高層鋼結構住宅圍護墻板問世

1鋼結構住宅的迅速發展

我國的高層住宅建筑大多采用傳統的鋼筋混凝土結構，國際上發達國家在高層建筑中則廣泛采用鋼結構。輕鋼住宅的綜合經濟優勢表現在:大柱距、大開間，布局靈活,自重輕，對基礎壓力小，造價相對低;結構安全性好、抗震性能遠比傳統結構強;工廠化制作構件精度高，工業化生產,安裝周期短，商品化程度高。開發鋼結構建筑為推動住宅產業化，改變建筑業勞動密集,材料設備預制水平差,現場施工作業量大等缺點創造了條件。高、多層鋼結構住宅及其它建筑的發展,對外圍護墻體工程提出了更高、更新的要求。尤其是環保、保溫節能、防裂抗滲、抗風防地.震等方面。為滿足鋼結構住宅的需要，高層鋼結構住宅圍護墻板 誕生了,順應了建筑的需求。

2高層鋼結構住宅圍護墻板具有高強、輕質、保溫等特點。

基于目前砌塊“熱、裂、滲”頑癥的產生，分析其因有二,其一是材料結構本身的強度偏低,水灰比較小，氣孔較多;其二是粘結材料，粉刷層與其主材的強度相差懸殊，導致其線膨脹和收縮率不一致,加之其保水性等方面的因素，易產生裂縫和滲漏。目前外 墻保溫多用幾種材料現場復合的外保溫的方法，濕作業多,費工費時,熱橋的問題時有發生。

2.1 高強

一般水泥砂漿的強度為5.0~10.0MPa,混凝土強度為10.0~30.0MPa,為了提高水泥基材料的強度，高層鋼結構住宅圍護墻板生產工藝采取了合理的骨料級配;嚴格控制水灰比，適加添加劑,其強度可達到120MPa以上?？紤]到高層抗風振的要求和開孔的需要,在幾十種方案中優化組合,現將強度控制在40MPa左右。同時為了提高材料的韌性,加入了少量高彈性模量的纖維,由 此引發了與強度相抵觸的矛盾。經過反復試驗,在保證強度的前提下,摻入適量的纖維增加墻板的“延性”是必要的。

2.2輕質

為了減少板材的面密度,高層鋼結構住宅圍護墻板常規采用圓孔，其空芯率僅為40%左右，顯然對于無輕骨料的板材來說還是太重。由于材料強度的提高,壁厚可以減至20~30mm,同時加大空芯率,才能達到輕質的要求。經過反復研究與實驗，現用方孔帶肋和薄壁的方案，空芯率控制在54%左右，使90厚板的面密度小于79kg/m,一方面滿足了行業標準,另- -方面為在方孔中復合隔熱材料提供了條件。2.3保溫 根據建設部2001年頒布的《冬冷夏熱地區居住建筑節能設計標準》(JGJ 134-2001)， 明確規定圍.護結構的傳熱系數K≤1.5W/(m2*k)，目前-般作法是在砌體結構粉刷層外,加設隔熱材料,再做面層。這樣經過四、五道工序，勢必造成現場作業量大，施工速度慢。高層鋼結構住宅圍護墻板是在工廠灌注成型后,隨即將隔熱材料EPS或巖棉插入其方孔中，運抵工地可直接安裝,這樣可以達到省工省時,提高安裝速度的效能。經測試，120厚板材的傳熱系數K≤1.2W/(m2*k),在上海地 區，滿足了外墻節能20%的要求。北方地區在其板上附加了40~50mm保溫材料和面層,在工廠一次完成。

2.3.1熱橋的處理

在目前鋼結構住宅已建工程中，常存在不同程度的熱橋和熱工性能偏低的問題，高層鋼結構住宅圍護墻板應用新技術、新工藝，較好地解決了這個問題。

(1)雙凹槽的拼接阻斷熱橋

一般條板的拼接方式大多采用凹凸槽相接,連接處越寬越易造成熱橋影響。高層鋼結構住宅圍護墻板在板型設計時，: 采取了雙凹槽方案,盡可能減少拼接處的有效面積，而且在拼接處的雙凹槽中加設絕熱材料，既要考慮拼接處的強度，又要較大限度地阻斷熱橋的影響,否則大量的熱量從此處流逝,不能起到隔熱的效果。

(2)連接件不外露避免熱橋

將板材拼裝為圍護墻體,連接件是必不可少的。70年代的“-模三板”整開間的大板拼接時,一-般采用直口焊接的方式。由于金屬的導熱性能比普通水泥制品高達幾十倍，如若外露就會產生熱橋耗掉大量的熱能。高層鋼結構住宅圍護墻板的連接件功能為-托、二扣，在豎向重力的作用下，起到支托作用的金屬連接件與板上的預埋件連接,僅限于內側熔焊或點焊,不讓連接件外露,且在其外端加設隔熱材料,避免了熱橋的影響。

