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鋼結(jié)構(gòu)建筑裝配式外墻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

作者:蔡昭昀 林莉 李懷玉    
時(shí)間:2012-02-14 15:20:16 [收藏]
本文詳細(xì)介紹鋼結(jié)構(gòu)建筑外墻系統(tǒng)功能要求、類型及材料、公共建筑外墻系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
    關(guān)鍵詞:鋼結(jié)構(gòu) 外墻 設(shè)計(jì)

    1.研究背景
    隨著鋼結(jié)構(gòu)建筑技術(shù)的不斷發(fā)展,越來越多的建筑采用鋼結(jié)構(gòu),尤其是公共建筑更適合采用鋼結(jié)構(gòu)。配合鋼結(jié)構(gòu)建筑的維護(hù)體系也需要與鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)相配套發(fā)展,才能真正體現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)。維護(hù)體系的研究以求達(dá)到民用建筑對(duì)外墻系統(tǒng)保溫、防火、防水、安全等功能要求,并使之向產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。
    裝配式圍護(hù)系統(tǒng),材料分為金屬類和非金屬類。主要考慮能滿足鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)化的需求,以達(dá)到快速設(shè)計(jì)、快速安裝、滿足使用要求的目的。
    2.鋼結(jié)構(gòu)外墻系統(tǒng)功能要求
    鋼結(jié)構(gòu)建筑區(qū)別于混凝土建筑,應(yīng)采用裝配式圍護(hù)系統(tǒng)。
    裝配式圍護(hù)系統(tǒng)應(yīng)具備以下技術(shù)要求:
    2.1保溫隔熱要求
    我國幅員遼闊,各地氣候差異很大,為了使建筑物適應(yīng)各地不同的氣候條件,滿足節(jié)能要求,應(yīng)根據(jù)建筑物所處的建筑氣候分區(qū),確定建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)合理的熱工性能參數(shù)。建筑上考慮傳熱的出發(fā)點(diǎn)有兩個(gè):一個(gè)是保溫,主要針對(duì)嚴(yán)寒地區(qū)、寒冷地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū);另一個(gè)是隔熱,主要針對(duì)夏熱冬暖地區(qū)和夏熱冬冷地區(qū)。保溫和隔熱都是為了提高建筑環(huán)境的
    熱舒適度,其共同點(diǎn)均為提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱阻,即降低其傳熱系數(shù)。根據(jù)《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB 50189-2005,不同氣候區(qū)外墻圍護(hù)系統(tǒng)傳熱系數(shù)要求見表2-1:
    表2-1 不同氣候區(qū)建筑物外墻傳熱系數(shù)要求
    氣候區(qū)
    體形系數(shù)
    T
    外墻傳熱系數(shù)K
    W/(?·K)
    代表性城市
    嚴(yán)寒地區(qū)A區(qū)
    T≤0.3
    ≤0.45
    哈爾濱、佳木斯、克拉瑪依
    0.3<T≤0.4
    ≤0.4
    嚴(yán)寒地區(qū)B區(qū)
    T≤0.3
    ≤0.5
    長春、烏魯木齊、吐魯番、銀川
    0.3<T≤0.4
    ≤0.45
    寒冷地區(qū)
    T≤0.3
    ≤0.6
    北京、太原、喀什、徐州、蘭州
    0.3<T≤0.4
    ≤0.5
    夏熱冬冷地區(qū)
     
    ≤1.0
    南京、長沙、上海、成都、桂林
    夏熱冬暖地區(qū)
     
