適應可持續鋼結構建筑體系的外實體墻設計關鍵研究

羅慶芳 劉英杰 王京蕾

（1.杭蕭鋼構（山東）有限公司，山東 青島 266000；2.大連建源設計研究院， 遼寧 大連 116400 ；3.青島捷能汽輪機集團股份有限公司，山東 青島 266000）

加強建筑物圍護結構的節能降耗措施的應用，是降低整體建筑物能耗的關鍵技術，作為可持續建筑體系鋼結構建筑關鍵技術之一的外墻結構建筑施工，其材料和整體構造對鋼結構建筑體系的發展具有重要影響。因此做好對外墻實體結構的材料和構造分析，也是適應可持續鋼結構建筑體系的一種有效方式。

1 我國鋼結構外圍護實體設計中存在的問題分析

現階段在國際上已經廣泛采用輕鋼建筑技術，尤其在民用建筑中得到了很好的推廣應用。但是和國外建筑設計師具有良好的鋼結構設計基礎知識和豐富的經驗相比，我國建筑設計師對于鋼結構可持續建筑體系和基于該體系的外圍護結構設計的經驗很少，缺乏對相關圍護結構構造和建設材料的思考，在鋼結構建筑設計中搬用鋼筋混凝土結構外圍護結構來設計笨重的實體外墻。有的工程甚至不結合當地自然氣候條件和地理地形狀況，盲目采用現有的材料和以往施工經驗，在施工技術上沒有進行積極的創新，同時也沒有做好對建筑成本、建筑工期和質量等監督控制，容易產生建筑外圍護結構漏水、發霉以及鋼結構被腐蝕破壞等現象。

2 適應可持續鋼結構建筑體系的外實體墻設計探究

2.1 單一材料的外墻設計

單一材料墻體設計具有取材方便、建設施工效率高以及成本相對較低等優點，同時對于節能降耗也具有一定的作用。在可持續鋼結構外墻設計中，可使用輕質砌塊完成外墻和鋼柱以及各個樓板之間的砌筑。從材料特點來看，輕質砌塊中包括輕集料混凝土小型空心砌塊、加氣混凝土砌塊以及粉煤灰小型空心砌塊等，具有施工簡單、經濟性良好的特點。不過輕質砌塊施工時，現場濕作業較多，不利于現場施工管理且容易出現其他安全性問題，影響施工質量。現階段輕質砌塊在外實體墻施工中，一方面可以將砌塊外墻直接坐落在基礎連梁上，實現外墻和鋼柱間的柔性連接，另一方面可以利用輕質砌塊實現外墻樓板間的澆筑。

單一外墻材料板材中包括蒸壓加氣混凝土和輕集料混凝土。為提高外墻板的剛度和穩定性，需對外墻板材內部的鋼筋網進行處理。但是不管是蒸壓加氣混凝土還是輕集料混凝土，都可能會出現裂縫等損害，而且板材自身沒有防水性能，安全穩定性不高。

2.2 復合材料的外墻設計

通過以上分析可以發現，使用單一材料進行鋼結構建筑體系的外實體墻設計，雖然施工簡便，成本不高，但是無法真正滿足節能降耗的要求，這是因為單一材料的導熱系數和抗壓強度等不符合節能降耗施工特點。為了促進外墻設計可持續鋼結構建筑體系的發展，需加強復合材料的應用。復合材料具有較低的導熱系數以及較高的抗壓能力和高蓄熱系數，且防火性、防水性以及耐久性能都要比單一材料好。

外實體墻復合施工材料中包括工廠預制材料和現場制作的復合材料。現階段為了提高施工效率和施工質量，往往會應用工廠已經生產好的預制材料和預制配件等，這些材料不用經過現場復雜的制作就能直接用在施工中。在適應可持續鋼結構建筑體系的外墻設計施工中，預制復合型材料中包含水泥砂漿抹面鋼絲網架類芯板，該復合板材由冷拔低碳鍍鋅鋼絲焊接而成，是一種三維網籠。另外還有鋼筋混凝土絕熱夾芯板和金屬復合型壓型鋼板材，前一種復合板材的芯板容量較大，熱惰性較高。而后一種則和普通的復合鋼板材相比具有更好的防火性能和耐久性能。

