高层钢结构住宅围护墙板问世

1钢结构住宅的迅速发展

我国的高层住宅建筑大多采用传统的钢筋混凝土结构，国际上发达国家在高层建筑中则广泛采用钢结构。轻钢住宅的综合经济优势表现在:大柱距、大开间，布局灵活,自重轻，对基础压力小，造价相对低;结构安全性好、抗震性能远比传统结构强;工厂化制作构件精度高，工业化生产,安装周期短，商品化程度高。开发钢结构建筑为推动住宅产业化，改变建筑业劳动密集,材料设备预制水平差,现场施工作业量大等缺点创造了条件。高、多层钢结构住宅及其它建筑的发展,对外围护墙体工程提出了更高、更新的要求。尤其是环保、保温节能、防裂抗渗、抗风防地.震等方面。为满足钢结构住宅的需要，高层钢结构住宅围护墙板 诞生了,顺应了建筑的需求。

2高层钢结构住宅围护墙板具有高强、轻质、保温等特点。

基于目前砌块“热、裂、渗”顽症的产生，分析其因有二,其一是材料结构本身的强度偏低,水灰比较小，气孔较多;其二是粘结材料，粉刷层与其主材的强度相差悬殊，导致其线膨胀和收缩率不一致,加之其保水性等方面的因素，易产生裂缝和渗漏。目前外 墙保温多用几种材料现场复合的外保温的方法，湿作业多,费工费时,热桥的问题时有发生。

2.1 高强

一般水泥砂浆的强度为5.0~10.0MPa,混凝土强度为10.0~30.0MPa,为了提高水泥基材料的强度，高层钢结构住宅围护墙板生产工艺采取了合理的骨料级配;严格控制水灰比，适加添加剂,其强度可达到120MPa以上。考虑到高层抗风振的要求和开孔的需要,在几十种方案中优化组合,现将强度控制在40MPa左右。同时为了提高材料的韧性,加入了少量高弹性模量的纤维,由 此引发了与强度相抵触的矛盾。经过反复试验,在保证强度的前提下,掺入适量的纤维增加墙板的“延性”是必要的。

2.2轻质

为了减少板材的面密度,高层钢结构住宅围护墙板常规采用圆孔，其空芯率仅为40%左右，显然对于无轻骨料的板材来说还是太重。由于材料强度的提高,壁厚可以减至20~30mm,同时加大空芯率,才能达到轻质的要求。经过反复研究与实验，现用方孔带肋和薄壁的方案，空芯率控制在54%左右，使90厚板的面密度小于79kg/m,一方面满足了行业标准,另- -方面为在方孔中复合隔热材料提供了条件。2.3保温 根据建设部2001年颁布的《冬冷夏热地区居住建筑节能设计标准》(JGJ 134-2001)， 明确规定围.护结构的传热系数K≤1.5W/(m2*k)，目前-般作法是在砌体结构粉刷层外,加设隔热材料,再做面层。这样经过四、五道工序，势必造成现场作业量大，施工速度慢。高层钢结构住宅围护墙板是在工厂灌注成型后,随即将隔热材料EPS或岩棉插入其方孔中，运抵工地可直接安装,这样可以达到省工省时,提高安装速度的效能。经测试，120厚板材的传热系数K≤1.2W/(m2*k),在上海地 区，满足了外墙节能20%的要求。北方地区在其板上附加了40~50mm保温材料和面层,在工厂一次完成。

2.3.1热桥的处理

在目前钢结构住宅已建工程中，常存在不同程度的热桥和热工性能偏低的问题，高层钢结构住宅围护墙板应用新技术、新工艺，较好地解决了这个问题。

(1)双凹槽的拼接阻断热桥

一般条板的拼接方式大多采用凹凸槽相接,连接处越宽越易造成热桥影响。高层钢结构住宅围护墙板在板型设计时，: 采取了双凹槽方案,尽可能减少拼接处的有效面积，而且在拼接处的双凹槽中加设绝热材料，既要考虑拼接处的强度，又要较大限度地阻断热桥的影响,否则大量的热量从此处流逝,不能起到隔热的效果。

(2)连接件不外露避免热桥

将板材拼装为围护墙体,连接件是必不可少的。70年代的“-模三板”整开间的大板拼接时,一-般采用直口焊接的方式。由于金属的导热性能比普通水泥制品高达几十倍，如若外露就会产生热桥耗掉大量的热能。高层钢结构住宅围护墙板的连接件功能为-托、二扣，在竖向重力的作用下，起到支托作用的金属连接件与板上的预埋件连接,仅限于内侧熔焊或点焊,不让连接件外露,且在其外端加设隔热材料,避免了热桥的影响。