    ≤1.5
    福州、廣州、南寧、海口
    2.2防火要求
    鋼結(jié)構(gòu)民用建筑的耐火極限通常為二級(jí),根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50016-2006中表5.1.1規(guī)定,非承重外墻構(gòu)件的燃燒性能應(yīng)為不燃燒體,構(gòu)件的耐火極限應(yīng)滿足1小時(shí)要求;因此在選擇鋼結(jié)構(gòu)建筑的圍護(hù)系統(tǒng)材料時(shí),首先應(yīng)滿足防火規(guī)范的相關(guān)要求,其次構(gòu)造設(shè)計(jì)應(yīng)經(jīng)過防火性能測(cè)試,以達(dá)到1小時(shí)的耐火極限要求。
    裝配式圍護(hù)系統(tǒng)的材料組成,一般分為兩類,即金屬材料和非金屬材料,支撐骨架一般為冷彎薄壁型鋼及輕鋼龍骨,均為不燃燒體,但其組合后的體系目前欠缺權(quán)威部門的耐火極限測(cè)試報(bào)告,本課題選用的構(gòu)造經(jīng)理論分析滿足防火規(guī)范要求。
    2.3防水要求
    鋼結(jié)構(gòu)建筑在選用輕型裝配式圍護(hù)系統(tǒng)時(shí),系統(tǒng)必須具備可靠的防水性能。裝配式圍護(hù)系統(tǒng)構(gòu)造設(shè)置若處理不當(dāng),會(huì)存在大量縫隙,易使外部雨水滲漏,造成系統(tǒng)氣密性不足。
    輕型圍護(hù)系統(tǒng)通常采用有空隙的無機(jī)纖維材料進(jìn)行保溫,這種材料的特點(diǎn)是干燥時(shí)保溫性能十分優(yōu)異,潮濕后大幅度喪失保溫能力,而且在長期潮濕的環(huán)境中宜霉變,不但不能起到保溫作用,而且還污染環(huán)境。因此,加強(qiáng)系統(tǒng)氣密性,提高系統(tǒng)水密性,才能有效提高裝配式圍護(hù)系統(tǒng)的防水性能。
    2.4抗變形能力要求
    鋼結(jié)構(gòu)變形能力強(qiáng),可以滿足結(jié)構(gòu)抗震的需要,但同時(shí)要考慮解決承重結(jié)構(gòu)與圍護(hù)系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)變形能力,否則建筑物的圍護(hù)系統(tǒng)極易開裂變形,影響建筑使用效果和壽命。
    鋼結(jié)構(gòu)建筑不宜選用砌體作為圍護(hù)系統(tǒng),因?yàn)槠鲶w砌筑后剛度很大,與鋼結(jié)構(gòu)的變形不一致,容易在相交處產(chǎn)生裂縫。
    鋼結(jié)構(gòu)適合選擇裝配式的材料,連接節(jié)點(diǎn)考慮變形能力,材料間也預(yù)留出一定的縫隙,允許其變形。但要處理好縫隙,不能使之影響圍護(hù)結(jié)構(gòu)的正常功能。
    2.5安全要求
