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钢结构住宅专题:钢结构住宅外围护结构设计应考虑的问题

日期:2018年01月15日 编辑: 作者:无忧论文网 点击次数:2410
论文价格:免费 论文编号:lw201101311340108327 论文字数:8660 所属栏目:结构工程论文
论文地区:中国 论文语种:中文 论文用途:职称论文 Thesis for Title

钢结构住宅专题钢结构住宅外一护结构设计应考虑
【摘要】对钢蛄构住宅外围护蛄构设计提出了材料选用,墙体蛄构连接,妥善处理热桥,帮写工程硕士论文避免蛄露等的设计要点,并举实例进行分析。

【关键词】钢结构住宅;外围扩结构;保温;隔热;

随着我国建筑节能政策的实施,我国大部分地区已经普遍设计节能型住宅。设计人员应该根据建筑所在区域的气候条件正确设计外围护结构,由于普遍执行节能标准的时间不长,很多人不能够掌握正确构造的处理方法。北欧地区和北美地区最先建造低耗热量的节能住宅和钢结构住宅,经过多年的发展,都有成熟的构造方式。但这些地区的条件与我国情况有很大差别。设计人员要妥善处理细部构造以满足我国不同地区的要求。外围护结构设计应特别注意的问题归结起来主要有几下几点:① 必须满足保温隔热要求;② 采用柔性连接的构造方式,防止由于热胀冷缩引起的变形和挠度变形引起的局部构造开裂;⑧避免结露水的发生。
1 正确选择墙体材料满足保温隔热要求自从我国实行墙体改革政策以来,新型墙体材料五花八门,但是热工性能能够与黏土实心砖性能相比的新型墙体材料寥寥无几。外围护结构的最外层板的要求是最为苛刻的。它不但要能够抵抗风、霜、雨、雪和太阳的辐射,还应有良好的热隋性。黏土烧结砖是非常理想的墙体外层材料。在北美、北欧通常都会选用烧结砖和石材作为墙体的最外层材料。甚至在北欧的严寒地区,钢筋混凝土现浇剪力墙结构,外挂岩棉之后,要以实心砖包覆整个外墙。在我国的气候条件下,需要墙体具备保温、隔热和良好的耐候性能。一般来说,轻质多孔材料会有较低的导热系数,硬质的密度较高的材料会有较好的隔热和耐候性能。我国量大面广的加气混凝土材料厚度在250nmi能够满足北京地区保温要求。但是普通加气混凝土难于满足耐候性要求。它有一个致命的弱点是吸水后会丧失强度和保温性能。普通加气混凝土板中的钢筋极易锈蚀,在墙板设计中不能考虑钢筋的受力性能。从目前的墙体材料情况上看,能够完全满足外墙性能要求的单一材料装配式墙体非常少,只有ALC板在特定的区域内可以满足保温隔热要求。在钢结构住宅的建造中,普遍选择了ALC板。ALC板虽12然也是加气混凝土板,但是它与普通的加气混凝土板有本质的区别。它有更高的抗压强度,更好的耐冻融性和良好的抗渗性能,它可以满足严寒地区对板材的耐候性要求。同时,已经解决了AIC板中配置钢筋的锈蚀问题。所以AI 可以做多高层的外墙挂板。装配式挂板中的难题是板缝处理和挂板与框架的连接。经过在日本几十年的发展,ALC板拥有完善的板缝处理材料、连接件和专有施工工具。ALC板为各种不同的建筑构造配有不同节点方案,特别是为地震区的设计柔性连接构造,为减少钢结构房屋在强震破坏,起到了良好的作用。我国能够生产具有ALC板性能的厂家极少。它的生产工艺和原材料与生产普通的加气混凝土砌块有很大不同。