1鋼結(jié)構(gòu)住宅的迅速發(fā)展

我國的高層住宅建筑大多采用傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，國際上發(fā)達(dá)國家在高層建筑中則廣泛采用鋼結(jié)構(gòu)。輕鋼住宅的綜合經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢表現(xiàn)在:大柱距、大開間，布局靈活,自重輕，對基礎(chǔ)壓力小，造價(jià)相對低;結(jié)構(gòu)安全性好、抗震性能遠(yuǎn)比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)強(qiáng);工廠化制作構(gòu)件精度高，工業(yè)化生產(chǎn),安裝周期短，商品化程度高。開發(fā)鋼結(jié)構(gòu)建筑為推動住宅產(chǎn)業(yè)化，改變建筑業(yè)勞動密集,材料設(shè)備預(yù)制水平差,現(xiàn)場施工作業(yè)量大等缺點(diǎn)創(chuàng)造了條件。高、多層鋼結(jié)構(gòu)住宅及其它建筑的發(fā)展,對外圍護(hù)墻體工程提出了更高、更新的要求。尤其是環(huán)保、保溫節(jié)能、防裂抗?jié)B、抗風(fēng)防地.震等方面。為滿足鋼結(jié)構(gòu)住宅的需要，高層鋼結(jié)構(gòu)住宅圍護(hù)墻板 誕生了,順應(yīng)了建筑的需求。

2高層鋼結(jié)構(gòu)住宅圍護(hù)墻板具有高強(qiáng)、輕質(zhì)、保溫等特點(diǎn)。

基于目前砌塊“熱、裂、滲”頑癥的產(chǎn)生，分析其因有二,其一是材料結(jié)構(gòu)本身的強(qiáng)度偏低,水灰比較小，氣孔較多;其二是粘結(jié)材料，粉刷層與其主材的強(qiáng)度相差懸殊，導(dǎo)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(chǎn)生裂縫和滲漏。目前外 墻保溫多用幾種材料現(xiàn)場復(fù)合的外保溫的方法，濕作業(yè)多,費(fèi)工費(fèi)時(shí),熱橋的問題時(shí)有發(fā)生。

2.1 高強(qiáng)

一般水泥砂漿的強(qiáng)度為5.0~10.0MPa,混凝土強(qiáng)度為10.0~30.0MPa,為了提高水泥基材料的強(qiáng)度，高層鋼結(jié)構(gòu)住宅圍護(hù)墻板生產(chǎn)工藝采取了合理的骨料級配;嚴(yán)格控制水灰比，適加添加劑,其強(qiáng)度可達(dá)到120MPa以上。考慮到高層抗風(fēng)振的要求和開孔的需要,在幾十種方案中優(yōu)化組合,現(xiàn)將強(qiáng)度控制在40MPa左右。同時(shí)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(fā)了與強(qiáng)度相抵觸的矛盾。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn),在保證強(qiáng)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(zhì)

為了減少板材的面密度,高層鋼結(jié)構(gòu)住宅圍護(hù)墻板常規(guī)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(qiáng)度的提高,壁厚可以減至20~30mm,同時(shí)加大空芯率,才能達(dá)到輕質(zhì)的要求。經(jīng)過反復(fù)研究與實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)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(yè)標(biāo)準(zhǔn),另- -方面為在方孔中復(fù)合隔熱材料提供了條件。2.3保溫 根據(jù)建設(shè)部2001年頒布的《冬冷夏熱地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ 134-2001)， 明確規(guī)定圍.護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)K≤1.5W/(m2*k)，目前-般作法是在砌體結(jié)構(gòu)粉刷層外,加設(shè)隔熱材料,再做面層。這樣經(jīng)過四、五道工序，勢必造成現(xiàn)場作業(yè)量大，施工速度慢。高層鋼結(jié)構(gòu)住宅圍護(hù)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(yùn)抵工地可直接安裝,這樣可以達(dá)到省工省時(shí),提高安裝速度的效能。經(jīng)測試，120厚板材的傳熱系數(shù)K≤1.2W/(m2*k),在上海地 區(qū)，滿足了外墻節(jié)能20%的要求。北方地區(qū)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)住宅圍護(hù)墻板應(yīng)用新技術(shù)、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(jié)構(gòu)住宅圍護(hù)墻板在板型設(shè)計(jì)時(shí)，: 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(shè)絕熱材料，既要考慮拼接處的強(qiáng)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(hù)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(shí),一-般采用直口焊接的方式。由于金屬的導(dǎo)熱性能比普通水泥制品高達(dá)幾十倍，如若外露就會產(chǎn)生熱橋耗掉大量的熱能。高層鋼結(jié)構(gòu)住宅圍護(hù)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(yù)埋件連接,僅限于內(nèi)側(cè)熔焊或點(diǎn)焊,不讓連接件外露,且在其外端加設(shè)隔熱材料,避免了熱橋的影響。