    由于裝配式外墻系統(tǒng)采用工廠預(yù)制、現(xiàn)場(chǎng)拼裝的施工方式,采用專用連接件彼此連接,與砌體結(jié)構(gòu)以及現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)有著十分顯著區(qū)別,所以圍護(hù)系統(tǒng)與主結(jié)構(gòu)之間的連接的可靠性以及構(gòu)件之間連接的緊固程度對(duì)于建筑的安全性起到了至關(guān)重要的作用,同時(shí)構(gòu)件之間咬合的緊密性以及螺栓、螺釘?shù)膹?qiáng)度也會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的安全。此外,金屬構(gòu)件易腐蝕生銹,所以金屬構(gòu)件宜采用鍍鋅處理或使用不銹鋼材料,以達(dá)到防腐的目的。
    3.鋼結(jié)構(gòu)建筑外墻系統(tǒng)類型與材料
    鋼結(jié)構(gòu)建筑外墻系統(tǒng)主要分為兩大類:金屬外墻系統(tǒng)及非金屬外墻系統(tǒng)。
    3.1金屬板外墻系統(tǒng)
    金屬板外墻系統(tǒng)由墻梁作為墻體的支撐結(jié)構(gòu),室外側(cè)通過自攻螺釘把壓型鋼板或夾芯板等金屬板材固定在墻梁上,室內(nèi)側(cè)可以直接將金屬板材固定在墻梁上,也可以單獨(dú)設(shè)置輕鋼龍骨系統(tǒng)固定石膏板或其它裝飾板材,以適應(yīng)不同室內(nèi)空間的需要。
    墻體龍骨空腔內(nèi)部填充保溫材料,在保溫層外側(cè)鋪設(shè)防水透汽層,以保證外墻系統(tǒng)的抗空氣滲透及防水能力;在保溫棉內(nèi)側(cè)鋪設(shè)隔汽層,以阻止室內(nèi)潮濕空氣進(jìn)入保溫層而影響外墻系統(tǒng)的保溫隔熱性能。
    金屬板外墻系統(tǒng)材料選擇:壓型鋼板,壓型鋁板及夾芯板等金屬板材。
    3.2非金屬外墻系統(tǒng)
    非金屬外墻系統(tǒng)有兩類做法:密肋墻體系統(tǒng)和條板系統(tǒng)。
    密肋墻體系統(tǒng)由密肋冷彎薄壁型鋼龍骨作為墻體支撐系統(tǒng),龍骨外安裝水泥基板材,其外再固定附加龍骨,附加龍骨與密肋龍骨連接牢靠,外掛防水裝飾一體化外墻板。龍骨內(nèi)側(cè)固定石膏板等非金屬板材。墻體龍骨空腔內(nèi)部填充保溫材料,在保溫層外側(cè)鋪設(shè)防水透汽層,在保溫棉內(nèi)側(cè)鋪設(shè)隔汽層。
    密肋外墻系統(tǒng)材料墻體板材有:石膏板、纖維增強(qiáng)水泥板、膨脹蛭石板等。其中安裝在室外一側(cè)的板材需具有強(qiáng)度高、在溫、濕度環(huán)境變化時(shí)的抗變形能力。同時(shí)板材的縫隙要嚴(yán)格處理。保溫材料主要有玻璃絲棉、巖棉等不燃燒材料。
    條板系統(tǒng)是由成品的條板直接固定在主梁或樓板上,依據(jù)不同地區(qū)傳熱系數(shù)要求,選擇條板厚度,條板外側(cè)附加保溫裝飾一體化板材。這種墻體系統(tǒng)構(gòu)造簡單,成品化高、安裝工序少,極大提高了施工速度。
    條板系統(tǒng)材料有:蒸壓加氣混凝土板、石膏空心條板或大板、高纖維水泥復(fù)合墻板等。
    4.鋼結(jié)構(gòu)公共建筑外墻系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    在此提出四種適合鋼結(jié)構(gòu)公共建筑的圍護(hù)體系,其中2種為金屬板外墻系統(tǒng),2種為非金屬板外墻系統(tǒng)。
    4.1金屬板外墻系統(tǒng)
    墻1:雙層壓型鋼板保溫墻體,見圖4-1。