另外,ALC板在长途运输过程中的破损率较高,使得广泛应用ALC板受到了限制。ALC板的生产投资较高,生产工艺由日本发明。目前,我国仅有南京旭建新型建筑材料有限公司由日本引进生产线生产这种板材。随着我国节能标准的不断提高,我国北方地区墙体的传热系数要降到0.5以下。从经济和性能要求综合考虑,选用复合墙体应该是比较好的方案。外围护结构的隔热与保温一样的重要。在我国大部地区,如果房屋隔热性能不好,会造成夏季房屋很快被太阳晒透,制冷费用高昂。所以,设计人员必须考虑满足隔热要求。按照我国《民用建筑热工设计规范》,在房间自然通风情况下,建筑物的屋顶和东西外墙的内表面最高温度,应该满足围护结构内表面最高温度小于夏季室外计算温度最高值,即应满足下式要求:~ ≤f⋯由于隔热计算的过程极其繁琐,而且当时我国大部分地区主要建筑墙体是黏土实心砖,黏土实心砖本心具有良好的隔热性能,所以绝大多数设计人员没有做过隔热计算。而今天随着新材料的大量应用,隔热计算变得非常重要。设计人员可以借助计算机软件很方便地判断出设计的墙体是否符合当地的隔热要求。提高隔热功能主要依靠的是有较高蓄热系数的材料。材料的蓄热系数是指当某一足够厚度单一材料层一侧受到谐波热作用时,表面温度将按同一周期波,通过表面的热流波幅与表面温度波幅的比值。其值越大,材料的热稳定性越钢结构住宅外围护结构设计应考虑的问题 工程建设与设计2005年第2期好。表1中列出了几种材料的蓄热系数。裹1几种材料的蓄热系数由表1可知,石材一类的材料有较高的蓄热系数。当表面材料选用石材时,会使墙体的隔热性能有很大提高。
2 墙体与结构的连接一会要选用柔性连接构造由于钢结构本身有较好的变形性能,所有这种结构形式有较好的抗震性能。这就要求墙体材料应该具有与钢结构变形的随动性能。当墙体材料选用砌块时,墙体与钢柱的连接方法(见图1)。当钢柱发生水平或垂直方向的移动时,由于连接件的存在,砌体没有阻碍钢柱的运动。在这种构造中不会出现由于砌体与钢柱变形不协调出现的裂缝现象。可调锚栓图1 钢柱与砌块体的连接
3 巧妙地使用空气层栓由于钢结构大多会选择装配式墙体材料,所以比较易于形成空气间层。北欧和北美地区的节能建筑非常重视空气层的存在。空气层起着非常重要的作用。按照空气间层是否与外界空气相通。空气间层可以分为密闭空气间层和对外开缝的空气间层。这种空气间层起的作用是完全不一样的。
3.I 密闭式空气间层密闭式空气层的主要功能是保温隔热功能,这是我国设计人员比较熟悉的作法。空气间层的厚度超过60mm时,其性能并没有多少的改善。铝箔如果应用在空气间层中,会对其性能有大幅度的提高。表2中显示了厚度为30mm时的空气间层在没有铝箔、单面铝箔和双面铝箔时热阻情况:表2 3om 空气层在没有铝箔、单面铝箔和双面铝箔时的冬季热阻由表2可以看出,带有双面铝箔的30mm的空气间层的热阻相当于25mm厚的聚苯乙烯板的性能。铝箔这种材料极便宜,有些保温材料本身带有铝箔,设计人员巧妙地将空气层与铝泊结合起来使用,会起到较好的效果。
