超高層建筑加氣混凝土條板的應(yīng)用研究

梁明強

（山西一建集團有限公司，山西 太原 030000）

0 引言

加氣混凝土的問世，為施工帶來了方便，但同時也會帶來相應(yīng)的限制標準和使用上的不成熟。對于加氣混凝土，無論從其性質(zhì)還是工藝特點的層面，尚有不少細節(jié)有待進一步研究。為了更好地發(fā)揮加氣混凝土這一新型材料，我們所要解決的問題是其各項功能的加強，是其在現(xiàn)實施工中能夠更好地保證建筑物的高質(zhì)量。人力物力財力是一項建筑工程的基本要素，而加氣混凝土也必須要與之相對應(yīng)，耗費的資源就應(yīng)該有更高的要求。

1 加氣混凝土的作用及影響

1.1 能夠有效控制混凝土裂縫

在現(xiàn)實生活中，混凝土砌塊產(chǎn)生縱向裂紋的現(xiàn)象比較正常，不管什么嚴重的裂紋，都會對建材構(gòu)件的安全和適用產(chǎn)生危害。所以，在加氣混凝土的應(yīng)用上，必須選用合格的原材料，材料的處理也是必不可少的。在大體積混凝土中，水泥占據(jù)著非常關(guān)鍵的位置，而水泥熱化對裂紋的產(chǎn)生有一定作用。同時，氣溫的變動也會對混凝土有影響。在砌筑的同時，還要挑選專用的建筑材料，尤其是關(guān)于水泥的問題，一般要求水泥的密度要低，保濕面膜、隔熱性要好，并和加氣混凝土相適應(yīng)。這樣，就可以很有效的實現(xiàn)了加氣混凝土內(nèi)墻的抹灰工作。對加氣混凝土外墻面，應(yīng)選擇硬度好的基層抹灰水泥，抹灰的水泥既要和水泥的適應(yīng)，又要具備相應(yīng)的保濕面膜隔熱性。提高了內(nèi)墻體與外墻面的質(zhì)量，加氣混凝土水泥的裂縫會自動得到抑制[1]。

1.2 穩(wěn)固建筑物、性能好

1.3 環(huán)保低碳、隔熱性能好

加氣混凝土的土屋面板，在水平和坡面的施工上比較適用。而加氣混凝土的砌筑上，更適合于底層的承重墻體。應(yīng)用加氣混凝土的價值還在于對其的研究，從探索中發(fā)現(xiàn)正確應(yīng)用加氣混凝土的途徑，就能夠給施工帶來相應(yīng)的方便。發(fā)展加氣混凝土最關(guān)鍵的原因是兩點，一個是環(huán)保，另一方面是有利于節(jié)省建筑資金。因為加氣混凝土優(yōu)異的隔熱性能，不但有助于改善房屋的防火效果，還有助于減少噪聲危害；又因為加氣混凝土產(chǎn)品多樣化而且生產(chǎn)方便，所以有利于節(jié)約20%~30%的建筑材料資金。所以加氣混凝土的應(yīng)用，必須遵循節(jié)能低碳環(huán)保概念，才有利于社會可持續(xù)發(fā)展。

2 非承重內(nèi)隔墻的選擇原因和設(shè)計條件

2.1 構(gòu)造要求

內(nèi)隔墻不需要對外力進行承受，但需要對自身的重力進行承受，所以，自身承載力和穩(wěn)定性是考慮的重點。對于超高層建筑而言，自身對于基礎(chǔ)樓板有反作用要求。

2.2 結(jié)構(gòu)變形影響

內(nèi)隔墻系統(tǒng)要承受建筑結(jié)構(gòu)在風力效應(yīng)和地震影響下產(chǎn)生的整體構(gòu)造變化，同時結(jié)構(gòu)本身也會由于溫度等效應(yīng)而產(chǎn)生變化，通過對結(jié)構(gòu)層間的偏移角作出了定量要求。這也是超高層建筑物特有必須考量的原因。

