超高层建筑加气混凝土条板的应用研究

梁明强

（山西一建集团有限公司，山西 太原 030000）

0 引言

加气混凝土的问世，为施工带来了方便，但同时也会带来相应的限制标准和使用上的不成熟。对于加气混凝土，无论从其性质还是工艺特点的层面，尚有不少细节有待进一步研究。为了更好地发挥加气混凝土这一新型材料，我们所要解决的问题是其各项功能的加强，是其在现实施工中能够更好地保证建筑物的高质量。人力物力财力是一项建筑工程的基本要素，而加气混凝土也必须要与之相对应，耗费的资源就应该有更高的要求。

1 加气混凝土的作用及影响

1.1 能够有效控制混凝土裂缝

在现实生活中，混凝土砌块产生纵向裂纹的现象比较正常，不管什么严重的裂纹，都会对建材构件的安全和适用产生危害。所以，在加气混凝土的应用上，必须选用合格的原材料，材料的处理也是必不可少的。在大体积混凝土中，水泥占据着非常关键的位置，而水泥热化对裂纹的产生有一定作用。同时，气温的变动也会对混凝土有影响。在砌筑的同时，还要挑选专用的建筑材料，尤其是关于水泥的问题，一般要求水泥的密度要低，保湿面膜、隔热性要好，并和加气混凝土相适应。这样，就可以很有效的实现了加气混凝土内墙的抹灰工作。对加气混凝土外墙面，应选择硬度好的基层抹灰水泥，抹灰的水泥既要和水泥的适应，又要具备相应的保湿面膜隔热性。提高了内墙体与外墙面的质量，加气混凝土水泥的裂缝会自动得到抑制[1]。

1.2 稳固建筑物、性能好

1.3 环保低碳、隔热性能好

加气混凝土的土屋面板，在水平和坡面的施工上比较适用。而加气混凝土的砌筑上，更适合于底层的承重墙体。应用加气混凝土的价值还在于对其的研究，从探索中发现正确应用加气混凝土的途径，就能够给施工带来相应的方便。发展加气混凝土最关键的原因是两点，一个是环保，另一方面是有利于节省建筑资金。因为加气混凝土优异的隔热性能，不但有助于改善房屋的防火效果，还有助于减少噪声危害；又因为加气混凝土产品多样化而且生产方便，所以有利于节约20%~30%的建筑材料资金。所以加气混凝土的应用，必须遵循节能低碳环保概念，才有利于社会可持续发展。

2 非承重内隔墙的选择原因和设计条件

2.1 构造要求

内隔墙不需要对外力进行承受，但需要对自身的重力进行承受，所以，自身承载力和稳定性是考虑的重点。对于超高层建筑而言，自身对于基础楼板有反作用要求。

2.2 结构变形影响

内隔墙系统要承受建筑结构在风力效应和地震影响下产生的整体构造变化，同时结构本身也会由于温度等效应而产生变化，通过对结构层间的偏移角作出了定量要求。这也是超高层建筑物特有必须考量的原因。

2.3 防火要求

内隔墙必须具有相应的防火特性，对防火限值做出相应要求。

2.4 密封因素

内隔墙体系要求具有足够的密封特性，尤其在结构变形情况下保持密闭性能。

2.5 功能因素

室内隔墙系统按照应用特点不同还必须具有隔热、保温、隔热等特点，这些特性还可以采用其他结构层加以加强。

2.6 施工因素

比超高层建筑物更适合现场拼装的干作业墙体，以增加施工速度。

例（24）中的“Chicago”、例（25）中“library”实际上是被压制为“people in Chicago”和“people in the library”；而例（26）中的“the door”因无法压制成有生名词。因此，不可接受。

2.7 耐久性要求

室内隔墙体系应能保证在不同室内环境下的耐久性。

2.8 成本因素

内隔墙系统的施工成本具有特殊性，应采用统一的工艺比选对费用加以控制。

2.9 灵活性因素

内隔墙系统应该能按照功能需要，做出灵活性的变化。

3 加气混凝土条板对于超高层建筑的适用性

3.1 超高层建筑结构专业对水平变形和荷载的限制

以某超高层建筑为例，主要构造是核心筒+巨柱+钢板桁架体系，其中核心筒为型钢混凝土剪力墙构件，巨柱为钢板骨构件。最高层的楼板梁为钢板梁，楼板为复合构件。而对风影响下层间位移角的限制条件最大，互层位移角度约为1/500。如高楼梯层4.5m的普通楼，最大互层间水平变形值约为10mm。对震害影响的下层间位移角度限制条件为：小地震不破裂，最大互层位移角1/500；中地震可修复破坏，最大互层位移角1/500~1/100；重大地震不坍塌，最大互层位移角一/100。由于超高层建筑物自重大，因此减轻负荷对空间结构合理性有着至关重要的影响，所以在核心筒之外空间并未使用加气混凝土条板，除适用的灵活性条件之外，荷载大小也是主要考量因素[2]。