3.2 开放式空气间层开放式空气间层的主要功能是隔热功能和使空气间层外侧墙形成防雨屏。我国设计人员一般以外墙的水密性和气e力与建筑内部乎相同于压力差而产的雨水的渗漏0图2 雨水进入复合墙体密性来阻止风雨的侵袭。但是外墙不可能完全是气密的或水密的。当墙体采用的是复合墙体时,通常在墙体内部形成一个空腔。这样墙体在风压的作用下,造成空腔内部的压力比外部压力要低。但这个压力比建筑物的内部压力要高。暴风雨中,建筑物外表面完全被雨水所覆盖。在无风的情况下,这些雨水会通过缝隙越过外表面,而在有风的情况下,这一压力会使雨水穿过缝隙,雨水穿过空隙并有较高的力量,从而喷湿墙面或交接缝,然后由于压力差的作用进入墙的内部(见图2)。封接e •—塑料捧气孔1. 刚扎型保盟材奉’ ● ‘硅 ‘ __ ‘●一损利三维板a b图3 进入外层墙的水通过捧水孔捧出开口的复合墙当人们认识到水可能在压力差的作用进入墙的内部时,便有意给这些水提供 个清洁的空腔,并且在空腔的内部提供第二层气体阻隔层。水通过外层这些不可避免的小缝流入空腔,然后经由散水少小的排水孔流出来。北美地区复合墙外层墙开口已经成为普遍措施。这样中部空腔压力基本上与风压相同,这样风压几乎完全反作用于内墙。由于外墙面与空腔之间只有很小的压差,在这种压差作用下,会有少量的雨水进入外层墙内部并且可通过排水孔排出。这样的外层墙体可以当做一道防雨屏。见图3a和图3b。图4在角落的雨水渗入情况图5处理位于角落的外墙防雨方法13 钢结构住宅专题在楼角处情况比较复杂,如图4。在这种情况下,角落中空层设置填充物见图5。所使用的填充物既不能吸收水份也不能形成热桥。现在还没有理论用于测试来定量或计算防雨屏与开口尺寸、空间、或节点尺寸。国外的设计者和生产商是依照经验来判断。例如预制的三维板的通常的空腔是6mm内径,大至3m的横向间距和2m的纵向间距。当采用上述方法处理由于风力引起雨水渗入的方法时,外培外表面最好选用有较多气孔的材料作为防雨屏(比如混凝土砌块)。这是清除雨水渗入和培内部水蒸汽渗出的理想设计。水蒸汽在完全结露之前就可渗出。在夏季,水蒸汽是由培体的外部向内部渗透的。上述的墙体设计方法较好地解决了这一问题。
4 妥善处理热桥,避免有害热桥的产生热桥就是一些相对热阻值较低的点或构件强行切入建筑物的保温层。有些热桥是不可避免的,如插入保温层中的连接件,保温设计中常用的梁托,从培体挑出的阳台板,在内保温设计中不可避免地由结构板,十字培形成的热桥等。这几种热桥对建筑物的危害是不同的,可以把它们分成两类:一类是仅带来一些热量损失,并且热量损失不大,称之为无害热桥。另一类带来的不仅是能量的损失,更重要的是给建筑物带来破坏,称之为有害热桥。外墙内保温的设计所形成的严重热桥,它的存在所带来的不仅仅是能量的损失,更严重的后果是对建筑物的破坏。国内外还没有可靠的计算热桥周围热流的方法,但是国外通过测量,发现这样的热桥内表面温度一定低于周围的平均温度。而这样的温度冷得足可以使内部空气的水蒸汽发生结露现象。最典型的例子是由培体挑出的阳台板,这样的阳台板就象是一个大的散热通道,甚至在某些情况下低于零点,即使室内的温度较低也会导致结露的发生,从而造成污点、霉斑、地板翘曲,表层剥落,其热量损失非常大。为了提高培体的保温性能,往往需要采用具有较好性能的保温材料如聚苯板,玻璃棉等。安装这些材料需要连接件,形成了热桥。在这种情况下热桥对建筑物产生的不利影响最小,即:热桥有较大的吸收热量的面积而热桥的未端相对较小,因为内端收集热量比未端释放热量快,热桥的材料整体就会保持一个相对较高的温度,这样的设计方法参于提高热桥的温度同时并没造成通过它的热流大幅度提高。这