2.3 防火要求

內(nèi)隔墻必須具有相應(yīng)的防火特性，對防火限值做出相應(yīng)要求。

2.4 密封因素

內(nèi)隔墻體系要求具有足夠的密封特性，尤其在結(jié)構(gòu)變形情況下保持密閉性能。

2.5 功能因素

室內(nèi)隔墻系統(tǒng)按照應(yīng)用特點不同還必須具有隔熱、保溫、隔熱等特點，這些特性還可以采用其他結(jié)構(gòu)層加以加強。

2.6 施工因素

比超高層建筑物更適合現(xiàn)場拼裝的干作業(yè)墻體，以增加施工速度。

例（24）中的“Chicago”、例（25）中“l(fā)ibrary”實際上是被壓制為“people in Chicago”和“people in the library”；而例（26）中的“the door”因無法壓制成有生名詞。因此，不可接受。

2.7 耐久性要求

室內(nèi)隔墻體系應(yīng)能保證在不同室內(nèi)環(huán)境下的耐久性。

2.8 成本因素

內(nèi)隔墻系統(tǒng)的施工成本具有特殊性，應(yīng)采用統(tǒng)一的工藝比選對費用加以控制。

2.9 靈活性因素

內(nèi)隔墻系統(tǒng)應(yīng)該能按照功能需要，做出靈活性的變化。

3 加氣混凝土條板對于超高層建筑的適用性

3.1 超高層建筑結(jié)構(gòu)專業(yè)對水平變形和荷載的限制

以某超高層建筑為例，主要構(gòu)造是核心筒+巨柱+鋼板桁架體系，其中核心筒為型鋼混凝土剪力墻構(gòu)件，巨柱為鋼板骨構(gòu)件。最高層的樓板梁為鋼板梁，樓板為復合構(gòu)件。而對風影響下層間位移角的限制條件最大，互層位移角度約為1/500。如高樓梯層4.5m的普通樓，最大互層間水平變形值約為10mm。對震害影響的下層間位移角度限制條件為：小地震不破裂，最大互層位移角1/500；中地震可修復破壞，最大互層位移角1/500~1/100；重大地震不坍塌，最大互層位移角一/100。由于超高層建筑物自重大，因此減輕負荷對空間結(jié)構(gòu)合理性有著至關(guān)重要的影響，所以在核心筒之外空間并未使用加氣混凝土條板，除適用的靈活性條件之外，荷載大小也是主要考量因素[2]。

3.2 超高層建筑電梯井道活塞效應(yīng)

高速扶梯在沿井道行駛后，會出現(xiàn)很大的活塞效果，特別是在單井道扶梯（雙井道或多井道電梯運行方向不同會對活塞效果有一些消減，并且因為井路合并空隙較大而削弱活塞效果）。某超高層建筑盡管對高速電梯盡可能采取多井的設(shè)計方法，但即使經(jīng)過模擬，高速公路穿梭式樓梯仍然會有與建筑物內(nèi)部的大氣壓差超過270Pa。

3.3 室內(nèi)墻體隔聲性能

超高層結(jié)構(gòu)的高速樓梯和設(shè)備與機械間都有很大的低頻噪音，而具有較高強度的磚墻或條板隔墻抗噪音的特性也很強，一般150mm厚度擋墻的抗噪音強度可以做到45dB，而200mm的厚度則可以做到50dB。某超高層建筑的聲學標準非常嚴苛，要求所有所使用的條板都需要提供聲學測試報告，方可使用。

3.4 耐火性能要求

超高層建筑物的自動消防應(yīng)當立足于自救，而由于加氣混凝土或水泥條板材料具備優(yōu)異的防火特性，其防火極限通常遠大于現(xiàn)代消防標準要求，對建筑物防煙抗火性能的改善有很大幫助。

3.5 風環(huán)境要求

針對超高層結(jié)構(gòu)，由于核心筒內(nèi)存在大面積豎向管道，井道外墻的高氣密度能對抑制煙囪作用有很大作用。

3.6 耐用度

機電設(shè)備機房、水管井和電梯井道之間的隔離墻都要求相應(yīng)的耐磨度，以保證工程運營維持水壓。

3.7 經(jīng)濟因素

超高層大樓的垂直運輸能力很有限，但減少風濕作業(yè)、在現(xiàn)場施工對減少時間和費用都有很大幫助。加氣混凝土條板由于其自身外表平整，6~8mm的薄抹灰層甚至是專用裝飾劑，就能夠達到涂料基層、面磚面層的基層要求，而一般砌花墻則需要20mm厚度的水泥層，單就裝飾與濕施工的時間而言，就節(jié)約了1/2~2/3的時間。

