如何設計鋼結構建筑墻面系統初探

王志國

外墻作為建筑基本圍護結構的一部分,按照我國現行的各種建筑規范,必須滿足承載能力、熱工、防水、隔聲、防火、抗凍等方面的要求。作為鋼結構建筑的外墻墻體,還必須考慮能夠突出鋼結構的優勢,與結構連接的節點簡單、有效,同時施工方法易于操作。近年來,隨著墻體材料改革的進行,出現了很多新材料、新技術,墻體材料性能有了極大的提高,在材料選擇方面為設計人員提供了更大的自由度。選擇適當的墻體材料,尤其是外墻材料,對于建筑的經濟性、建筑舒適度、建筑的節能以及建筑的工業化程度都具有重要意義。

1 鋼結構建筑外墻常用材料

建筑外墻材料種類繁多,但與鋼結構相配套的外墻材料主要有兩大類:輕質砌筑類、輕質墻板類墻體[1]。

1.1 輕質砌筑類墻體

砌筑墻體是由多種材料的塊體砌筑而成的墻體結構。作為最古老的墻體類型,其良好的耐久性和獨特的美學價值已在很多古老的歷史建筑中得到見證。由于鋼結構體系的框架承重特性,這里所指的砌體為不承重的新型輕質砌塊墻體,通常包括蒸壓加氣混凝土砌塊墻體、混凝土小型空心砌塊墻體(普通型和輕集料)、建筑廢渣混凝土多孔磚、粉煤灰砌塊墻體等。在寒冷、嚴寒地區,砌筑墻體為了能夠達到節能的要求,可以使用復合保溫砌塊。

1.2 輕質墻板類墻體

建筑輕質板材是砌墻磚和建筑砌塊之外的另一類重要的新型建筑墻體材料。與前兩類砌體材料相比,其明顯優勢是自重輕、安裝快、施工效率高,同時可提高建筑物的抗震性能,增加建筑物的使用面積,節省生產和使用能耗等。隨著鋼結構建筑的增多,墻體革新和建筑節能工程的實施以及為此而制定的各項優惠政策,新型建筑板材將獲得更迅猛的發展。

2 鋼結構建筑墻面細部構造分析

通過對鋼結構建筑墻體的現狀調研后發現,輕質砌筑類的墻體裂縫較多,輕質墻板類的連接構造復雜[2],因此本文將主要對砌筑類墻體的裂縫、輕質墻板的連接構造進行探討。

2.1 輕質砌筑類的連接構造

1)砌筑類墻體裂縫分析。砌筑類的墻體由于砌體收縮、溫濕度變化、地基沉降不均勻等引起的裂縫是非受力裂縫,又稱變形裂縫,這類裂縫幾乎占全部可見裂縫的80%左右。在變形裂縫里面最為常見的裂縫有三大類:a.溫度裂縫;b.干燥收縮裂縫(簡稱干縮裂縫);c.由溫度和干縮共同產生的裂縫。

2)防止砌筑類墻體裂縫的構造。混凝土砌塊砌體的干縮變形是由砂漿和砌塊兩者的變形組成的。減輕干縮裂縫就是控制好混凝土砌塊與砂漿的收縮。從設計方面來講,主要是考慮設置墻面控制縫和設置灰縫鋼筋。采用外墻外保溫的做法,減小內外墻的溫差,從而減少溫度引起的裂縫。

2.2 輕質墻板類的連接構造

1)復合墻板與鋼結構的連接要求。外墻板與鋼結構的連接宜采用有一定變形能力的柔性連接。外墻板可以采用上掛或下承載兩種方式支承于框架柱、梁或樓板上。根據不同的板材類型和板材的布置方式,可采取焊接法、螺栓連接法、插筋錨固法等將外墻板固定在框架上。

2)墻板布置、支承設置及板縫處理。a.墻板的布置方式。墻板的布置方式有豎放和橫放兩種。墻板豎放是將墻板長度方向垂直于地面的布置方式,屬于傳統的鋼結構建筑做法,建筑物墻面的風格為豎線條;b.墻板的支承方式。在鋼結構建筑中,墻板的支承方式主要包括3種:承重墻板;外墻掛板;填充墻板;c.復合墻板板縫處理。墻板的接縫構造主要表現在墻板間的水平縫和垂直縫,這是板縫處理的關鍵。

3)復合墻板與地面之間的連接構造。a.復合墻板與地面的連接。基礎工程進行的過程中,各種預埋件要按圖紙設計準確地定位和安裝,除了水電管路之外,主要是結構與基礎相連的預埋件。基礎完成后,一種情況在基礎與地龍骨之間要做好隔潮層,如使用珍珠棉和木制墊板,易緩沖鋼結構構件與混凝土的硬接觸(見圖1);另一種情況要做好臺的收邊和封口,做好防水和密封(見圖2)。b.復合墻板之間的連接。

4)復合墻板與鋼柱、鋼梁的連接構造。a.墻板與鋼柱的連接,墻板與柱子之間用專用連接件連接,為了防止連接滑出在連接件端部用專用套管封頂。b.墻板與鋼梁的連接,除了要符合計算模型以外,還要注意隔聲、防火等,在連接處填充彈性水泥粘結劑。

5)復合墻板與門窗的連接構造。墻體與門窗的構造連接重點是:接縫處的密封、防水與排水處理,并且滿足鋼結構的裝配化,便于施工。在鋼結構建筑中,墻體結構中金屬復合板的使用也比較多,在構造做法中,金屬復合板與窗的連接構造十分重要。

6)復合墻板中管線的安裝構造。在鋼結構建筑中,管線的安裝布置是非常重要的,也不同于普通混凝土或磚混結構。在輕質墻體中,洞口很容易地開在墻板里。在承重墻和隔墻中,必須設置足夠的支撐以有利于設備的安裝。

7)復合墻板與樓板等構件的連接構造。外墻板固定在樓蓋上,樓蓋結構一般為現澆或預制混凝土板。墻體構件固定于混凝土上的裝置有:預埋在混凝土中的鋼板或螺栓,以膨脹螺栓固定的鋼板或角鋼等。墻板可以在樓層之間安裝,也可以外掛于樓板之外。

3 結語

對于鋼結構建筑來說,由于結構材料、形式與傳統不同,因此墻體材料所關注的問題以及解決問題的方法都發生了極大的改變。除了材料本身的技術因素,還有許多外部因素如經濟性、技術適用范圍、材料是否有發展前景等,都對墻體材料的選擇產生影響,這就使鋼結構建筑在墻體材料的選擇上更為復雜、困難。本文提供的設計鋼結構建筑墻面相關技術具有一定實際意義。

[1] 李延虎,劉 永.鋼結構建筑屋面、墻面壓型彩板工程的施工方法和注意要點[J].科技信息,2009(1):197-198.

[2] 于春剛.鋼結構住宅外墻體材料及構造技術研究[J].建筑施工,2007,29(1):301-302.