钢结构建筑围护结构的材料和构造技术研究

毛勇胜

（太原市城市排水管理中心，山西 太原 030006）

0 引言

钢结构建筑因其轻质、高强、耐腐蚀等优点，近年来得到了越来越广泛的应用。而围护结构作为钢结构建筑中至关重要的组成部分，其材料和构造技术的选择直接影响到建筑的安全性、节能性和美观性。王月栋等[1]对钢结构建筑轻质环保围护体系产业化关键技术与产品应用研究，分析了围护结构的材料和构造技术。陈学忠[2]对寒地装配式建筑外围护系统进行了关键技术比较研究，并以围护结构的功能需求出发，介绍常见的材料和构造技术为基础，分析了其特点和适用范围。裴予[3]对中小型装配式建筑体系进行了比较研究，本文以此探讨了当前围护结构领域存在的问题和未来的发展方向。希望通过本文的介绍和分析，为围护结构的材料和构造技术的研究提供一定的参考和借鉴。

1 围护结构材料的选择

钢结构建筑的围护结构材料主要包括玻璃、金属板材、岩棉、聚苯乙烯泡沫板等。不同的材料具有不同的优缺点，需要根据具体的使用需求进行选择。

1.1 玻璃

玻璃是一种常见的围护结构材料，具有高透明度和优良隔热性能等特点，可以有效提高建筑的采光和热效应。然而，相对于其他围护结构材料，玻璃在防水、保温等性能方面表现相对较差，需要与其他材料进行配合使用。

玻璃的高透明度是其在建筑中广泛使用的重要因素之一。透明的玻璃材料可以让自然光线进入室内，使整个空间更加舒适明亮。此外，玻璃的隔热性能也很优良，可以减少建筑内部的温度波动，达到节能减排的效果。

然而，相对于其他围护结构材料，玻璃的防水性能较弱，容易出现漏水问题。为了解决这一问题，建筑师通常会将玻璃与其他材料结合使用来增强防水性能。例如，在雨水系统周围加装密封条，或在玻璃表面加装氟碳树脂等防水涂层。

此外，玻璃的保温性能较差，容易导致建筑内部的温度波动。为了解决这个问题，通常会在玻璃外面加装保温材料，如聚苯板等，以提高围护结构的保温性能。

1.2 金属板材

金属板材是一种广泛应用于钢结构建筑围护结构的材料，具有防火、防盗、保温等优点。由于其表面平整、美观，而且施工简单，因此被广泛应用于大型商业建筑、办公楼等场所。

金属板材在围护结构中的优点主要有：（1）金属板材具有很好的防火性能，可以降低建筑火灾的风险；（2）金属板材的表面光滑平整，外观美观，适合用于高档建筑外墙装饰；（3）金属板材还具有较好的保温性能和防盗性能，可以提高建筑的安全性和舒适度。

然而，金属板材在使用过程中有诸多问题，其中最为显著的是噪声问题。当风力较大时，金属板材会发出嘈杂的声音，可能会影响建筑内部的舒适度，甚至影响周边环境和人类健康。为了解决这一问题，建筑师可以在设计和施工过程中选用密度较高的保温材料和隔音层，或在外墙表面加装吸音板等进行降噪处理，

1.3 岩棉

岩棉是一种综合保温、防火和隔音的绝缘材料，具有良好的隔热、隔音效果和较强的防火性能。岩棉的密实性和韧性较强，可以有效提高建筑的整体性能。

岩棉作为一种良好的围护结构材料，在建筑保温和隔音方面具有很多优点。（1）岩棉具有优异的保温性能，可以减少建筑内部能量的损失，从而达到节能减排的效果。（2）岩棉的隔音效果也很好，可以有效地减少外部噪音对建筑内部的影响。（3）岩棉还具有很好的防火性能，可以大大降低建筑火灾的风险。

然而，岩棉材料比较脆弱，在施工时需要注意保护。由于岩棉本身的特性，当施工过程中因过度挤压或者割裂，就会影响其性能，导致保温效果下降。因此，在施工时需要采取相应的措施，如选择专业的施工队伍或使用特定的工具设备等，以确保岩棉材料的完整性和性能。

1.4 聚苯乙烯泡沫板

聚苯乙烯泡沫板是一种常用于钢结构建筑围护结构的轻质材料，其具有低热导率和吸水率小的优点，因此具有很好的保温效果。然而，聚苯乙烯泡沫板也存在易燃和易老化等问题，所以在使用时需要注意该材料的防火性能和寿命。不同的围护结构材料都具有其独特的特点和应用范围，因此在选择时需要根据实际需求进行综合考虑。对于实际应用中的围护结构设计，可以采用多种材料组合的方式来达到更好的性能表现。

