某裝配式高層鋼結(jié)構(gòu)住宅外圍護系統(tǒng)設(shè)計

陳選權(quán)，吳 雷，周保平，嚴 明

1.中建鋼構(gòu)武漢蔡甸建設(shè)工程有限公司，湖北 武漢 430000

2.中建科工投資發(fā)展公司，廣東 深圳 518000

目前我國市面上的外圍護體系主要有三類，即ALC條板+涂料、ALC條板+硅鈣板（黏錨）和鋁板干掛。ALC條板+涂料的墻體自保溫，無須單獨保溫構(gòu)造層次，有價格優(yōu)勢，但是難以保證防水密封性及隔聲性能等，且墻體自重會增加結(jié)構(gòu)成本；ALC條板+硅鈣板（黏錨）為墻體外側(cè)保溫裝飾板，自重輕，墻體保溫及隔聲性能較好，但是成本高，鋼構(gòu)件處難以采用黏錨連接，且耐久性受年限限制；干掛鋁板可以減輕建筑負荷，能保證建筑外形美觀持久，且防水防腐，但經(jīng)濟成本高，安全性要求高。

文章結(jié)合某還建房8#樓項目，從設(shè)計角度進行創(chuàng)新，介紹了一種新型的建筑外圍護系統(tǒng)：ALC條板+金屬面板保溫裝飾一體板（干掛）。此設(shè)計能夠保證連接節(jié)點構(gòu)造要求，有較好的變形適應能力，施工完成面效果好。

1 裝配式鋼結(jié)構(gòu)高層住宅外圍護系統(tǒng)設(shè)計

1.1 工程概況

該項目位于武漢市蔡甸區(qū)奓山街，為一棟兩個單元組合的還建住宅樓，項目建筑面積約為2.3萬m2，主體結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限為50年。項目所在地基本風壓為0.35kN/m2，地面粗糙度為B類；基本雪壓為0.50kN/m2；所在地基本氣溫最高值和最低值分別為37℃和-5℃；項目抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計地震分組為第一組，場地土類別為Ⅱ類。項目按裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計建造，見圖1。

圖1 項目建筑效果圖

1.2 ALC條板+金屬面保溫裝飾一體板（干掛）設(shè)計

ALC條板+金屬面保溫裝飾一體板（干掛），是由黏結(jié)層、保溫裝飾成品板、錨固件、密封材料等組成，由工廠預制，運至施工現(xiàn)場進行拼裝的裝配式建材。其具有質(zhì)量批次穩(wěn)定、產(chǎn)能提升、不受施工環(huán)境影響等優(yōu)點。

（1）基墻板的比選。①空心條板。其具有重量輕、強度高、隔熱、隔聲、防水等性能。建筑物自重減輕，基礎(chǔ)承載變小，可降低建筑造價；條板長度隨建筑物的層高確定，可提高施工效率?？招臈l板主要用于工業(yè)與民用建筑的內(nèi)隔墻，應用廣泛，供應商資源豐富，但技術(shù)差距大，質(zhì)量參差不齊。②ALC條板。此板材以硅砂、水泥和生石灰、石膏進行混合攪拌，加入少量鋁粉制成漿料，經(jīng)過發(fā)泡、靜置獲得初期強度后，再經(jīng)高溫高壓蒸汽養(yǎng)護而成。由于發(fā)泡及高溫蒸養(yǎng)，板材內(nèi)部形成很多封閉的小孔，在減小材料密度的同時使板材具有良好的保溫性能。發(fā)泡過程中產(chǎn)生的閉口式孔隙可以有效地防止雨水、潮氣的滲透，同時微氣孔具有一定的隔聲效果，內(nèi)部設(shè)置的鋼筋網(wǎng)片令板材具有足夠的強度，以抵抗風荷載和撞擊力。③輕鋼龍骨隔墻。輕鋼龍骨隔墻重量輕、強度較高、耐火性好、內(nèi)墻與管線一體化，干作業(yè)、環(huán)保節(jié)能，同時還具有工期短、施工簡便、不易變形等優(yōu)點。但由于墻內(nèi)通常填充巖棉、泡沫混凝土等填充物，敲擊回聲空洞，隔聲效果較差，國內(nèi)住宅接受度較低，其主要用于商業(yè)辦公建筑內(nèi)隔墻。內(nèi)隔墻性能見表1。