4 超高層建筑加氣混凝土條板構(gòu)造研究

加氣混凝土條板本身的性能指標已經(jīng)足以適應(yīng)超高層施工的需要，但由于條板不能大規(guī)模使用的因素，這部分原因源自于其在澆筑過程中往往使用比較簡單的結(jié)點，使得條板在拼接與施工時的接縫往往變成整個建筑墻系統(tǒng)內(nèi)部的脆弱組成部分。在選定好外墻材質(zhì)之后，根據(jù)超高層建筑物的特定要求而設(shè)計的專用節(jié)點，為提高整個建筑外墻體系的性能打下了基礎(chǔ)[3]。

4.1 加氣混凝土條板節(jié)點構(gòu)造研究概述

使用加氣混凝土條板圈圍的工作空間要符合本身穩(wěn)定性、設(shè)計形狀、工作壓力、防火極限、密封性能等的規(guī)定。這種外部條件必須借助于空腔本體、板與樓板的聯(lián)結(jié)形式、樓板與建筑本身的粘結(jié)形式和預(yù)應(yīng)力空心板的處理方法才能完成。在地震影響和強風作用時，空間結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生很大的水平位移，這需要空腔能進行隨動，確保空腔本體不出現(xiàn)破壞和斷裂。

首先要求加氣混凝土條板自身要具備充分的水平彈性變化能，同時在板與結(jié)構(gòu)骨架頂端應(yīng)用可吸收水平變化能量的主要節(jié)點，以確保墻面的每個墻板的水平變化能量均在規(guī)定范圍之內(nèi)。同時墻面的密封性能關(guān)鍵，板與縫間也要做好安全徹底的密封處理，這也是實現(xiàn)抗噪聲、防火強度、氣密性能的重要基礎(chǔ)。經(jīng)過對目前蒸壓輕質(zhì)加氣混凝土條板的調(diào)研，給出了蒸壓輕質(zhì)加氣混凝土條板的3個主要節(jié)點結(jié)構(gòu)方案的指導意見：①在地下室墻面板與墻面板間的水平連接應(yīng)用TU槽，利用TU槽使板與樓板間的孔隙空間為TU型空隙，改善了墻面密封、隔熱、防火強度等特性，并便于施工。②板與結(jié)構(gòu)主體的連通方式下部采取U型槽鋼剛性連接，頂端用L型“勾頭”螺釘把水泥條板緊固在L型通長角鋼的形式，具備足夠的彈性連接特點，且方便施工。③在墻體和建筑構(gòu)件骨架水平方向上的接縫采取石棉填料與幽禁橡膠封閉的形式，以確保條板接縫在規(guī)定變形范圍內(nèi)不破裂、不通透。

4.2 與傳統(tǒng)節(jié)點的對比

加氣的水泥條板并不算新型建筑材料，在日本已經(jīng)使用了接近20年以上，在中國應(yīng)用也在10年以上。其使用范圍遠不如在日本，加上砌塊這種建筑材料的經(jīng)濟性，以及除砌筑人工成本較低外，其本身暴露的技術(shù)缺陷也使得使用一直無法大范圍地推廣。自2017年我國大力推進建筑工程向預(yù)制化發(fā)展以來，使得該種材質(zhì)開始廣泛應(yīng)用。但是由于這些廣泛應(yīng)用并沒有以對建筑節(jié)點的優(yōu)化設(shè)計為前提，從而造成人們在特定時間后對該種優(yōu)質(zhì)建筑材料的負面反應(yīng)，甚至造成了巨大的質(zhì)量后果。所以期待著更多的建筑設(shè)計者、業(yè)主、施工方都能進一步認識該種材質(zhì)，并合理使用[4]。

