多高層鋼結構住宅圍護墻體應用研究

黎祖庭 歐陽亮威

1 概述

多高層鋼結構住宅建筑由于自重輕、抗震性能好、施工周期短、綠色環保等優點，越來越受到人們的青睞。在多高層鋼結構住宅中，墻體圍護材料的選擇至關重要。

2 墻體設計要求

2.1 結構性能要求

建筑墻體首先必須滿足結構穩定安全的要求，即具備一定的機械強度，除基本的在垂直方向上承重與傳遞荷載以外，還應能抗彎、抗剪、抗側向撞擊，高層建筑外墻抗風壓以及防震等。我國在砌體承重和非承重墻體的結構性能方面已積累了大量經驗，但還應加強對一些新型復合墻體(如建筑板材墻體)結構穩定及安裝固定方式的研究。

2.2 密閉性能要求

外墻的密閉性能要求主要是防止空氣滲透和水蒸氣滲透。目前我國建筑外墻體以單一構造為主，缺少空氣屏障和防水隔汽層的構造保護，如果產生裂縫，墻體的密閉性能就很難滿足。而復合墻體則可以通過保溫隔熱層、空氣屏障和隔汽層等，以防止空氣和水分通過裂縫滲透進入墻體內部。

2.3 熱工性能要求

為防止室內溫度受到外界大氣溫度變化的過度影響，保證建筑室內熱環境的舒適，建筑外墻應做好節能和保溫隔熱構造處理。對于單一材料墻體，熱工性能較簡單，而新型復合墻體的熱工性能則要復雜很多，需要作進一步深入研究，同時在一些連接節點上應注意防止內部冷凝和熱橋現象的出現。

2.4 隔聲性能要求

為了防止室外及相鄰房間噪聲的影響，獲得安靜的工作和休息的環境，住宅墻體應該具備一定的隔聲性能。根據不同類型建筑的使用功能要求，對新材料和新構造做法的墻體隔聲性能作進一步分析，研究提高墻體整體隔聲性能的構造措施。

2.5 防火性能要求

墻體應具備一定的防火性能，遇火在一定時間內能夠保持結構穩定性，防止火勢穿透和沿墻蔓延。墻的防火性能主要由材料的防火性能決定，但也會受構造做法的影響。我國在主要材料類型墻體的燃燒性能和耐火極限方面已積累了大量經驗，對新材料和新構造做法的外墻特別是各類復合墻體的防火性能，仍應繼續作深入研究。

2.6 裝飾性能要求

外墻的裝飾性能要求主要指外墻立面的形式、材質、顏色和機理效果等。目前我國外墻的裝飾性能越來越重要，而且要求能長時間保持立面的整潔美觀。外墻立面的設計應結合新型墻體材料的特點，使之既滿足建筑功能，又豐富立面造型，同時應該有利于建筑工業化的發展。

3 墻體材料選擇

1)鋼結構住宅墻材應該集功能性與裝飾性為一體，并具備可靠的工程質量。2)鋼結構住宅墻材應工廠化生產，現場裝配化施工且工藝簡單，濕作業少，環境污染少，降低施工勞動強度，加快施工速度。3)鋼結構住宅墻材應能充分利用工農業廢料，降低建材生產能耗和建筑使用能耗，節約資源，符合可持續發展的要求，同時生產墻材所用材料要便于就地取材且墻材造價合理。

4 墻體構造

4.1 基層墻體

基層墻體是外墻的主體部分，起著承重、提供外墻的主要強度和分隔室內外空間等主要功能，同時也可為外墻的其他構造層次提供連接支承基礎?；鶎訅w根據所用材料的不同，可以分為砌體基層墻和板材基層墻。

4.2 飾面層

飾面層是建筑外墻的表皮，不僅決定了外墻的視覺效果，而且也是外墻抵御外界影響的第一道防線，因此在外墻構造中，飾面層是非常重要的。不同飾面類型的外墻，構造差異很大。根據選用材料和做法不同，飾面層大體可以分為抹灰(涂料)飾面、面磚飾面、裝飾砌體飾面和裝飾板材飾面。

4.3 功能層

由于基層墻體材料難以滿足外墻的全部要求，如保溫隔熱、防水隔汽、隔聲等性能要求，常常需要使用一些功能材料，以輔助提高外墻的整體性能。功能層根據用途不同，可以分為保溫隔熱層、防水層、隔汽層、空氣屏障和隔聲層等幾種。

