如何设计钢结构建筑墙面系统初探

王志国

外墙作为建筑基本围护结构的一部分,按照我国现行的各种建筑规范,必须满足承载能力、热工、防水、隔声、防火、抗冻等方面的要求。作为钢结构建筑的外墙墙体,还必须考虑能够突出钢结构的优势,与结构连接的节点简单、有效,同时施工方法易于操作。近年来,随着墙体材料改革的进行,出现了很多新材料、新技术,墙体材料性能有了极大的提高,在材料选择方面为设计人员提供了更大的自由度。选择适当的墙体材料,尤其是外墙材料,对于建筑的经济性、建筑舒适度、建筑的节能以及建筑的工业化程度都具有重要意义。

1 钢结构建筑外墙常用材料

建筑外墙材料种类繁多,但与钢结构相配套的外墙材料主要有两大类:轻质砌筑类、轻质墙板类墙体[1]。

1.1 轻质砌筑类墙体

砌筑墙体是由多种材料的块体砌筑而成的墙体结构。作为最古老的墙体类型,其良好的耐久性和独特的美学价值已在很多古老的历史建筑中得到见证。由于钢结构体系的框架承重特性,这里所指的砌体为不承重的新型轻质砌块墙体,通常包括蒸压加气混凝土砌块墙体、混凝土小型空心砌块墙体(普通型和轻集料)、建筑废渣混凝土多孔砖、粉煤灰砌块墙体等。在寒冷、严寒地区,砌筑墙体为了能够达到节能的要求,可以使用复合保温砌块。

1.2 轻质墙板类墙体

建筑轻质板材是砌墙砖和建筑砌块之外的另一类重要的新型建筑墙体材料。与前两类砌体材料相比,其明显优势是自重轻、安装快、施工效率高,同时可提高建筑物的抗震性能,增加建筑物的使用面积,节省生产和使用能耗等。随着钢结构建筑的增多,墙体革新和建筑节能工程的实施以及为此而制定的各项优惠政策,新型建筑板材将获得更迅猛的发展。

2 钢结构建筑墙面细部构造分析

通过对钢结构建筑墙体的现状调研后发现,轻质砌筑类的墙体裂缝较多,轻质墙板类的连接构造复杂[2],因此本文将主要对砌筑类墙体的裂缝、轻质墙板的连接构造进行探讨。

2.1 轻质砌筑类的连接构造

1)砌筑类墙体裂缝分析。砌筑类的墙体由于砌体收缩、温湿度变化、地基沉降不均匀等引起的裂缝是非受力裂缝,又称变形裂缝,这类裂缝几乎占全部可见裂缝的80%左右。在变形裂缝里面最为常见的裂缝有三大类:a.温度裂缝;b.干燥收缩裂缝(简称干缩裂缝);c.由温度和干缩共同产生的裂缝。

2)防止砌筑类墙体裂缝的构造。混凝土砌块砌体的干缩变形是由砂浆和砌块两者的变形组成的。减轻干缩裂缝就是控制好混凝土砌块与砂浆的收缩。从设计方面来讲,主要是考虑设置墙面控制缝和设置灰缝钢筋。采用外墙外保温的做法,减小内外墙的温差,从而减少温度引起的裂缝。

2.2 轻质墙板类的连接构造

1)复合墙板与钢结构的连接要求。外墙板与钢结构的连接宜采用有一定变形能力的柔性连接。外墙板可以采用上挂或下承载两种方式支承于框架柱、梁或楼板上。根据不同的板材类型和板材的布置方式,可采取焊接法、螺栓连接法、插筋锚固法等将外墙板固定在框架上。

2)墙板布置、支承设置及板缝处理。a.墙板的布置方式。墙板的布置方式有竖放和横放两种。墙板竖放是将墙板长度方向垂直于地面的布置方式,属于传统的钢结构建筑做法,建筑物墙面的风格为竖线条;b.墙板的支承方式。在钢结构建筑中,墙板的支承方式主要包括3种:承重墙板;外墙挂板;填充墙板;c.复合墙板板缝处理。墙板的接缝构造主要表现在墙板间的水平缝和垂直缝,这是板缝处理的关键。

3)复合墙板与地面之间的连接构造。a.复合墙板与地面的连接。基础工程进行的过程中,各种预埋件要按图纸设计准确地定位和安装,除了水电管路之外,主要是结构与基础相连的预埋件。基础完成后,一种情况在基础与地龙骨之间要做好隔潮层,如使用珍珠棉和木制垫板,易缓冲钢结构构件与混凝土的硬接触(见图1);另一种情况要做好台的收边和封口,做好防水和密封(见图2)。b.复合墙板之间的连接。

4)复合墙板与钢柱、钢梁的连接构造。a.墙板与钢柱的连接,墙板与柱子之间用专用连接件连接,为了防止连接滑出在连接件端部用专用套管封顶。b.墙板与钢梁的连接,除了要符合计算模型以外,还要注意隔声、防火等,在连接处填充弹性水泥粘结剂。

5)复合墙板与门窗的连接构造。墙体与门窗的构造连接重点是:接缝处的密封、防水与排水处理,并且满足钢结构的装配化,便于施工。在钢结构建筑中,墙体结构中金属复合板的使用也比较多,在构造做法中,金属复合板与窗的连接构造十分重要。

6)复合墙板中管线的安装构造。在钢结构建筑中,管线的安装布置是非常重要的,也不同于普通混凝土或砖混结构。在轻质墙体中,洞口很容易地开在墙板里。在承重墙和隔墙中,必须设置足够的支撑以有利于设备的安装。

7)复合墙板与楼板等构件的连接构造。外墙板固定在楼盖上,楼盖结构一般为现浇或预制混凝土板。墙体构件固定于混凝土上的装置有:预埋在混凝土中的钢板或螺栓,以膨胀螺栓固定的钢板或角钢等。墙板可以在楼层之间安装,也可以外挂于楼板之外。

3 结语

对于钢结构建筑来说,由于结构材料、形式与传统不同,因此墙体材料所关注的问题以及解决问题的方法都发生了极大的改变。除了材料本身的技术因素,还有许多外部因素如经济性、技术适用范围、材料是否有发展前景等,都对墙体材料的选择产生影响,这就使钢结构建筑在墙体材料的选择上更为复杂、困难。本文提供的设计钢结构建筑墙面相关技术具有一定实际意义。

[1] 李延虎,刘 永.钢结构建筑屋面、墙面压型彩板工程的施工方法和注意要点[J].科技信息,2009(1):197-198.

[2] 于春刚.钢结构住宅外墙体材料及构造技术研究[J].建筑施工,2007,29(1):301-302.