某裝配式高層鋼結(jié)構(gòu)住宅外圍護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陳選權(quán)，吳 雷，周保平，嚴(yán) 明

1.中建鋼構(gòu)武漢蔡甸建設(shè)工程有限公司，湖北 武漢 430000

2.中建科工投資發(fā)展公司，廣東 深圳 518000

目前我國市面上的外圍護(hù)體系主要有三類，即ALC條板+涂料、ALC條板+硅鈣板（黏錨）和鋁板干掛。ALC條板+涂料的墻體自保溫，無須單獨(dú)保溫構(gòu)造層次，有價(jià)格優(yōu)勢(shì)，但是難以保證防水密封性及隔聲性能等，且墻體自重會(huì)增加結(jié)構(gòu)成本；ALC條板+硅鈣板（黏錨）為墻體外側(cè)保溫裝飾板，自重輕，墻體保溫及隔聲性能較好，但是成本高，鋼構(gòu)件處難以采用黏錨連接，且耐久性受年限限制；干掛鋁板可以減輕建筑負(fù)荷，能保證建筑外形美觀持久，且防水防腐，但經(jīng)濟(jì)成本高，安全性要求高。

文章結(jié)合某還建房8#樓項(xiàng)目，從設(shè)計(jì)角度進(jìn)行創(chuàng)新，介紹了一種新型的建筑外圍護(hù)系統(tǒng)：ALC條板+金屬面板保溫裝飾一體板（干掛）。此設(shè)計(jì)能夠保證連接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造要求，有較好的變形適應(yīng)能力，施工完成面效果好。

1 裝配式鋼結(jié)構(gòu)高層住宅外圍護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 工程概況

該項(xiàng)目位于武漢市蔡甸區(qū)奓山街，為一棟兩個(gè)單元組合的還建住宅樓，項(xiàng)目建筑面積約為2.3萬m2，主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50年。項(xiàng)目所在地基本風(fēng)壓為0.35kN/m2，地面粗糙度為B類；基本雪壓為0.50kN/m2；所在地基本氣溫最高值和最低值分別為37℃和-5℃；項(xiàng)目抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場(chǎng)地土類別為Ⅱ類。項(xiàng)目按裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)建造，見圖1。

圖1 項(xiàng)目建筑效果圖

1.2 ALC條板+金屬面保溫裝飾一體板（干掛）設(shè)計(jì)

ALC條板+金屬面保溫裝飾一體板（干掛），是由黏結(jié)層、保溫裝飾成品板、錨固件、密封材料等組成，由工廠預(yù)制，運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼裝的裝配式建材。其具有質(zhì)量批次穩(wěn)定、產(chǎn)能提升、不受施工環(huán)境影響等優(yōu)點(diǎn)。

（1）基墻板的比選。①空心條板。其具有重量輕、強(qiáng)度高、隔熱、隔聲、防水等性能。建筑物自重減輕，基礎(chǔ)承載變小，可降低建筑造價(jià)；條板長度隨建筑物的層高確定，可提高施工效率?？招臈l板主要用于工業(yè)與民用建筑的內(nèi)隔墻，應(yīng)用廣泛，供應(yīng)商資源豐富，但技術(shù)差距大，質(zhì)量參差不齊。②ALC條板。此板材以硅砂、水泥和生石灰、石膏進(jìn)行混合攪拌，加入少量鋁粉制成漿料，經(jīng)過發(fā)泡、靜置獲得初期強(qiáng)度后，再經(jīng)高溫高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)而成。由于發(fā)泡及高溫蒸養(yǎng)，板材內(nèi)部形成很多封閉的小孔，在減小材料密度的同時(shí)使板材具有良好的保溫性能。發(fā)泡過程中產(chǎn)生的閉口式孔隙可以有效地防止雨水、潮氣的滲透，同時(shí)微氣孔具有一定的隔聲效果，內(nèi)部設(shè)置的鋼筋網(wǎng)片令板材具有足夠的強(qiáng)度，以抵抗風(fēng)荷載和撞擊力。③輕鋼龍骨隔墻。輕鋼龍骨隔墻重量輕、強(qiáng)度較高、耐火性好、內(nèi)墻與管線一體化，干作業(yè)、環(huán)保節(jié)能，同時(shí)還具有工期短、施工簡(jiǎn)便、不易變形等優(yōu)點(diǎn)。但由于墻內(nèi)通常填充巖棉、泡沫混凝土等填充物，敲擊回聲空洞，隔聲效果較差，國內(nèi)住宅接受度較低，其主要用于商業(yè)辦公建筑內(nèi)隔墻。內(nèi)隔墻性能見表1。