    \
    墻1由外到內(nèi)的構(gòu)造順序?yàn)椋和鈧?cè)壓型鋼板,防水透汽層,玻璃絲棉保溫層,墻梁,隔汽層,內(nèi)側(cè)壓型鋼板。
    墻1內(nèi)外均由壓型鋼板作為裝飾面層,中間填充保溫材料。保溫層靠近室內(nèi)一側(cè)設(shè)有隔汽層,防止室內(nèi)的水蒸汽進(jìn)入保溫棉,避免保溫層結(jié)露,影響保溫效果。保溫層靠近室外的
    一側(cè)設(shè)有防水透汽層,這是一種具有防水作用的單向透氣膜,它能夠有效地防止室外的水進(jìn)入保溫層,同時(shí)還可以將保溫層內(nèi)部的水蒸汽排出去,使保溫層保持干燥。
    此種外墻構(gòu)造適用于體育場(chǎng)館、交通建筑、展示建筑及商場(chǎng)等公共建筑,大面積使用能夠形成良好的肌理,產(chǎn)生獨(dú)特的表觀效果。
     
    墻2:壓型鋼板復(fù)合輕鋼龍骨石膏板墻體,見圖4-2。
    墻2由外到內(nèi)的構(gòu)造順序?yàn)椋和鈧?cè)壓型鋼板,防水透汽層,玻璃絲棉保溫層,墻梁,輕鋼龍骨(中填巖棉保溫層),隔汽層,石膏板(宜為雙層),內(nèi)墻飾面。
    墻2由內(nèi)部輕鋼龍骨石膏板墻體和外部的壓型鋼板墻體相組合而成,同時(shí)考慮了外墻的保溫、隔熱、防水的作用和外墻室內(nèi)側(cè)的裝飾作用。墻體內(nèi)外兩部分各成系統(tǒng),互不干擾。內(nèi)側(cè)的輕鋼龍骨自承重,固定在上下樓板結(jié)構(gòu)上;外側(cè)墻體的墻梁固定在鋼柱上,將水平荷載及垂直荷載傳到柱子上。
    墻2的保溫材料有兩種:玻璃絲棉和巖棉。保溫材料為不燃燒體,具有防火作用。
    保溫層外覆防水透汽層、內(nèi)覆隔汽層,保證墻體保溫層具有良好的透氣性和防水性。
    此種外墻構(gòu)造適用于辦公、學(xué)校、醫(yī)院等公共建筑,外側(cè)壓型鋼板能夠起到良好的裝飾效果和防水效果,內(nèi)側(cè)采用石膏板,滿足了室內(nèi)的舒適環(huán)境。

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    4.2非金屬外墻
    墻3:密肋龍骨復(fù)合裝飾板材墻體,見圖4-3。
    墻3由外到內(nèi)的構(gòu)造順序?yàn)椋和鈧?cè)防水裝飾一體化板材,Z型龍骨,防水透汽層,纖維增強(qiáng)水泥板,密肋龍骨(中填巖棉保溫層),隔汽層,石膏板(宜為雙層),內(nèi)墻飾面。
    墻3屬于密肋龍骨墻體,豎向龍骨為主龍骨,間距600mm,橫向?yàn)榇锡埞?,主龍骨固定在上下樓板上的預(yù)埋件上。內(nèi)外側(cè)的石膏板和纖維增強(qiáng)水泥板通過沉頭自攻螺釘固定在密肋龍骨上,室外側(cè)的裝飾板材通過固定在密肋龍骨上的Z型附加龍骨固定,龍骨間距為一個(gè)裝飾板板寬。
    墻體的保溫主要通過墻體內(nèi)的巖棉板和外側(cè)的保溫裝飾一體化板材共同完成,隔汽層和防水透汽層保證了墻體的氣密性。
    此種外墻構(gòu)造適用于各類公共建筑,外側(cè)的裝飾板材可以任意選擇,增加設(shè)計(jì)的自由度。

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    墻4:復(fù)合條板墻體,如圖4-4。
    墻4由外到內(nèi)的構(gòu)造順序?yàn)椋和鈧?cè)裝飾保溫一體化板材,Z型龍骨,條板,內(nèi)墻飾面。
    墻4選用的材料是蒸壓加氣混凝土條板(如NALC板),材質(zhì)本身具有良好的保溫隔熱性能,而且安裝快捷簡便。外側(cè)采用保溫裝飾一體化板材,在解決了外裝飾的同時(shí)也加強(qiáng)了保溫效果,同時(shí),外側(cè)可以選擇其他類型的板材作為外裝飾材料。另外,蒸壓輕質(zhì)加氣混凝土條板還具有一定的防火性能,彌補(bǔ)了裝配式復(fù)合墻體中防火性能不足的缺陷。

    \
    5.結(jié)論
    建筑環(huán)保型、產(chǎn)業(yè)化是一個(gè)大趨勢(shì),鋼結(jié)構(gòu)本身是環(huán)保建材,可再回收利用。因此發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)建筑最重要的是同時(shí)發(fā)展與鋼結(jié)構(gòu)配套的建筑材料,裝配式外墻圍護(hù)系統(tǒng)在性能上滿足建筑物的各項(xiàng)功能,又可以發(fā)展建筑產(chǎn)業(yè)化,帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。因此裝配式外墻圍護(hù)系統(tǒng)的研究具有十分重要的意義。
     
    參考文獻(xiàn)
    [1]國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集06J925-1~3《壓型鋼板、夾芯板屋面及墻體建筑構(gòu)造(一)~(三)》
    [2]國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集03SG715-1《蒸壓輕質(zhì)加氣混凝土板(NALC)構(gòu)造詳圖》
    [3]輕型板材設(shè)計(jì)手冊(cè)編輯委員會(huì)編著《輕型板材設(shè)計(jì)手冊(cè)》中國建筑工業(yè)出版社
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