表1 內(nèi)隔墻性能

（2）保溫裝飾一體板的比選。①預制鋼筋混凝土夾芯保溫外墻板，是一種自承重圍護構(gòu)件，由內(nèi)葉板、保溫板、外葉板以及連接件組成。內(nèi)葉板結(jié)構(gòu)受力由計算確定，可根據(jù)工程設(shè)計需要參與抗震計算；中間為保溫層，通常采用EPS或XPS，保溫層厚度可以依據(jù)當?shù)毓?jié)能要求調(diào)節(jié)；外葉板僅起到保護作用，一般為50mm厚，可在工廠做成清水、涂料、貼磚、石材等多種效果。②保溫裝飾一體板，由裝飾層、載體層與保溫層三種功能機構(gòu)組成。表面裝飾層材料種類眾多。載體層有硅鈣板、無機復合板、鋁塑板等材料；保溫材料包括巖棉、XPS、EPS、聚氨酯等。保溫裝飾一體板是置于建筑物墻體表面的保溫及裝飾系統(tǒng)保溫效果優(yōu)秀，并且長期冷橋作用少，比傳統(tǒng)節(jié)能保溫施工做法具有更多、更優(yōu)的保溫隔熱功能。③玻璃幕墻，具有隔音、隔熱、防結(jié)霜、防潮、抗風壓強度大等優(yōu)點。玻璃幕墻設(shè)計靈活、抗震能力強、系統(tǒng)化施工、更新維護方便。缺點是容易造成光污染，玻璃幕墻反射所產(chǎn)生的噪光，會致人產(chǎn)生眩暈，常常發(fā)生事故；玻璃安裝后經(jīng)常發(fā)生自爆；防火能力差，玻璃在遇到火災時易融化和軟化。外墻性能見表2。

表2 外墻性能

（3）外圍護系統(tǒng)的選擇。通過前文的比選，結(jié)合表1、表2數(shù)據(jù)可知幾種外墻體各具優(yōu)缺點。最終選取ALC條板為該工程的圍護墻體，選取保溫裝飾一體板作為該工程的外墻圍護體系。ALC板具有材料輕便、工廠預制、免除了墻體的抹灰施工、安裝方便快捷等優(yōu)點；保溫裝飾一體板具有外表美觀、施工效率高的優(yōu)點，兩者均與裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的特點相符。同時，兩者的結(jié)合更加體現(xiàn)了良好的防滲漏、保溫以及隔聲性能，可以解決該工程作為高層鋼結(jié)構(gòu)住宅的常見質(zhì)量問題。

2 裝配式鋼結(jié)構(gòu)高層住宅外圍護系統(tǒng)節(jié)點設(shè)計

2.1 節(jié)點設(shè)計

（1）龍骨連接節(jié)點?？紤]主體框架為鋼框架，該項目擬先在龍骨相應位置鋼梁上翼緣布設(shè)L型角鋼連接件（在樓板混凝土澆筑前預設(shè)，或焊接在鋼梁翼緣下），并與鋼梁上翼緣焊接固定。后期龍骨直接與預設(shè)的角鋼焊接固定連接，見圖2（a）。龍骨布設(shè)完成后，龍骨與一體板之間通過沉頭自鉆自攻螺釘進行固定連接。螺釘規(guī)格與間距滿足相關(guān)設(shè)計要求，見圖2（b）。

圖2 龍骨與主體/一體板節(jié)點設(shè)計圖

（2）干掛一體板陰陽角節(jié)點。鋁板面保溫裝飾一體板，其陽角位置可以整體折彎，不需要考慮現(xiàn)場豎板拼縫，現(xiàn)場只需要與兩側(cè)一體板進行連接并用PE棒及耐候密封膠填充即可；對于陰角位置處，同樣需要將一體板之間頂緊嚴密，拼縫位置處采用耐候密封膠進行封堵密實，相關(guān)節(jié)點設(shè)計見圖3。

圖3 干掛一體板陰陽角節(jié)點

（3）干掛一體板窗戶節(jié)點。干掛一體板在窗戶節(jié)點周邊，先根據(jù)定位布設(shè)龍骨。鋁板面一體板提前測量好尺寸，并在工廠將一體板整體折彎，與ALC或者窗戶副框頂緊并側(cè)面打膠密封。在窗臺上下口，應考慮坡口留設(shè)，確保滿足構(gòu)造防水要求。具體節(jié)點設(shè)計要求見圖4。

圖4 窗戶一體板的干掛設(shè)計節(jié)點

2.2 基墻板防開裂設(shè)計

該工程中ALC條板、砌體等圍護體系與鋼結(jié)構(gòu)的連接節(jié)點均采用柔性連接，降低了鋼結(jié)構(gòu)建筑中墻體由于溫度變形與干縮變形的不協(xié)調(diào)、墻板與面層材料黏結(jié)力差、墻板沉降、荷載應力集中等原因開裂的風險。

（1）ALC條板與鋼框架管卡連接試驗的目的是驗證基墻板與主體鋼框架柔性連接防開裂性能，其實驗內(nèi)容是對四組試件做試驗（見表3）：①記錄墻體荷載-位移曲線，以縱坐標表示荷載，橫坐標表示位移展示結(jié)果；②觀察裂縫開展情況，描述裂縫開展情況。