表1 內(nèi)隔墻性能

（2）保溫裝飾一體板的比選。①預(yù)制鋼筋混凝土夾芯保溫外墻板，是一種自承重圍護(hù)構(gòu)件，由內(nèi)葉板、保溫板、外葉板以及連接件組成。內(nèi)葉板結(jié)構(gòu)受力由計(jì)算確定，可根據(jù)工程設(shè)計(jì)需要參與抗震計(jì)算；中間為保溫層，通常采用EPS或XPS，保溫層厚度可以依據(jù)當(dāng)?shù)毓?jié)能要求調(diào)節(jié)；外葉板僅起到保護(hù)作用，一般為50mm厚，可在工廠做成清水、涂料、貼磚、石材等多種效果。②保溫裝飾一體板，由裝飾層、載體層與保溫層三種功能機(jī)構(gòu)組成。表面裝飾層材料種類眾多。載體層有硅鈣板、無機(jī)復(fù)合板、鋁塑板等材料；保溫材料包括巖棉、XPS、EPS、聚氨酯等。保溫裝飾一體板是置于建筑物墻體表面的保溫及裝飾系統(tǒng)保溫效果優(yōu)秀，并且長期冷橋作用少，比傳統(tǒng)節(jié)能保溫施工做法具有更多、更優(yōu)的保溫隔熱功能。③玻璃幕墻，具有隔音、隔熱、防結(jié)霜、防潮、抗風(fēng)壓強(qiáng)度大等優(yōu)點(diǎn)。玻璃幕墻設(shè)計(jì)靈活、抗震能力強(qiáng)、系統(tǒng)化施工、更新維護(hù)方便。缺點(diǎn)是容易造成光污染，玻璃幕墻反射所產(chǎn)生的噪光，會(huì)致人產(chǎn)生眩暈，常常發(fā)生事故；玻璃安裝后經(jīng)常發(fā)生自爆；防火能力差，玻璃在遇到火災(zāi)時(shí)易融化和軟化。外墻性能見表2。

表2 外墻性能

（3）外圍護(hù)系統(tǒng)的選擇。通過前文的比選，結(jié)合表1、表2數(shù)據(jù)可知幾種外墻體各具優(yōu)缺點(diǎn)。最終選取ALC條板為該工程的圍護(hù)墻體，選取保溫裝飾一體板作為該工程的外墻圍護(hù)體系。ALC板具有材料輕便、工廠預(yù)制、免除了墻體的抹灰施工、安裝方便快捷等優(yōu)點(diǎn)；保溫裝飾一體板具有外表美觀、施工效率高的優(yōu)點(diǎn)，兩者均與裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的特點(diǎn)相符。同時(shí)，兩者的結(jié)合更加體現(xiàn)了良好的防滲漏、保溫以及隔聲性能，可以解決該工程作為高層鋼結(jié)構(gòu)住宅的常見質(zhì)量問題。

2 裝配式鋼結(jié)構(gòu)高層住宅外圍護(hù)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