3.2 超高层建筑电梯井道活塞效应

高速扶梯在沿井道行驶后，会出现很大的活塞效果，特别是在单井道扶梯（双井道或多井道电梯运行方向不同会对活塞效果有一些消减，并且因为井路合并空隙较大而削弱活塞效果）。某超高层建筑尽管对高速电梯尽可能采取多井的设计方法，但即使经过模拟，高速公路穿梭式楼梯仍然会有与建筑物内部的大气压差超过270Pa。

3.3 室内墙体隔声性能

超高层结构的高速楼梯和设备与机械间都有很大的低频噪音，而具有较高强度的砖墙或条板隔墙抗噪音的特性也很强，一般150mm厚度挡墙的抗噪音强度可以做到45dB，而200mm的厚度则可以做到50dB。某超高层建筑的声学标准非常严苛，要求所有所使用的条板都需要提供声学测试报告，方可使用。

3.4 耐火性能要求

超高层建筑物的自动消防应当立足于自救，而由于加气混凝土或水泥条板材料具备优异的防火特性，其防火极限通常远大于现代消防标准要求，对建筑物防烟抗火性能的改善有很大帮助。

3.5 风环境要求

针对超高层结构，由于核心筒内存在大面积竖向管道，井道外墙的高气密度能对抑制烟囱作用有很大作用。

3.6 耐用度

机电设备机房、水管井和电梯井道之间的隔离墙都要求相应的耐磨度，以保证工程运营维持水压。

3.7 经济因素

超高层大楼的垂直运输能力很有限，但减少风湿作业、在现场施工对减少时间和费用都有很大帮助。加气混凝土条板由于其自身外表平整，6~8mm的薄抹灰层甚至是专用装饰剂，就能够达到涂料基层、面砖面层的基层要求，而一般砌花墙则需要20mm厚度的水泥层，单就装饰与湿施工的时间而言，就节约了1/2~2/3的时间。

4 超高层建筑加气混凝土条板构造研究

加气混凝土条板本身的性能指标已经足以适应超高层施工的需要，但由于条板不能大规模使用的因素，这部分原因源自于其在浇筑过程中往往使用比较简单的结点，使得条板在拼接与施工时的接缝往往变成整个建筑墙系统内部的脆弱组成部分。在选定好外墙材质之后，根据超高层建筑物的特定要求而设计的专用节点，为提高整个建筑外墙体系的性能打下了基础[3]。

4.1 加气混凝土条板节点构造研究概述

使用加气混凝土条板圈围的工作空间要符合本身稳定性、设计形状、工作压力、防火极限、密封性能等的规定。这种外部条件必须借助于空腔本体、板与楼板的联结形式、楼板与建筑本身的粘结形式和预应力空心板的处理方法才能完成。在地震影响和强风作用时，空间结构将产生很大的水平位移，这需要空腔能进行随动，确保空腔本体不出现破坏和断裂。

首先要求加气混凝土条板自身要具备充分的水平弹性变化能，同时在板与结构骨架顶端应用可吸收水平变化能量的主要节点，以确保墙面的每个墙板的水平变化能量均在规定范围之内。同时墙面的密封性能关键，板与缝间也要做好安全彻底的密封处理，这也是实现抗噪声、防火强度、气密性能的重要基础。经过对目前蒸压轻质加气混凝土条板的调研，给出了蒸压轻质加气混凝土条板的3个主要节点结构方案的指导意见：①在地下室墙面板与墙面板间的水平连接应用TU槽，利用TU槽使板与楼板间的孔隙空间为TU型空隙，改善了墙面密封、隔热、防火强度等特性，并便于施工。②板与结构主体的连通方式下部采取U型槽钢刚性连接，顶端用L型“勾头”螺钉把水泥条板紧固在L型通长角钢的形式，具备足够的弹性连接特点，且方便施工。③在墙体和建筑构件骨架水平方向上的接缝采取石棉填料与幽禁橡胶封闭的形式，以确保条板接缝在规定变形范围内不破裂、不通透。

