环境污染少，降低施工劳动强度，加快施工速度。3)钢结构住宅墙材应能充分利用工农业废料，降低建材生产能耗和建筑使用能耗，节约资源，符合可持续发展的要求，同时生产墙材所用材料要便于就地取材且墙材造价合理。

4 墙体构造

4.1 基层墙体

基层墙体是外墙的主体部分，起着承重、提供外墙的主要强度和分隔室内外空间等主要功能，同时也可为外墙的其他构造层次提供连接支承基础。基层墙体根据所用材料的不同，可以分为砌体基层墙和板材基层墙。

4.2 饰面层

饰面层是建筑外墙的表皮，不仅决定了外墙的视觉效果，而且也是外墙抵御外界影响的第一道防线，因此在外墙构造中，饰面层是非常重要的。不同饰面类型的外墙，构造差异很大。根据选用材料和做法不同，饰面层大体可以分为抹灰(涂料)饰面、面砖饰面、装饰砌体饰面和装饰板材饰面。

4.3 功能层

由于基层墙体材料难以满足外墙的全部要求，如保温隔热、防水隔汽、隔声等性能要求，常常需要使用一些功能材料，以辅助提高外墙的整体性能。功能层根据用途不同，可以分为保温隔热层、防水层、隔汽层、空气屏障和隔声层等几种。

5 节点构造

混凝土框架填充墙的设计要求沿柱高每隔一定距离设置拉结筋以保证框架与填充墙之间的可靠拉结。在钢框架填充墙中，由于钢结构本身有较好的变形性能，所以这种结构形式有较好的抗震性能，要求墙体材料应该具有与钢结构变形的随动性能。因此这种抗剪连接件的设置对填充墙与框架的协同工作，有很大的影响。

设置抗剪连接件后，增强了填充墙和框架之间的连接，增加了填充墙框架的整体性，因而增大了填充墙钢框架的承载力。对于无抗剪连接件的填充墙钢框架在水平荷载作用下，如果连接不好那么填充墙与钢柱之间变形不协调，填充墙与钢架由于过早产生裂缝导致分离，未能充分发挥两种材料的受力特性，导致过早的破坏。要充分发挥连接件的作用，必须合理选择连接件的形式，对钢框架结构来说要选择柔性连接件。

6 应用实例

现以12层钢结构住宅外墙设计为例，介绍墙体设计原则与构造措施。本工程位于华东某地，建筑面积6 336 m2，共 12层，高34.8 m(层高2.9 m)。住宅平面呈“一”字形，标准层为3梯7户，标准层建筑面积为528 m2，本工程结构采用钢框架+局部支撑的结构形式，在楼梯间位置布置支撑形成筒体，进深方向为中心八字支撑、开间方向为单根对角支撑。钢柱距进深方向为4 m和6 m，开间方向以3.6 m和3.4 m为主，并辅以其他柱距，以适应不同面积住宅的要求。

6.1 墙体选型

钢结构住宅墙体的装配化是保证其施工速度的重要一环。钢丝网架夹芯板(LCC-C板)是以三维钢丝网架聚苯乙烯板作为夹心保温层、双面浇筑细石混凝土(或水泥砂浆)作为保护层在工厂预制的复合墙板，主要用于非承重外墙。LCC-C板在使用性能上满足墙体的要求，而且可做到每开间一块板，并可带门窗和外饰面以及预埋管线槽，装配化程度高，能很好体现钢结构住宅的速度优势，因此，选择莱钢自主开发生产的LCC-C型板作为本工程外墙板。

厚度120 mm的LCC-C外墙板即可满足墙体的各项性能要求，再根据本工程情况，决定采用高宽约2 900 mm×3 400 mm(或宽为3 600 mm，5 200 mm)、厚120 mm的LCC-C板做外墙板。

为减少板缝处理，提高装配化程度，墙板按照开间布设，每开间一块板，并预置外窗(开孔为窗)。

6.2 节点设计优化

针对该类墙板安装节点使板活动性小、易遭破坏、装备化程度较低等不足，对该类墙板与主体的连接节点进行优化设计，采用统一的螺栓—T形件法连接固定。该法在墙板内侧四角预埋M20螺栓，上下两块墙板在楼板所在位置与一个T形连接件通过预埋螺栓固定，T形连接件则与焊接在钢梁上的槽钢连接件用M20螺栓固定，连接节点见图1，连接构件细部及T形连接件见图2。

6.3 施工工艺

LCC-C板的安装工艺为:墙体定位放线→墙板吊装就位→墙板调整→螺栓固定→板缝处理。槽钢、T形件的连接固定可现场施工也可在工厂完成(固定的时候要按照板布置图进行)，现场直接安装墙板。螺栓连接部位施工时用可压缩性材料包覆，以保证墙板的移动不受叠合层混凝土的影响。在板缝处理时，考虑到板尺寸较大使板的累积变形位移也相应较大，为防止相邻板互相挤压破坏，板缝设为25 mm。板的水平缝设置为向下倾斜的缝，在墙板缝内侧塞“8”字形橡胶条，外侧填聚乙烯泡沫棒，并用密封膏嵌缝，既保证墙板的防水，也增强了板之间的弹性。