5 節點構造

混凝土框架填充墻的設計要求沿柱高每隔一定距離設置拉結筋以保證框架與填充墻之間的可靠拉結。在鋼框架填充墻中，由于鋼結構本身有較好的變形性能，所以這種結構形式有較好的抗震性能，要求墻體材料應該具有與鋼結構變形的隨動性能。因此這種抗剪連接件的設置對填充墻與框架的協同工作，有很大的影響。

設置抗剪連接件后，增強了填充墻和框架之間的連接，增加了填充墻框架的整體性，因而增大了填充墻鋼框架的承載力。對于無抗剪連接件的填充墻鋼框架在水平荷載作用下，如果連接不好那么填充墻與鋼柱之間變形不協調，填充墻與鋼架由于過早產生裂縫導致分離，未能充分發揮兩種材料的受力特性，導致過早的破壞。要充分發揮連接件的作用，必須合理選擇連接件的形式，對鋼框架結構來說要選擇柔性連接件。

6 應用實例

現以12層鋼結構住宅外墻設計為例，介紹墻體設計原則與構造措施。本工程位于華東某地，建筑面積6 336 m2，共 12層，高34.8 m(層高2.9 m)。住宅平面呈“一”字形，標準層為3梯7戶，標準層建筑面積為528 m2，本工程結構采用鋼框架+局部支撐的結構形式，在樓梯間位置布置支撐形成筒體，進深方向為中心八字支撐、開間方向為單根對角支撐。鋼柱距進深方向為4 m和6 m，開間方向以3.6 m和3.4 m為主，并輔以其他柱距，以適應不同面積住宅的要求。

6.1 墻體選型

鋼結構住宅墻體的裝配化是保證其施工速度的重要一環。鋼絲網架夾芯板(LCC-C板)是以三維鋼絲網架聚苯乙烯板作為夾心保溫層、雙面澆筑細石混凝土(或水泥砂漿)作為保護層在工廠預制的復合墻板，主要用于非承重外墻。LCC-C板在使用性能上滿足墻體的要求，而且可做到每開間一塊板，并可帶門窗和外飾面以及預埋管線槽，裝配化程度高，能很好體現鋼結構住宅的速度優勢，因此，選擇萊鋼自主開發生產的LCC-C型板作為本工程外墻板。

厚度120 mm的LCC-C外墻板即可滿足墻體的各項性能要求，再根據本工程情況，決定采用高寬約2 900 mm×3 400 mm(或寬為3 600 mm，5 200 mm)、厚120 mm的LCC-C板做外墻板。

為減少板縫處理，提高裝配化程度，墻板按照開間布設，每開間一塊板，并預置外窗(開孔為窗)。

6.2 節點設計優化

針對該類墻板安裝節點使板活動性小、易遭破壞、裝備化程度較低等不足，對該類墻板與主體的連接節點進行優化設計，采用統一的螺栓—T形件法連接固定。該法在墻板內側四角預埋M20螺栓，上下兩塊墻板在樓板所在位置與一個T形連接件通過預埋螺栓固定，T形連接件則與焊接在鋼梁上的槽鋼連接件用M20螺栓固定，連接節點見圖1，連接構件細部及T形連接件見圖2。

6.3 施工工藝

LCC-C板的安裝工藝為:墻體定位放線→墻板吊裝就位→墻板調整→螺栓固定→板縫處理。槽鋼、T形件的連接固定可現場施工也可在工廠完成(固定的時候要按照板布置圖進行)，現場直接安裝墻板。螺栓連接部位施工時用可壓縮性材料包覆，以保證墻板的移動不受疊合層混凝土的影響。在板縫處理時，考慮到板尺寸較大使板的累積變形位移也相應較大，為防止相鄰板互相擠壓破壞，板縫設為25 mm。板的水平縫設置為向下傾斜的縫，在墻板縫內側塞“8”字形橡膠條，外側填聚乙烯泡沫棒，并用密封膏嵌縫，既保證墻板的防水，也增強了板之間的彈性。

7 結語

對于多高層鋼結構住宅，墻材的選擇應做到安全、舒適、施工便捷并重，不能一味追求輕質。加氣混凝土砌塊、壓蒸無石棉纖維素纖維水泥平板(CCA板)、蒸壓加氣混凝土板(ALC板)和鋼絲網架夾芯板(LCC板)幾種性能較好、較適合多高層鋼結構住宅的墻材。

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