3抗风振、防地震3.1抗风振

围护结构的受力,除了竖向板自重以外,主要来自风振作用的水平力,风振是离地2米，按50年一遇的较大峰值沿高度方向逐步增大。高层钢结构区别于钢筋混凝土高层的较大特点是:在同样风荷载的作用下,其水平变形前者远大于后者,这就要求围护材料应有足够抵抗风荷载的能力。显然风荷载的计算按照 后者来计算，肯定偏小，若按高层钢结构的风荷载计算,有一个风振系数的取值问题(风振系数与结构的自震周期有关)。高层钢结构住宅围护墙板为了安全与方便,按玻璃幕墙风荷载计算方法(包含了自振周期的因素) ,其值为后者的2~3倍。经实测表明，其抗弯值为10 kNm,支距为280米，而原设计荷载(30层高时)仅为3.5kNm',足以证明尚有较多的抗弯能力的余量。

3.2洞口加强板的处理

门、窗洞口的面积,一.般占住宅围护结构总面积的50~60%。在风荷载的作用下,洞口板受力集中是薄弱环节,若处理不慎较易开裂和渗漏,所以洞口板列入了围护结构板型中之重点。日本在处理这一问题时，将板型分为百余种。为了使板型标准化、系列化，高层钢结构住宅围护墙板特列出了门窗框板,加强了刚度和配筋，增加了抗裂防渗的构造措施,使板型减少到十几种。为了配合任意建筑尺寸的需要,除了标准板之外，还有雨蓬板、搁置空调板、檐口板、女儿墙板以及装饰板等。

3.3防地震

当地震发生时,在地震波的冲击下,对于围护结 构来说,受到了强大的水平荷载的作用，所以在设计上以预防为主,高层钢结构住宅围护墙板的设计原则是:a.连接件与主体钢结构的关系是弹性连接;b.围护结构应有一.定的适变(或跟随)性,节点可以消减一部分能量, 使“大震不碎，小震不裂”,从而提高围护结构的抗震能力。

3.4节点设计

以上无论提及风振或地震，对于节点来讲都存在着水平和竖向的作用力。固节节点不能消能,因而高层钢结构住宅围护墙板采取弹性连接，适应主要来自两个方向力的传递与消能,同时还有扭转力矩的影响。连接主要件在设计时,充分注意到其受力的特点，也考虑到平面内微小的滑动。所以,在板缝设计时,除了设置橡胶;密封条外,板缝留出20mm宽。若使用有机的硅胶，其抗老化性能差,现采用水泥基的弹性腻子,其强度既能与板质匹配，又可提高板缝的抗裂能力，加之高层钢结构住宅围护墙板的干燥收缩值是0.29m/inm,小于日本挤压水泥基板0.34m/mm,使之更有效地克服“裂、渗”的问题。

4机械化制备

良好的机械设备性能是生产高质量、高水平制品的重要保障。近年来,我国从美国、哥伦比亚、韩、法、澳、日及荷兰等国家和地区引进了砌块设备,挤 出成形的空心砖与空心板设备，确实发挥了一定的经济效益,但洋设备“水土不服”的问题依然存在。根据“价质双优”的原则，综合分析了国内外的墙板设备情况,较终选定了河南玛纳模板MO4型成组立模生产线,从试用情况看,该设备有如下特点:a.布筋(网)方便,不论是钢筋网片或钢丝网片,尺寸精确，保护层有保证;b.浇注随意,对于浸合性、自流性和自密性好的材料，防止振动引气;c.开合灵活,模体、端模液压开合，板长自行调整,操作灵活;d.电加热由于模腔中有温控调节，连同水化热，达到蒸气养护的效果,保证了冬季正常生产;e.几何尺寸精度高，由于模体刚度大,不易变形,因而为产品的平整度和几何尺寸达标和板面批嵌提供了条件;f自动抽芯，由于板中是方孔,用人工无法实施,自动抽芯，有利于机械化和规模化生产。

综上所述, 高层钢结构住宅围护墙板从试点工程来看,收到了良好的效果。高层钢结构住宅产业迅速搁起,围护结构材料发展方兴未艾，在信息快车的驱动下，高性能围护材料的问世,将大大有益于建筑节能的实施。