3抗風(fēng)振、防地震3.1抗風(fēng)振

圍護(hù)結(jié)構(gòu)的受力,除了豎向板自重以外,主要來自風(fēng)振作用的水平力,風(fēng)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(jié)構(gòu)區(qū)別于鋼筋混凝土高層的較大特點(diǎn)是:在同樣風(fēng)荷載的作用下,其水平變形前者遠(yuǎn)大于后者,這就要求圍護(hù)材料應(yīng)有足夠抵抗風(fēng)荷載的能力。顯然風(fēng)荷載的計(jì)算按照 后者來計(jì)算，肯定偏小，若按高層鋼結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載計(jì)算,有一個風(fēng)振系數(shù)的取值問題(風(fēng)振系數(shù)與結(jié)構(gòu)的自震周期有關(guān))。高層鋼結(jié)構(gòu)住宅圍護(hù)墻板為了安全與方便,按玻璃幕墻風(fēng)荷載計(jì)算方法(包含了自振周期的因素) ,其值為后者的2~3倍。經(jīng)實(shí)測表明，其抗彎值為10 kNm,支距為280米，而原設(shè)計(jì)荷載(30層高時(shí))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(qiáng)板的處理

門、窗洞口的面積,一.般占住宅圍護(hù)結(jié)構(gòu)總面積的50~60%。在風(fēng)荷載的作用下,洞口板受力集中是薄弱環(huán)節(jié),若處理不慎較易開裂和滲漏,所以洞口板列入了圍護(hù)結(jié)構(gòu)板型中之重點(diǎn)。日本在處理這一問題時(shí)，將板型分為百余種。為了使板型標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，高層鋼結(jié)構(gòu)住宅圍護(hù)墻板特列出了門窗框板,加強(qiáng)了剛度和配筋，增加了抗裂防滲的構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)板之外，還有雨蓬板、擱置空調(diào)板、檐口板、女兒墻板以及裝飾板等。

3.3防地震

當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí),在地震波的沖擊下,對于圍護(hù)結(jié) 構(gòu)來說,受到了強(qiáng)大的水平荷載的作用，所以在設(shè)計(jì)上以預(yù)防為主,高層鋼結(jié)構(gòu)住宅圍護(hù)墻板的設(shè)計(jì)原則是:a.連接件與主體鋼結(jié)構(gòu)的關(guān)系是彈性連接;b.圍護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)有一.定的適變(或跟隨)性,節(jié)點(diǎn)可以消減一部分能量, 使“大震不碎，小震不裂”,從而提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)的抗震能力。

3.4節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

以上無論提及風(fēng)振或地震，對于節(jié)點(diǎn)來講都存在著水平和豎向的作用力。固節(jié)節(jié)點(diǎn)不能消能,因而高層鋼結(jié)構(gòu)住宅圍護(hù)墻板采取彈性連接，適應(yīng)主要來自兩個方向力的傳遞與消能,同時(shí)還有扭轉(zhuǎn)力矩的影響。連接主要件在設(shè)計(jì)時(shí),充分注意到其受力的特點(diǎn)，也考慮到平面內(nèi)微小的滑動。所以,在板縫設(shè)計(jì)時(shí),除了設(shè)置橡膠;密封條外,板縫留出20mm寬。若使用有機(jī)的硅膠，其抗老化性能差,現(xiàn)采用水泥基的彈性膩?zhàn)?其強(qiáng)度既能與板質(zhì)匹配，又可提高板縫的抗裂能力，加之高層鋼結(jié)構(gòu)住宅圍護(hù)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(jī)械化制備

良好的機(jī)械設(shè)備性能是生產(chǎn)高質(zhì)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(qū)引進(jìn)了砌塊設(shè)備,擠 出成形的空心磚與空心板設(shè)備，確實(shí)發(fā)揮了一定的經(jīng)濟(jì)效益,但洋設(shè)備“水土不服”的問題依然存在。根據(jù)“價(jià)質(zhì)雙優(yōu)”的原則，綜合分析了國內(nèi)外的墻板設(shè)備情況,較終選定了河南瑪納模板MO4型成組立模生產(chǎn)線,從試用情況看,該設(shè)備有如下特點(diǎn):a.布筋(網(wǎng))方便,不論是鋼筋網(wǎng)片或鋼絲網(wǎng)片,尺寸精確，保護(hù)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(diào)整,操作靈活;d.電加熱由于模腔中有溫控調(diào)節(jié)，連同水化熱，達(dá)到蒸氣養(yǎng)護(hù)的效果,保證了冬季正常生產(chǎn);e.幾何尺寸精度高，由于模體剛度大,不易變形,因而為產(chǎn)品的平整度和幾何尺寸達(dá)標(biāo)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(shí)施,自動抽芯，有利于機(jī)械化和規(guī)?；a(chǎn)。

綜上所述, 高層鋼結(jié)構(gòu)住宅圍護(hù)墻板從試點(diǎn)工程來看,收到了良好的效果。高層鋼結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)迅速擱起,圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料發(fā)展方興未艾，在信息快車的驅(qū)動下，高性能圍護(hù)材料的問世,將大大有益于建筑節(jié)能的實(shí)施。