3抗風振、防地震3.1抗風振

圍護結構的受力,除了豎向板自重以外,主要來自風振作用的水平力,風振是離地2米，按50年一遇的較大峰值沿高度方向逐步增大。高層鋼結構區別于鋼筋混凝土高層的較大特點是:在同樣風荷載的作用下,其水平變形前者遠大于后者,這就要求圍護材料應有足夠抵抗風荷載的能力。顯然風荷載的計算按照 后者來計算，肯定偏小，若按高層鋼結構的風荷載計算,有一個風振系數的取值問題(風振系數與結構的自震周期有關)。高層鋼結構住宅圍護墻板為了安全與方便,按玻璃幕墻風荷載計算方法(包含了自振周期的因素) ,其值為后者的2~3倍。經實測表明，其抗彎值為10 kNm,支距為280米，而原設計荷載(30層高時)僅為3.5kNm',足以證明尚有較多的抗彎能力的余量。

3.2洞口加強板的處理

門、窗洞口的面積,一.般占住宅圍護結構總面積的50~60%。在風荷載的作用下,洞口板受力集中是薄弱環節,若處理不慎較易開裂和滲漏,所以洞口板列入了圍護結構板型中之重點。日本在處理這一問題時，將板型分為百余種。為了使板型標準化、系列化，高層鋼結構住宅圍護墻板特列出了門窗框板,加強了剛度和配筋，增加了抗裂防滲的構造措施,使板型減少到十幾種。為了配合任意建筑尺寸的需要,除了標準板之外，還有雨蓬板、擱置空調板、檐口板、女兒墻板以及裝飾板等。

3.3防地震

當地震發生時,在地震波的沖擊下,對于圍護結 構來說,受到了強大的水平荷載的作用，所以在設計上以預防為主,高層鋼結構住宅圍護墻板的設計原則是:a.連接件與主體鋼結構的關系是彈性連接;b.圍護結構應有一.定的適變(或跟隨)性,節點可以消減一部分能量, 使“大震不碎，小震不裂”,從而提高圍護結構的抗震能力。

3.4節點設計

以上無論提及風振或地震，對于節點來講都存在著水平和豎向的作用力。固節節點不能消能,因而高層鋼結構住宅圍護墻板采取彈性連接，適應主要來自兩個方向力的傳遞與消能,同時還有扭轉力矩的影響。連接主要件在設計時,充分注意到其受力的特點，也考慮到平面內微小的滑動。所以,在板縫設計時,除了設置橡膠;密封條外,板縫留出20mm寬。若使用有機的硅膠，其抗老化性能差,現采用水泥基的彈性膩子,其強度既能與板質匹配，又可提高板縫的抗裂能力，加之高層鋼結構住宅圍護墻板的干燥收縮值是0.29m/inm,小于日本擠壓水泥基板0.34m/mm,使之更有效地克服“裂、滲”的問題。

4機械化制備

良好的機械設備性能是生產高質量、高水平制品的重要保障。近年來,我國從美國、哥倫比亞、韓、法、澳、日及荷蘭等國家和地區引進了砌塊設備,擠 出成形的空心磚與空心板設備，確實發揮了一定的經濟效益,但洋設備“水土不服”的問題依然存在。根據“價質雙優”的原則，綜合分析了國內外的墻板設備情況,較終選定了河南瑪納模板MO4型成組立模生產線,從試用情況看,該設備有如下特點:a.布筋(網)方便,不論是鋼筋網片或鋼絲網片,尺寸精確，保護層有保證;b.澆注隨意,對于浸合性、自流性和自密性好的材料，防止振動引氣;c.開合靈活,模體、端模液壓開合，板長自行調整,操作靈活;d.電加熱由于模腔中有溫控調節，連同水化熱，達到蒸氣養護的效果,保證了冬季正常生產;e.幾何尺寸精度高，由于模體剛度大,不易變形,因而為產品的平整度和幾何尺寸達標和板面批嵌提供了條件;f自動抽芯，由于板中是方孔,用人工無法實施,自動抽芯，有利于機械化和規?；a。

綜上所述, 高層鋼結構住宅圍護墻板從試點工程來看,收到了良好的效果。高層鋼結構住宅產業迅速擱起,圍護結構材料發展方興未艾，在信息快車的驅動下，高性能圍護材料的問世,將大大有益于建筑節能的實施。