2 围护结构构造技术的研究

2.1 冷弯薄壁钢构造技术

冷弯薄壁钢构造技术是一种相对新颖的高效、绿色的结构体系，具有轻质、高强度、低成本等优点，被广泛应用于工业厂房、商业建筑、住宅建筑、桥梁等领域。其基本原理是通过将冷轧薄板钢进行冷弯成型，形成各种不同截面形状的薄壁钢构件，再通过焊接组装而成。这种结构体系能够满足多样化的建筑需求，同时还可以实现可持续发展目标，促进建筑行业的转型升级。冷弯薄壁钢结构的优势在于轻质高强度。与传统钢结构相比，冷弯薄壁钢构件更加轻薄，因此对于建筑基础和地基的要求较低，可以大幅降低建筑成本。而且，由于采用了高强度的薄板钢材，冷弯薄壁钢构件的抗拉、抗弯等性能十分出色，使得整个结构体系更加稳定可靠。冷弯薄壁钢结构的施工周期较短。因为冷弯薄壁钢构件可以在工厂完成预制加工，现场组装时只需简单的焊接即可，大幅缩短了施工时间。这种快速施工方式不仅能够降低人工成本，还可以减少对周围环境和居民生活的影响，提高建筑安全性。冷弯薄壁钢结构体系还具有一定的环保优势。由于采用冷轧薄板钢材制作，相比传统混凝土建筑，冷弯薄壁钢结构材料使用量更少，减少了资源的浪费。同时，整个结构体系也可以进行拆卸、回收利用，实现了可持续发展的目标。需要注意的是，冷弯薄壁钢结构应该在设计过程中注重考虑结构稳定性、防火性能等问题，并且要严格按照施工规范进行施工，确保结构体系的安全可靠。

2.2 玻璃幕墙构造技术

玻璃幕墙是现代建筑中广泛采用的一种外墙装饰材料，具有透明、轻盈、美观等特点，不仅能够提高建筑物的采光性能和通风性能，还能够增强建筑的视觉效果和美感。玻璃幕墙构造技术是指将多个玻璃单元组合成一个整体，然后通过各种固定方式与建筑主体相连接的一种技术。

在玻璃幕墙的构造中，玻璃单元是最基本的组成部分。玻璃单元主要由玻璃、密封胶条、铝合金型材等材料组成，经过加工制作后可以按照设计要求进行拼装。常见的玻璃单元有钢化玻璃、夹层玻璃、Low-E 玻璃等类型，根据需要也可以进行隔音、防火等处理。

对于玻璃幕墙的支架结构，目前主要采用的是铝合金型材制作而成的框架结构，这种结构具有重量轻、强度高、耐腐蚀等优点。同时，为了增强玻璃幕墙的整体稳定性和安全性，还需要设置支撑及固定系统，并通过钢化、夹层等加工方式提高玻璃的强度和抗风压能力。

在玻璃幕墙的施工中，需要进行细致的设计和计算，以确保其耐久性、安全性和美观性。同时，还需要注意选用优质的材料，严格按照规范要求进行施工操作，避免出现漏水、渗水、开裂等问题，确保玻璃幕墙的长期使用效果和使用寿命。

2.3 岩棉墙板构造技术

岩棉墙板是一种新型建筑隔音、保温材料，具有良好的保温性能、防火性能和隔音性能等特点。岩棉墙板构造技术是指将岩棉板与其他构件组合起来形成整体墙体结构的一种技术。下面将对岩棉墙板的构造技术进行详细介绍。第一，岩棉板。岩棉板是由天然玄武岩和基质材料经高温熔融后再通过喷吹工艺制成的一种板材，具有良好的耐火、隔音、保温等性能。岩棉板的厚度通常在50～200mm 之间，根据需要也可以进行定制加工。岩棉板的表面常常采用彩钢板、铝镁锰板等材料进行包装，以提高其防水性能和美观程度。第二，骨架结构。岩棉墙板的骨架结构通常采用H 型钢、C 型钢或木质材料等构成，这些构件可以根据需要进行横向和纵向的布置，形成墙体的框架系统。墙体框架的布置需要按照设计要求进行，并考虑到墙体的承重能力和稳定性。第三，固定方式。岩棉墙板的固定方式主要有干挂和粘贴两种。干挂是将岩棉板通过支架系统固定在骨架结构上，固定方式灵活、操作简单、施工效率高；粘贴则是将岩棉板直接涂抹胶水粘贴在墙面上，固定效果更加牢固，但施工难度较大，需要保证胶水的均匀涂布和充分干燥。第四，施工细节。在岩棉墙板的施工过程中，需要注意以下几个方面的细节。首先，需要严格按照设计要求和规范要求进行施工，确保墙体的质量和稳定性。其次，需要选用优质的材料，特别是胶水和包装材料等要符合环保标准，避免对人体健康造成负面影响。最后，在安装岩棉板时需要注意防潮、防火等问题，以确保整个墙体的使用寿命和安全性。