某超高層建筑所使用的條板結(jié)點上接口采取了“勾頭”式螺栓連接方式，與整體結(jié)構(gòu)緊密連接，并使用了水泥覆蓋，大孔洞則使用了角鋼過梁、豎向龍骨結(jié)構(gòu)，下環(huán)節(jié)使用了U型槽條形的基礎(chǔ)設(shè)置方式，既保證了條板與整體結(jié)構(gòu)的緊密銜接，又使得條板與建筑構(gòu)件有些微移動時的變化量。而根據(jù)這個環(huán)節(jié)，北京金隅集團還專門開展了防震試驗，結(jié)果證實了這個連接節(jié)點具有良好的防震特性。反觀傳統(tǒng)節(jié)點，一般下節(jié)點使用木制楔子，但木楔在嵌入墻底部時會產(chǎn)生的小間隙，如果僅簡單地用混凝土填充，后填塞的混凝土也或許會產(chǎn)生大間隙上環(huán)節(jié)使用U型卡，它與建筑物的間隙一般都不作什么加工，靠下節(jié)點的木楔可以進行減小間隙，但這種間隙不管多小，都是存在的。而且類似的結(jié)點不管聲學、耐火或者防震特性都無法提高，當把它運用到防火墻上時，一旦完全裸露出來的U型卡就損壞了，墻傾覆的可能性也很大，如果傾覆，就算墻本身具有優(yōu)異的防火特性，也形同虛設(shè)。

對于水平節(jié)點，除使用了TU槽之外，為提高氣密，也在側(cè)面貼覆巖棉片，而在條板的擠壓安裝中，為了保持了接縫的牢固，巖棉片還使用了與其他板材之間的水平縫連接。而傳統(tǒng)節(jié)點通常僅以水泥擠壓密閉的樓板內(nèi)空隙，普通結(jié)構(gòu)使用中并無影響，當使用在有變化的結(jié)構(gòu)，如超高層結(jié)構(gòu)中，輕微變化就可能造成水泥砂漿硬結(jié)構(gòu)的損壞并形成裂紋。

4.3 施工過程中的優(yōu)化

4.3.1 條板厚度變化

由于聲學的特點，在我們的工程機械室、以及能夠產(chǎn)生噪音的電梯井路都選擇了200mm厚度的預(yù)應(yīng)力混凝土條板，以得到約50dB的間隔聲量，而在現(xiàn)場施工中，由于地面標高的上升，200mm厚條板也對現(xiàn)場運輸以及施工的堆場、建筑表面等都產(chǎn)生了很大影響。因此在過程中對200mm厚度條板開展了專門調(diào)研，并通過對空間要求進行了細致分析后，只在高速電梯井道預(yù)留了很小的200mm厚度條板空間，以確保其能夠適應(yīng)高速運行時產(chǎn)生的巨大壓力，將剩余條板空間均降低至150mm厚度。在有聲學條件的部位通過增強巖棉抗噪聲的措施來提高整體隔音率，如使用雙層墻。設(shè)計要求可以降低至100mm厚度，但由于100mm厚度的條板墻體并不能通過TU槽，這意味即使墻體的自身特性能夠適應(yīng)空間要求，但隨著節(jié)點密閉度的減少，墻體自身特性也可能不會滿足設(shè)計預(yù)期，而且由于某超高層建筑層高較高，所以即便改變了100mm厚度外墻，部分可能改變的部分也可能已超過了其高度限制，所以經(jīng)過綜合考慮，最后保留了150mm厚度的方案。

4.3.2 條板機電安裝要求

當選用加氣混凝土條板的，因其可通過專門工具實現(xiàn)機械部分的安裝，成為考慮的重要原因之中。在具體實施中，因為已經(jīng)澆筑的地下室墻面上機械部分發(fā)生反復，對墻面損傷很大，所以選擇采用管道明敷設(shè)的方法。管道明鋪設(shè)保證了條板墻面的整體性，但卻犧牲了部分空間的視覺效果[5]。

5 結(jié)語

綜上所述，本文對某超高層建筑的加氣混凝土條板的應(yīng)用進行分析和探究，加氣混凝土條板在建筑領(lǐng)域是新的工藝突破，對于高層建筑的施工及設(shè)計起到完善的作用。希望本文的研究對工藝的逐漸提升有所幫助。