4.2 与传统节点的对比

加气的水泥条板并不算新型建筑材料，在日本已经使用了接近20年以上，在中国应用也在10年以上。其使用范围远不如在日本，加上砌块这种建筑材料的经济性，以及除砌筑人工成本较低外，其本身暴露的技术缺陷也使得使用一直无法大范围地推广。自2017年我国大力推进建筑工程向预制化发展以来，使得该种材质开始广泛应用。但是由于这些广泛应用并没有以对建筑节点的优化设计为前提，从而造成人们在特定时间后对该种优质建筑材料的负面反应，甚至造成了巨大的质量后果。所以期待着更多的建筑设计者、业主、施工方都能进一步认识该种材质，并合理使用[4]。

某超高层建筑所使用的条板结点上接口采取了“勾头”式螺栓连接方式，与整体结构紧密连接，并使用了水泥覆盖，大孔洞则使用了角钢过梁、竖向龙骨结构，下环节使用了U型槽条形的基础设置方式，既保证了条板与整体结构的紧密衔接，又使得条板与建筑构件有些微移动时的变化量。而根据这个环节，北京金隅集团还专门开展了防震试验，结果证实了这个连接节点具有良好的防震特性。反观传统节点，一般下节点使用木制楔子，但木楔在嵌入墙底部时会产生的小间隙，如果仅简单地用混凝土填充，后填塞的混凝土也或许会产生大间隙上环节使用U型卡，它与建筑物的间隙一般都不作什么加工，靠下节点的木楔可以进行减小间隙，但这种间隙不管多小，都是存在的。而且类似的结点不管声学、耐火或者防震特性都无法提高，当把它运用到防火墙上时，一旦完全裸露出来的U型卡就损坏了，墙倾覆的可能性也很大，如果倾覆，就算墙本身具有优异的防火特性，也形同虚设。

对于水平节点，除使用了TU槽之外，为提高气密，也在侧面贴覆岩棉片，而在条板的挤压安装中，为了保持了接缝的牢固，岩棉片还使用了与其他板材之间的水平缝连接。而传统节点通常仅以水泥挤压密闭的楼板内空隙，普通结构使用中并无影响，当使用在有变化的结构，如超高层结构中，轻微变化就可能造成水泥砂浆硬结构的损坏并形成裂纹。

4.3 施工过程中的优化

4.3.1 条板厚度变化

由于声学的特点，在我们的工程机械室、以及能够产生噪音的电梯井路都选择了200mm厚度的预应力混凝土条板，以得到约50dB的间隔声量，而在现场施工中，由于地面标高的上升，200mm厚条板也对现场运输以及施工的堆场、建筑表面等都产生了很大影响。因此在过程中对200mm厚度条板开展了专门调研，并通过对空间要求进行了细致分析后，只在高速电梯井道预留了很小的200mm厚度条板空间，以确保其能够适应高速运行时产生的巨大压力，将剩余条板空间均降低至150mm厚度。在有声学条件的部位通过增强岩棉抗噪声的措施来提高整体隔音率，如使用双层墙。设计要求可以降低至100mm厚度，但由于100mm厚度的条板墙体并不能通过TU槽，这意味即使墙体的自身特性能够适应空间要求，但随着节点密闭度的减少，墙体自身特性也可能不会满足设计预期，而且由于某超高层建筑层高较高，所以即便改变了100mm厚度外墙，部分可能改变的部分也可能已超过了其高度限制，所以经过综合考虑，最后保留了150mm厚度的方案。

4.3.2 条板机电安装要求

当选用加气混凝土条板的，因其可通过专门工具实现机械部分的安装，成为考虑的重要原因之中。在具体实施中，因为已经浇筑的地下室墙面上机械部分发生反复，对墙面损伤很大，所以选择采用管道明敷设的方法。管道明铺设保证了条板墙面的整体性，但却牺牲了部分空间的视觉效果[5]。

5 结语

综上所述，本文对某超高层建筑的加气混凝土条板的应用进行分析和探究，加气混凝土条板在建筑领域是新的工艺突破，对于高层建筑的施工及设计起到完善的作用。希望本文的研究对工艺的逐渐提升有所帮助。