2.4 聚苯乙烯泡沫板构造技术

聚苯乙烯泡沫板是一种常见的建筑保温材料，具有优异的隔热性能和防水性能，广泛应用于房屋外墙、屋顶、地下室等部位的保温施工中。聚苯乙烯泡沫板构造技术是指将泡沫板与其他构件组合起来形成整体保温结构的一种技术。聚苯乙烯泡沫板是由聚苯乙烯颗粒经过发泡加工制成的一种板材，具有轻质、隔热、防水、防潮等性能。根据不同的使用场景，聚苯乙烯泡沫板可以分为挤塑板、模压板、喷涂板等多种类型。聚苯乙烯泡沫板的骨架结构通常采用钢筋混凝土、木材或钢架等材料组成，这些构件可以根据需要进行横向和纵向的布置，形成保温墙体的框架系统。墙体框架的布置需要按照设计要求进行，并考虑到墙体的承重能力和稳定性。聚苯乙烯泡沫板的固定方式主要有粘贴和机械固定两种。粘贴是将泡沫板直接涂抹胶水粘贴在墙面上，固定效果比较牢固；机械固定则是通过预埋钉子、膨胀螺栓等方式将泡沫板固定于骨架结构上，固定方式更加可靠，但施工难度也相应较大。在聚苯乙烯泡沫板的施工过程中，需要注意以下几个方面的细节。首先，需要严格按照设计要求和规范要求进行施工，确保墙体的质量和稳定性。其次，需要选用优质的材料，特别是胶水、固定件和包装材料等要符合环保标准，避免对人体健康造成负面影响。最后，在安装聚苯乙烯泡沫板时需要注意防潮、防火等问题，以确保整个墙体的使用寿命和安全性。

3 未来发展趋势

3.1 新型围护结构材料的出现

在现代建筑中，围护结构材料的选用对于建筑物的能耗、安全和环保等方面都有着重要的影响。近年来，随着新型材料技术的不断发展和应用，越来越多的新型围护结构材料开始逐渐出现在建筑领域中。以下将介绍几种新型围护结构材料的特点和应用。生态砖是一种采用天然材料制作而成的墙体砖，主要由土壤、水泥、沙子、碎石等原材料组成。生态砖具有良好的保温性能、吸音性能、防火性能和环保性能，且其制作工艺简单，材料价格较低，所以目前已经得到了广泛的应用。钢筋混凝土薄板外墙是一种轻质节能型材料，它可以通过大量预制加工的方式进行施工，从而有效地提高工程效率和品质。该材料的优点包括强度高、防水性好、防火性能强、易于维护等。全玻璃幕墙是一种采用大面积玻璃制成的墙体材料，具有透明、光亮、美观等特点，可以提高建筑物的采光性能和视觉效果。该材料已经广泛应用于办公楼、商场、酒店等高档建筑物中。碳纤维增强塑料是一种具有较高强度和耐腐蚀性的新型材料，主要由碳纤维和树脂基体组成。该材料具有优异的防腐蚀性能、抗风压性能和耐久性，适用于海滨、沿江及其他严酷环境下的围护结构。

3.2 智能化围护结构的出现

智能化技术的发展将为围护结构带来更加智能的选择。应用智能玻璃、可调节透光率的材料等可以实现自适应性，达到节能效果。同时，监测和管理技术也可以通过传感器和数据分析等实现围护结构的预警和预防，提高安全性和可靠性。未来随着智能化技术的不断推进，围护结构将会更加智能化，为建筑行业带来更多可能性。智能玻璃是一种特殊玻璃，可以根据电流或温度变化改变透明度。其应用能让建筑立面具有自适应性，随着环境的变化自动调节透光率，并减少室内温度波动和能耗。可调节透光率的材料也可以应用于围护结构中，通过控制电流、光线等，调节透光率，实现室内采光和热量控制的平衡。智能化技术还可应用于围护结构的监测和管理中，例如，利用传感器和数据分析技术检测围护结构的变形、裂缝等情况，并进行实时预警和预防。无人机和机器人也可用于围护结构的维护和保养，进行巡检和清洁。未来随着智能化技术的不断发展，将会为建筑行业带来更多可能性，围护结构也将越来越智能化。

4 结论

随着科技的不断进步，钢结构建筑的围护结构材料和构造技术也在不断发展。越来越多的新型材料和智能化技术被应用于钢结构建筑的外围结构中，使其更加安全、节能、环保和美观。同时，可调节透光率的智能玻璃、自清洁玻璃等高科技材料也逐渐得到应用，为钢结构建筑围护结构带来更多可能。另外，随着数字化技术和智能化技术的发展，传感器监测、数据分析、机器人巡检等技术也被广泛应用于建筑围护结构的维护和管理中，提高了建筑围护结构的可靠性和安全性。综上所述，钢结构建筑围护结构的材料和构造技术的不断创新和发展将会为建筑业带来更多的可能性和机遇。