2.1 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

（1）龍骨連接節(jié)點(diǎn)?？紤]主體框架為鋼框架，該項(xiàng)目擬先在龍骨相應(yīng)位置鋼梁上翼緣布設(shè)L型角鋼連接件（在樓板混凝土澆筑前預(yù)設(shè)，或焊接在鋼梁翼緣下），并與鋼梁上翼緣焊接固定。后期龍骨直接與預(yù)設(shè)的角鋼焊接固定連接，見圖2（a）。龍骨布設(shè)完成后，龍骨與一體板之間通過沉頭自鉆自攻螺釘進(jìn)行固定連接。螺釘規(guī)格與間距滿足相關(guān)設(shè)計(jì)要求，見圖2（b）。

圖2 龍骨與主體/一體板節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)圖

（2）干掛一體板陰陽角節(jié)點(diǎn)。鋁板面保溫裝飾一體板，其陽角位置可以整體折彎，不需要考慮現(xiàn)場(chǎng)豎板拼縫，現(xiàn)場(chǎng)只需要與兩側(cè)一體板進(jìn)行連接并用PE棒及耐候密封膠填充即可；對(duì)于陰角位置處，同樣需要將一體板之間頂緊嚴(yán)密，拼縫位置處采用耐候密封膠進(jìn)行封堵密實(shí)，相關(guān)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)見圖3。

圖3 干掛一體板陰陽角節(jié)點(diǎn)

（3）干掛一體板窗戶節(jié)點(diǎn)。干掛一體板在窗戶節(jié)點(diǎn)周邊，先根據(jù)定位布設(shè)龍骨。鋁板面一體板提前測(cè)量好尺寸，并在工廠將一體板整體折彎，與ALC或者窗戶副框頂緊并側(cè)面打膠密封。在窗臺(tái)上下口，應(yīng)考慮坡口留設(shè)，確保滿足構(gòu)造防水要求。具體節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)要求見圖4。

圖4 窗戶一體板的干掛設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)

2.2 基墻板防開裂設(shè)計(jì)

該工程中ALC條板、砌體等圍護(hù)體系與鋼結(jié)構(gòu)的連接節(jié)點(diǎn)均采用柔性連接，降低了鋼結(jié)構(gòu)建筑中墻體由于溫度變形與干縮變形的不協(xié)調(diào)、墻板與面層材料黏結(jié)力差、墻板沉降、荷載應(yīng)力集中等原因開裂的風(fēng)險(xiǎn)。

（1）ALC條板與鋼框架管卡連接試驗(yàn)的目的是驗(yàn)證基墻板與主體鋼框架柔性連接防開裂性能，其實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是對(duì)四組試件做試驗(yàn)（見表3）：①記錄墻體荷載-位移曲線，以縱坐標(biāo)表示荷載，橫坐標(biāo)表示位移展示結(jié)果；②觀察裂縫開展情況，描述裂縫開展情況。

表3 試驗(yàn)內(nèi)容

（2）試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析。實(shí)驗(yàn)所得荷載-位移曲線數(shù)據(jù)見圖5，其結(jié)果如下：①隨著荷載加載位移的增大，試件所受承載力增大。②此管卡柔性連接工況下試件破壞情況，加載至32mm時(shí)，上梁與板材連接處的管卡一半已經(jīng)失去工作性能，板材角部及砂漿連接處大部分破壞，此時(shí)最大承載力為53.41kN（初始力為23.40kN）。③由荷載-位移曲線可以看出，試件加載至32mm后，承載力下降，40mm后板材關(guān)鍵部位幾乎完全破壞，無法承載，故取其40mm加載前的荷載位移曲線。④采用管卡柔性連接合理構(gòu)造措施，可以確保ALC條板鋼框架在地震作用下能協(xié)同工作和共同受力，可以應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)建筑中。

圖5 ALC墻板與鋼框架管卡連接試驗(yàn)

2.3 防水體系設(shè)計(jì)

