詹耀宇1唐雪梅1赵娜1蒋凯宁2
1.润筑建筑工程（上海）有限公司、2.河北精通建筑科技有限公司
摘要：本文根据钢结构围护外墙的功能特点，提出了一种具有防水、防火、抗风、抗震、保温、节能环保等性能的钢梁墙一体化预制外墙系统，即，一栋无外露柱、外露梁的室内钢结构住宅建筑。 外墙系统。 优化集约化装配式住宅室内空间，结合具体实例进行对比分析，介绍设计上的主要差异。
关键词：钢结构住宅 装配式外墙 钢梁墙 集成外墙
前言
钢结构具有强度高、延展性好、整体重量轻等优良的结构性能。 钢框架和钢框架剪力墙结构常用于抗震建筑和高层建筑。 外防护通常采用玻璃幕墙、金属幕墙等轻质外防护墙系统。 建设成本高，节能设计也需要相当大的投资。 ，此类钢结构体系常用于办公楼。 目前已实施的少数钢结构住宅大多采用外幕墙系统。 房间存在柱梁外露的问题，即梁柱在房间的角落处突出。 对于大型住宅或者写字楼来说，影响不大，但是对于中小型住宅，尤其是国家现阶段大力推广的经济适用房、经济适用房来说，面积小、层高小，而突出的梁柱不仅占用了室内空间，而且给家具摆放带来了困难。 且房间布局受到限制，降低了空间利用率，大大降低了房间的舒适度和空间格局的美观度。 钢结构住宅的接受程度较低，钢结构在住宅建筑中的推广缓慢，钢结构外墙仍存在许多重要问题亟待解决。
混凝土外墙可以有效解决防火、节能等问题。 然而，对于外加混凝土墙板的钢结构住宅，梁柱不可避免地向室内突出，这对成本和空间非常敏感。 对于小户型住宅来说，能否在保证二次装修不占用大量室内空间的同时，保持小房间内部的平整美观呢？ ？ 为了解决这一问题，本文提出一种无外露柱、外露梁的室内预制混凝土外墙系统——钢梁与梁墙外墙板一体化的钢结构住宅设计。 目前，项目设计、制作已完成，吊装施工也已完成。 已经基本完成了。 该项目实施顺利。 室内实际空间反映了设计要求，效果良好。
1 项目成果简介
该项目是河北精通建筑科技有限公司为威县扶贫搬迁建设的一栋低层、多层钢结构住宅。 1号楼和2号楼为钢框架结构，平面相似，总高度为7层。 面积6110平方米。
钢框架采用中心支撑作为抗侧系统，柱为矩形钢管型钢，梁为H型钢，梁柱节点采用螺栓和焊接组合连接。 楼板和外墙均为混凝土板，混凝土外墙板为预制件。 1号楼采用干式外墙板系统，2号楼采用梁墙一体式外墙板系统。 下表为1号楼和2号楼施工过程中的照片对比。1号楼先于2号楼开工，目前已封顶。
表1显示了室内组装现场的结果。 1号楼外墙平整，但室内边梁、柱全部外凸，室内钢梁、钢柱全部外露。 后期需要大量的防火材料和内板涂料； 2 1号楼外侧梁、柱线条稍凸，内侧梁、墙内缘平坦。 室内钢结构的节点位置等小部分裸露，防火和室内装修工作量较少。 考虑到室内使用空间影响较大，突出的梁柱占据空间可能会给居民带来不适。 2号楼的梁墙一体外墙板比1号楼的干式外墙板优势明显，不仅解决了室内外露柱、梁的问题，减少材料和人工，节约成本。 是一种较为经济、围护结构性能良好的钢结构住宅。
表1 1号楼和2号楼施工照片对比
1号楼（外墙板）
2号楼（梁墙一体外墙板）
正面
外观光滑无线条
立面梁柱上有凸起线条
外墙 室内
室内凸梁、凸柱； 需要额外的防火材料层
室内无突出的梁、柱； 钢梁采用混凝土包裹，无需额外的防火材料层。
山墙 室内 室内
室内可见突出的梁、柱及柱间支撑； 需要额外的防火材料层
室内无突出的梁、柱； 钢梁采用混凝土包裹，无需额外的防火材料层。
阳台室内侧
