如何設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)建筑墻面系統(tǒng)初探

王志國

外墻作為建筑基本圍護結(jié)構(gòu)的一部分,按照我國現(xiàn)行的各種建筑規(guī)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(jié)構(gòu)建筑的外墻墻體,還必須考慮能夠突出鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢,與結(jié)構(gòu)連接的節(jié)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(xiàn)了很多新材料、新技術(shù),墻體材料性能有了極大的提高,在材料選擇方面為設(shè)計人員提供了更大的自由度。選擇適當?shù)膲w材料,尤其是外墻材料,對于建筑的經(jīng)濟性、建筑舒適度、建筑的節(jié)能以及建筑的工業(yè)化程度都具有重要意義。

1 鋼結(jié)構(gòu)建筑外墻常用材料

建筑外墻材料種類繁多,但與鋼結(jié)構(gòu)相配套的外墻材料主要有兩大類:輕質(zhì)砌筑類、輕質(zhì)墻板類墻體[1]。

1.1 輕質(zhì)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(jié)構(gòu)。作為最古老的墻體類型,其良好的耐久性和獨特的美學(xué)價值已在很多古老的歷史建筑中得到見證。由于鋼結(jié)構(gòu)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(zhì)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(qū),砌筑墻體為了能夠達到節(jié)能的要求,可以使用復(fù)合保溫砌塊。

1.2 輕質(zhì)墻板類墻體

建筑輕質(zhì)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(yōu)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(jié)省生產(chǎn)和使用能耗等。隨著鋼結(jié)構(gòu)建筑的增多,墻體革新和建筑節(jié)能工程的實施以及為此而制定的各項優(yōu)惠政策,新型建筑板材將獲得更迅猛的發(fā)展。

2 鋼結(jié)構(gòu)建筑墻面細部構(gòu)造分析

通過對鋼結(jié)構(gòu)建筑墻體的現(xiàn)狀調(diào)研后發(fā)現(xiàn),輕質(zhì)砌筑類的墻體裂縫較多,輕質(zhì)墻板類的連接構(gòu)造復(fù)雜[2],因此本文將主要對砌筑類墻體的裂縫、輕質(zhì)墻板的連接構(gòu)造進行探討。

2.1 輕質(zhì)砌筑類的連接構(gòu)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(chǎn)生的裂縫。

2)防止砌筑類墻體裂縫的構(gòu)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(shè)計方面來講,主要是考慮設(shè)置墻面控制縫和設(shè)置灰縫鋼筋。采用外墻外保溫的做法,減小內(nèi)外墻的溫差,從而減少溫度引起的裂縫。

2.2 輕質(zhì)墻板類的連接構(gòu)造

1)復(fù)合墻板與鋼結(jié)構(gòu)的連接要求。外墻板與鋼結(jié)構(gòu)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(jù)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(shè)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(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(fù)合墻板板縫處理。墻板的接縫構(gòu)造主要表現(xiàn)在墻板間的水平縫和垂直縫,這是板縫處理的關(guān)鍵。

3)復(fù)合墻板與地面之間的連接構(gòu)造。a.復(fù)合墻板與地面的連接。基礎(chǔ)工程進行的過程中,各種預(yù)埋件要按圖紙設(shè)計準確地定位和安裝,除了水電管路之外,主要是結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)相連的預(yù)埋件。基礎(chǔ)完成后,一種情況在基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)構(gòu)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(fù)合墻板之間的連接。

4)復(fù)合墻板與鋼柱、鋼梁的連接構(gòu)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(jié)劑。

5)復(fù)合墻板與門窗的連接構(gòu)造。墻體與門窗的構(gòu)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(jié)構(gòu)的裝配化,便于施工。在鋼結(jié)構(gòu)建筑中,墻體結(jié)構(gòu)中金屬復(fù)合板的使用也比較多,在構(gòu)造做法中,金屬復(fù)合板與窗的連接構(gòu)造十分重要。

6)復(fù)合墻板中管線的安裝構(gòu)造。在鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。在輕質(zhì)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(shè)置足夠的支撐以有利于設(shè)備的安裝。

7)復(fù)合墻板與樓板等構(gòu)件的連接構(gòu)造。外墻板固定在樓蓋上,樓蓋結(jié)構(gòu)一般為現(xiàn)澆或預(yù)制混凝土板。墻體構(gòu)件固定于混凝土上的裝置有:預(yù)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(jié)語

對于鋼結(jié)構(gòu)建筑來說,由于結(jié)構(gòu)材料、形式與傳統(tǒng)不同,因此墻體材料所關(guān)注的問題以及解決問題的方法都發(fā)生了極大的改變。除了材料本身的技術(shù)因素,還有許多外部因素如經(jīng)濟性、技術(shù)適用范圍、材料是否有發(fā)展前景等,都對墻體材料的選擇產(chǎn)生影響,這就使鋼結(jié)構(gòu)建筑在墻體材料的選擇上更為復(fù)雜、困難。本文提供的設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)建筑墻面相關(guān)技術(shù)具有一定實際意義。

[1] 李延虎,劉 永.鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)住宅外墻體材料及構(gòu)造技術(shù)研究[J].建筑施工,2007,29(1):301-302.