三道防水體系為防水界面劑、防水透氣膜、一體板防水，見圖6。在施工完成的砌體表面抹灰，使砌體和ALC條板完成面保持一致，在外圍涂刷專用防水界面劑并抹5mm厚1∶3的水泥砂漿保護(hù)層；外圍基墻體防水界面劑、一體板預(yù)埋錨固件施工完成后，在鋼梁與ALC條板交接處滿鋪一層防水透氣膜，避免連接方式對(duì)外圍基墻體防水界面劑層的破壞。對(duì)于龍骨干掛連接方式的一體板，需要確保龍骨連接件與鋼結(jié)構(gòu)相連，避免在ALC或砌體墻上連接造成防水層的破壞，然后在一體板縫隙處填充防水密封膠。

圖6 三道防水體系

3 裝配式鋼結(jié)構(gòu)高層住宅外圍護(hù)系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)施工應(yīng)用

3.1 施工工藝流程

具體施工過程如下：ALC條板排版設(shè)計(jì)→預(yù)埋件安裝→基墻板安裝→基墻板層驗(yàn)收及基層處理→測(cè)量放線→主輔材料預(yù)加工→龍骨安裝→金屬保溫裝飾一體板板材安裝→填縫密封→板面清理。

3.2 信息化管理

項(xiàng)目采用BIM精細(xì)化設(shè)計(jì)手段，設(shè)計(jì)效果見圖7。

圖7 基于BIM技術(shù)的一體板外墻設(shè)計(jì)

3.3 施工要點(diǎn)

（1）龍骨安裝。①定位放線后先裝豎龍骨，依次運(yùn)用點(diǎn)焊、滿焊將其安裝在預(yù)設(shè)的梁柱角鋼連接件上。②安裝橫龍骨，嚴(yán)格控制橫龍骨水平度，水平公差應(yīng)控制在±1mm以下。橫豎龍骨之間應(yīng)采用螺栓連接。③安裝板材，采用熱鍍鋅不帶PVC墊的自攻自鉆螺絲將安裝固定邊固定到龍骨基層上。自攻螺釘要先輕打入2/3后，用螺絲批或?qū)Ｓ眯咝胫辆o固狀態(tài)。

（2）一體板安裝。安裝時(shí)必須每2人一組，1人負(fù)責(zé)將板材扶正并托住板材，1人負(fù)責(zé)找到自攻螺釘打入的合適位置（一般位于企口1/3處，具體視板材實(shí)際長度選擇加固點(diǎn)）。施工人員一手扶正自攻釘，然后將螺釘初步打入，確保螺釘是垂直進(jìn)入角度后繼續(xù)輕輕打入至2/3，最后用螺絲批或?qū)Ｓ眯咝胫辆o固狀態(tài)。

（3）板縫注膠。保溫裝飾板安裝完畢后，用清潔劑將金屬面板表面清潔干凈，清潔后的材料必須在1h內(nèi)用耐候密封膠嵌縫，進(jìn)行密封，保證保溫裝飾一體化系統(tǒng)的氣密性和水密性。注膠寬度與注膠深度之間最合適的尺寸比率是2∶1（寬度∶深度）；注密封膠時(shí)，應(yīng)用美紋紙保護(hù)膠縫兩側(cè)的材料，使其不受污染。

4 結(jié)論

文章結(jié)合某還建房項(xiàng)目8#樓的工程實(shí)踐與應(yīng)用，從裝配式鋼結(jié)構(gòu)高層住宅建筑外圍護(hù)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)過程，到金屬面保溫裝飾一體板（干掛）的實(shí)際應(yīng)用，得到了以下結(jié)論：

（1）鋁板保溫裝飾一體板的飾面板金屬特性與鋼結(jié)構(gòu)主體柔性特性匹配，無開裂風(fēng)險(xiǎn)。

（2）鋁板保溫裝飾一體板與基墻板采用龍骨干掛連接，結(jié)構(gòu)安全合理，無脫落風(fēng)險(xiǎn)。

（3）采用ALC條板+金屬面保溫裝飾一體板（干掛）的建筑外圍護(hù)設(shè)計(jì)，能很好地適應(yīng)主體鋼結(jié)構(gòu)變形協(xié)調(diào)，并具有防水、保溫性能好的特點(diǎn)。