窗户顶部的钢梁裸露在外，需要额外加一层防火材料。
窗户顶部的钢梁被混凝土包裹，无需额外的防火材料层。
下面以2号楼为例，详细介绍钢结构梁墙一体化装配式外墙系统深入设计过程中的关键问题。
2 提出钢梁墙一体化外墙系统概念
2号楼原建筑平面设计见图1（a）、图1（b）。 它是根据预制外墙板设计的，外墙上装有悬挂在钢梁外侧的连接件。
建筑上，由于外墙挂，外框钢梁、钢柱向室内突出，造成房间转角处以及吊顶与外墙交接处出现凸角，观感较差，占用空间大。角落区域。 朝南的卧室也可能因床上方的横梁而给住户带来不适，如图1(b)所示。
结构上，Y方向设置3个柱间支撑。 图1(a)中，粗实线标记的位置位于C1户型北侧卧室的外墙与C2户型北侧两间卧室的隔墙之间。 除中间一根可隐藏于隔墙内外外，其余两根支撑物分别位于东西山墙内，突出于卧室空间。 虽然它们可以通过室内装饰进行装饰和隐藏，但它们会占据卧室的整面墙，从而减少使用面积。
图1(a) 标准平面图（原设计）
为了增加室内空间，本设计对2号楼进行了调整和优化，将东西山墙内侧的柱支撑移至电梯井一侧的墙体上，取消了中间隔墙上的柱支撑。 建筑外围的钢柱、钢梁沿平面推入围墙内。 外墙板由悬挂在钢梁上改为钢梁嵌入外墙板内。 墙板、钢梁与平面投影线重合。 根据梁墙一体化设计，室内梁、墙、柱齐平，无外露柱、外露梁。 每户建筑空间节省使用面积约1平方米，共计节省室内使用面积28平方米。 如图2（a）和图2（b）所示，所有房间的面积均为正方形，没有凸角，这也大大提高了建筑内部空间的品质。 经分析，优化后的结构布局满足规范设计要求。
图1(b) 外墙剖面及节点图
图2(a) 标准层建筑平面图（优化后）
图2(b) 梁与墙位置调整示意图
2.1 钢梁墙一体化装配外墙分段设计
当钢柱、钢梁和墙体的相对位置调整确定后钢结构柱间支撑图片，就开始进行装配构件的设计和分割。 建筑在各层楼层标高处进行水平划分，如图3(a)所示。 垂直划分时，考虑梁与墙的一体化设计。 当楼板两根钢柱与外墙板之间的梁构成预制单元时钢结构柱间支撑图片，考虑到安装的方便性，在楼板外框柱处安装独立的柱覆板。 标准楼板拼装构件单元板包括：梁墙一体无窗构件单元、梁墙一体平窗构件单元、梁墙一体凸窗构件单元、梁墙一体L型阳台板、柱覆板单元组合完成一层外墙围护线如下图3(b)、图3(c)所示。 楼梯间、阳台梁墙一体外墙板作为公共空间或二次利用空间的外墙板，采用外平内凸的形式。
图3(a) 墙板分段立面图
图3(b) 墙板分割三维示意图
图3（c）梁墙一体式外墙板单元 图3（d）柱覆板单元
2.2 钢梁墙一体化连接节点及铁件设计
外墙板承受墙板重量、风荷载和地震作用，不参与主体结构承载力的分配。 设计要求它们必须与主体结构安全可靠地连接，还必须保证外墙板具有一定的刚度。 流动性适应主体结构在水平荷载作用下的变形能力。
梁墙一体外墙板与钢梁一体制作。 钢梁与外部混凝土之间设置连接螺栓。 将墙板钢筋锚固到钢梁外混凝土中，使墙板上边缘与钢梁连为一体。 钢梁的两端与钢梁相连。 柱子采用焊接和螺栓组合连接，墙板下缘预埋连接铁件，与下一层楼板连接（图4）。 连接件之间设置长孔，形成可在平面内滑动的支撑，墙板按直线支撑滑动墙板，简化计算。
1、钢梁； 2、墙板内叶； 3、墙板外叶； 4、保温板； 5、楼板；
6、螺栓； 7、玻璃钢连接器； 8、钢连接件； 9、墙板组合铁件
图4 梁墙一体外墙板与楼板连接节点