表3 試驗內(nèi)容

（2）試驗數(shù)據(jù)分析。實驗所得荷載-位移曲線數(shù)據(jù)見圖5，其結(jié)果如下：①隨著荷載加載位移的增大，試件所受承載力增大。②此管卡柔性連接工況下試件破壞情況，加載至32mm時，上梁與板材連接處的管卡一半已經(jīng)失去工作性能，板材角部及砂漿連接處大部分破壞，此時最大承載力為53.41kN（初始力為23.40kN）。③由荷載-位移曲線可以看出，試件加載至32mm后，承載力下降，40mm后板材關(guān)鍵部位幾乎完全破壞，無法承載，故取其40mm加載前的荷載位移曲線。④采用管卡柔性連接合理構(gòu)造措施，可以確保ALC條板鋼框架在地震作用下能協(xié)同工作和共同受力，可以應用于鋼結(jié)構(gòu)建筑中。

圖5 ALC墻板與鋼框架管卡連接試驗

2.3 防水體系設(shè)計

三道防水體系為防水界面劑、防水透氣膜、一體板防水，見圖6。在施工完成的砌體表面抹灰，使砌體和ALC條板完成面保持一致，在外圍涂刷專用防水界面劑并抹5mm厚1∶3的水泥砂漿保護層；外圍基墻體防水界面劑、一體板預埋錨固件施工完成后，在鋼梁與ALC條板交接處滿鋪一層防水透氣膜，避免連接方式對外圍基墻體防水界面劑層的破壞。對于龍骨干掛連接方式的一體板，需要確保龍骨連接件與鋼結(jié)構(gòu)相連，避免在ALC或砌體墻上連接造成防水層的破壞，然后在一體板縫隙處填充防水密封膠。

圖6 三道防水體系

3 裝配式鋼結(jié)構(gòu)高層住宅外圍護系統(tǒng)的現(xiàn)場施工應用

3.1 施工工藝流程

具體施工過程如下：ALC條板排版設(shè)計→預埋件安裝→基墻板安裝→基墻板層驗收及基層處理→測量放線→主輔材料預加工→龍骨安裝→金屬保溫裝飾一體板板材安裝→填縫密封→板面清理。

3.2 信息化管理

項目采用BIM精細化設(shè)計手段，設(shè)計效果見圖7。

圖7 基于BIM技術(shù)的一體板外墻設(shè)計

3.3 施工要點

（1）龍骨安裝。①定位放線后先裝豎龍骨，依次運用點焊、滿焊將其安裝在預設(shè)的梁柱角鋼連接件上。②安裝橫龍骨，嚴格控制橫龍骨水平度，水平公差應控制在±1mm以下。橫豎龍骨之間應采用螺栓連接。③安裝板材，采用熱鍍鋅不帶PVC墊的自攻自鉆螺絲將安裝固定邊固定到龍骨基層上。自攻螺釘要先輕打入2/3后，用螺絲批或?qū)Ｓ眯咝胫辆o固狀態(tài)。

（2）一體板安裝。安裝時必須每2人一組，1人負責將板材扶正并托住板材，1人負責找到自攻螺釘打入的合適位置（一般位于企口1/3處，具體視板材實際長度選擇加固點）。施工人員一手扶正自攻釘，然后將螺釘初步打入，確保螺釘是垂直進入角度后繼續(xù)輕輕打入至2/3，最后用螺絲批或?qū)Ｓ眯咝胫辆o固狀態(tài)。

（3）板縫注膠。保溫裝飾板安裝完畢后，用清潔劑將金屬面板表面清潔干凈，清潔后的材料必須在1h內(nèi)用耐候密封膠嵌縫，進行密封，保證保溫裝飾一體化系統(tǒng)的氣密性和水密性。注膠寬度與注膠深度之間最合適的尺寸比率是2∶1（寬度∶深度）；注密封膠時，應用美紋紙保護膠縫兩側(cè)的材料，使其不受污染。

4 結(jié)論

文章結(jié)合某還建房項目8#樓的工程實踐與應用，從裝配式鋼結(jié)構(gòu)高層住宅建筑外圍護系統(tǒng)的整體設(shè)計過程，到金屬面保溫裝飾一體板（干掛）的實際應用，得到了以下結(jié)論：

（1）鋁板保溫裝飾一體板的飾面板金屬特性與鋼結(jié)構(gòu)主體柔性特性匹配，無開裂風險。

（2）鋁板保溫裝飾一體板與基墻板采用龍骨干掛連接，結(jié)構(gòu)安全合理，無脫落風險。

（3）采用ALC條板+金屬面保溫裝飾一體板（干掛）的建筑外圍護設(shè)計，能很好地適應主體鋼結(jié)構(gòu)變形協(xié)調(diào)，并具有防水、保溫性能好的特點。