适应可持续钢结构建筑体系的外实体墙设计关键研究

罗庆芳 刘英杰 王京蕾

（1.杭萧钢构（山东）有限公司，山东 青岛 266000；2.大连建源设计研究院， 辽宁 大连 116400 ；3.青岛捷能汽轮机集团股份有限公司，山东 青岛 266000）

加强建筑物围护结构的节能降耗措施的应用，是降低整体建筑物能耗的关键技术，作为可持续建筑体系钢结构建筑关键技术之一的外墙结构建筑施工，其材料和整体构造对钢结构建筑体系的发展具有重要影响。因此做好对外墙实体结构的材料和构造分析，也是适应可持续钢结构建筑体系的一种有效方式。

1 我国钢结构外围护实体设计中存在的问题分析

现阶段在国际上已经广泛采用轻钢建筑技术，尤其在民用建筑中得到了很好的推广应用。但是和国外建筑设计师具有良好的钢结构设计基础知识和丰富的经验相比，我国建筑设计师对于钢结构可持续建筑体系和基于该体系的外围护结构设计的经验很少，缺乏对相关围护结构构造和建设材料的思考，在钢结构建筑设计中搬用钢筋混凝土结构外围护结构来设计笨重的实体外墙。有的工程甚至不结合当地自然气候条件和地理地形状况，盲目采用现有的材料和以往施工经验，在施工技术上没有进行积极的创新，同时也没有做好对建筑成本、建筑工期和质量等监督控制，容易产生建筑外围护结构漏水、发霉以及钢结构被腐蚀破坏等现象。

2 适应可持续钢结构建筑体系的外实体墙设计探究

2.1 单一材料的外墙设计

单一材料墙体设计具有取材方便、建设施工效率高以及成本相对较低等优点，同时对于节能降耗也具有一定的作用。在可持续钢结构外墙设计中，可使用轻质砌块完成外墙和钢柱以及各个楼板之间的砌筑。从材料特点来看，轻质砌块中包括轻集料混凝土小型空心砌块、加气混凝土砌块以及粉煤灰小型空心砌块等，具有施工简单、经济性良好的特点。不过轻质砌块施工时，现场湿作业较多，不利于现场施工管理且容易出现其他安全性问题，影响施工质量。现阶段轻质砌块在外实体墙施工中，一方面可以将砌块外墙直接坐落在基础连梁上，实现外墙和钢柱间的柔性连接，另一方面可以利用轻质砌块实现外墙楼板间的浇筑。

单一外墙材料板材中包括蒸压加气混凝土和轻集料混凝土。为提高外墙板的刚度和稳定性，需对外墙板材内部的钢筋网进行处理。但是不管是蒸压加气混凝土还是轻集料混凝土，都可能会出现裂缝等损害，而且板材自身没有防水性能，安全稳定性不高。

2.2 复合材料的外墙设计

通过以上分析可以发现，使用单一材料进行钢结构建筑体系的外实体墙设计，虽然施工简便，成本不高，但是无法真正满足节能降耗的要求，这是因为单一材料的导热系数和抗压强度等不符合节能降耗施工特点。为了促进外墙设计可持续钢结构建筑体系的发展，需加强复合材料的应用。复合材料具有较低的导热系数以及较高的抗压能力和高蓄热系数，且防火性、防水性以及耐久性能都要比单一材料好。

外实体墙复合施工材料中包括工厂预制材料和现场制作的复合材料。现阶段为了提高施工效率和施工质量，往往会应用工厂已经生产好的预制材料和预制配件等，这些材料不用经过现场复杂的制作就能直接用在施工中。在适应可持续钢结构建筑体系的外墙设计施工中，预制复合型材料中包含水泥砂浆抹面钢丝网架类芯板，该复合板材由冷拔低碳镀锌钢丝焊接而成，是一种三维网笼。另外还有钢筋混凝土绝热夹芯板和金属复合型压型钢板材，前一种复合板材的芯板容量较大，热惰性较高。而后一种则和普通的复合钢板材相比具有更好的防火性能和耐久性能。

此外，关于现场制作的外墙复合板材，原材料中包括保温材料、龙骨材料和饰面材料等。在材料组装制作过程中，一方面可以以外层板、空气板以及内层保温板作为基本结构设计，选择相应的原材料设计对应的复合板材。这三种板材之间，外层板具有支撑作用，空气板则具有有效排出水蒸气的作用，内层保温板除了保温作用外还具有一定的支撑功能。另一方面主要是将轻钢龙骨作为墙体可持续钢结构建筑体系构建的主要支撑结构，通过外层板、防水层以及空气层、保温层的设置，实现节能高效外实体墙的设计和施工。

3 可持续钢结构建筑体系下的外实体墙设计注意事项

3.1 注意保证外墙的耐火性和防水性

适应可持续钢结构的外实体墙设计，首先要注意选择合适的板材材料，这些材料除了要满足节能环保的要求外，还应该注意对该材料耐火性能、防水性能的检测。在材料进场之前要采取相应的检测手段做好对钢结构外墙原材料的质量检测，及时发现和调换不符合性能要求的材料。目前在钢结构外墙设计施工中应用较为普遍的材料有加气混凝土材料、石膏板和玻璃纤维增强水泥板。由于当前基于可持续钢结构的实体外墙设计采用的大部分是复合型材料，所以在选择构造层次时要注意对组装施工以后的材料耐火性和防水性进行重新检验，保证使用的复合板材既符合节能降耗的要求，又满足外围护结构对于材料强度、稳定性、防火性以及防水性的要求。

3.2 注意板块之间的焊接缝处理和其他裂缝修复

在外实体墙设计施工中，不可避免地要进行板块之间的焊接，这时就会存在板块接缝。这些接缝如果没有得到及时处理便会影响外墙结构的整体性能，不仅造成外观美观上的影响，还会给整体钢结构建筑体系质量产生不利影响。所以需采用相关技术及时处理板块连接缝隙，可采用填充的方式在裂缝中加入具有延伸性的嵌缝材料。不过要注意的是，在裂缝处理过程中可能会导致墙面的提前老化，造成墙面污染等，这时需要在施工时注意将材料的防水性、构造防水和建筑装饰工程等结合起来，在解决墙板之间裂缝的同时也能注意防水作用的强化，同时还能避免对墙体本身的损害。

3.3 多层复合结构外墙施工

基于可持续钢结构的外墙建筑体系构建中，除了要注意外墙外部材料的选择，还要注意墙壁内部材料的合理选择和应用。为了起到墙壁保温蓄热的效果，减少建筑内外热量的波动，在选择内部墙壁材料时要注意选择容量相对较大、蓄热能力强且密实性较高以及不易渗透水蒸气的材料。

3.4 注意做好外墙结构和设备管线施工的配合

外墙可持续钢结构建筑体系设计施工应和其他建筑系统施工结合起来，尤其要注意外墙结构工程和电气设备管线施工的配合。这是因为，设备管线嵌入在墙壁之中，管线在穿入墙壁之后受到墙壁材料和施工的影响，为降低墙壁结构对设备管线造成的不利影响，在外墙施工时就要注意和设备管线施工结合起来。

4 结语

综上所述，外墙围护结构是实现可持续钢结构建筑体系的关键所在，做好外墙结构的设计和施工，可以推动可持续钢结构的发展，同时还能实现节能降耗的目标。本文对外墙结构在钢结构可持续性发展中的设计进行了分析讨论，结合当前我国钢结构外围护结构设计中存在的问题，从单一材料外墙设计和复合材料外墙设计两方面对适应可持续钢结构的外墙建筑设计进行了简单阐述。