此外，關于現場制作的外墻復合板材，原材料中包括保溫材料、龍骨材料和飾面材料等。在材料組裝制作過程中，一方面可以以外層板、空氣板以及內層保溫板作為基本結構設計，選擇相應的原材料設計對應的復合板材。這三種板材之間，外層板具有支撐作用，空氣板則具有有效排出水蒸氣的作用，內層保溫板除了保溫作用外還具有一定的支撐功能。另一方面主要是將輕鋼龍骨作為墻體可持續鋼結構建筑體系構建的主要支撐結構，通過外層板、防水層以及空氣層、保溫層的設置，實現節能高效外實體墻的設計和施工。

3 可持續鋼結構建筑體系下的外實體墻設計注意事項

3.1 注意保證外墻的耐火性和防水性

適應可持續鋼結構的外實體墻設計，首先要注意選擇合適的板材材料，這些材料除了要滿足節能環保的要求外，還應該注意對該材料耐火性能、防水性能的檢測。在材料進場之前要采取相應的檢測手段做好對鋼結構外墻原材料的質量檢測，及時發現和調換不符合性能要求的材料。目前在鋼結構外墻設計施工中應用較為普遍的材料有加氣混凝土材料、石膏板和玻璃纖維增強水泥板。由于當前基于可持續鋼結構的實體外墻設計采用的大部分是復合型材料，所以在選擇構造層次時要注意對組裝施工以后的材料耐火性和防水性進行重新檢驗，保證使用的復合板材既符合節能降耗的要求，又滿足外圍護結構對于材料強度、穩定性、防火性以及防水性的要求。

3.2 注意板塊之間的焊接縫處理和其他裂縫修復

在外實體墻設計施工中，不可避免地要進行板塊之間的焊接，這時就會存在板塊接縫。這些接縫如果沒有得到及時處理便會影響外墻結構的整體性能，不僅造成外觀美觀上的影響，還會給整體鋼結構建筑體系質量產生不利影響。所以需采用相關技術及時處理板塊連接縫隙，可采用填充的方式在裂縫中加入具有延伸性的嵌縫材料。不過要注意的是，在裂縫處理過程中可能會導致墻面的提前老化，造成墻面污染等，這時需要在施工時注意將材料的防水性、構造防水和建筑裝飾工程等結合起來，在解決墻板之間裂縫的同時也能注意防水作用的強化，同時還能避免對墻體本身的損害。

3.3 多層復合結構外墻施工

基于可持續鋼結構的外墻建筑體系構建中，除了要注意外墻外部材料的選擇，還要注意墻壁內部材料的合理選擇和應用。為了起到墻壁保溫蓄熱的效果，減少建筑內外熱量的波動，在選擇內部墻壁材料時要注意選擇容量相對較大、蓄熱能力強且密實性較高以及不易滲透水蒸氣的材料。

3.4 注意做好外墻結構和設備管線施工的配合

外墻可持續鋼結構建筑體系設計施工應和其他建筑系統施工結合起來，尤其要注意外墻結構工程和電氣設備管線施工的配合。這是因為，設備管線嵌入在墻壁之中，管線在穿入墻壁之后受到墻壁材料和施工的影響，為降低墻壁結構對設備管線造成的不利影響，在外墻施工時就要注意和設備管線施工結合起來。

4 結語

綜上所述，外墻圍護結構是實現可持續鋼結構建筑體系的關鍵所在，做好外墻結構的設計和施工，可以推動可持續鋼結構的發展，同時還能實現節能降耗的目標。本文對外墻結構在鋼結構可持續性發展中的設計進行了分析討論，結合當前我國鋼結構外圍護結構設計中存在的問題，從單一材料外墻設計和復合材料外墻設計兩方面對適應可持續鋼結構的外墻建筑設計進行了簡單闡述。