设计包柱板对外墙板进行点支撑，设置四套连接铁件，如图5所示。上角钢与钢梁上翼缘采用螺栓固定，调整好包柱板的位置后，将下角钢焊接到钢柱上。 。 安装施工时，先安装梁墙一体外墙板，再安装柱覆板。
图 5(a) 包柱外墙板主立面图 图 5(b) 包柱外墙板后立面图
图5（c）包柱外墙板连接节点上端 图5（d）包柱外墙板连接节点下端
2.3 钢梁、墙体一体化防火设计
钢结构住宅的防火设计是钢结构住宅系统发展的重要环节。 目前常用的钢结构防火措施有两种：
1）外包法：钢构件用耐火材料包裹，以防止火灾，但缺点是占用空间大，施工麻烦。
2）喷涂法：采用喷涂机将防火涂料直接喷涂在构件表面，形成保护层。 基于涂料的防火原理。 喷涂方式除考虑工期、作业条件、材料消耗及二次装修等因素外，综合成本较高。
本文采用的梁墙一体外墙板方案中，钢梁采用混凝土包裹，具有良好的防火性能。 现场无需额外涂装防火涂料或外购防火板。
不同方法的效果比较如表2所示。
表2 钢结构不同防火措施效果比较
外包法
喷涂方式
梁墙一体外墙板
实体外包
板卡外包
薄型和超薄型防火涂料
厚防火涂料
现场混凝土外包
钢网抹灰外包
防火石膏板外包
外部的
室内外露柱、梁
室内外露柱、梁
室内外露柱、梁
室内外露柱、梁
室内外露柱、梁
钢梁隐藏在墙内
建设状况
湿作业，
效率低
湿作业，
效率低
组装完毕，
施工方便
涂装施工
材料损失大
喷涂施工
喷涂时环境污染，材料损失大。
同墙吊装施工
室内占用面积
覆层厚度不应小于100mm，占用用户内部面积。
覆层厚度不应小于50mm，占用室内面积
覆层厚度不应小于50mm并占据室内面积。
覆盖层2~5mm
几乎不占用室内面积，
覆盖层30~50mm
几乎不占用室内面积，
不占用室内面积
耐火极限标准
0.5~3小时
小于1.5小时
0.5~3小时
小于1.5小时
1.5小时~3小时
0.5~3小时
耐用性
耐用性强
会脱落，耐用度一般
耐久性好
容易老化，耐火性随时间而衰减
可靠性高、耐火衰减慢
耐用性强
钢梁嵌入混凝土板中。 混凝土层是钢梁的防火层。 现浇带预留用于楼板与梁墙一体化的外墙板。 现浇层起到层与层之间的防火密封作用。 钢梁与外墙板在工厂内一体成型，防火设计相对简化，耐火性能高。
2.4 钢梁与墙体一体化保温设计
建筑外墙的保温结构形式主要分为内保温、外保温和夹芯保温。 内保温的优点是成本低、施工简单，但占用室内空间，二次装修时容易损坏，且难以避免热桥。 外保温基本上消除了热桥的影响，但施工难度大（特别是高层建筑），且容易开裂、脱落。 近年来，因外保温材料引发的火灾事故时有发生。 夹芯保温是将保温材料浇注到墙体内。 绝缘材料的寿命与结构相同。 解决了外保温开裂、渗水、空鼓、脱落等工程质量隐患。 混凝土的内外叶基本上将夹芯保温层与火源隔离。 ，夹芯墙体的防火性能优良。
在一些夹芯墙板设计中，应在墙板周围和窗户周围保留混凝土贯穿带，图 6(a)。 邯郸属于寒冷地区，这些地区会在夹芯保温外墙上形成冷热桥。 热桥区域容易出现结。 暴晒很容易导致墙面发霉。 另外，由于保温板对夹芯墙内外叶的保温作用，当室内外温差较大时，外叶和内叶之间也会出现较大的温差，并且剪切裂纹容易出现在周边贯穿部位。 本项目采用夹芯保温墙板。 墙板从外到内依次为：60mm外叶混凝土、70mm挤塑聚苯板、80mm内叶混凝土。 内叶和外叶通过低传热玻璃钢连接件连接。 边缘和门窗洞口周围的内叶和外叶之间的隔热板渗透层（图6（b））避免了冷桥。
图6(a)混凝土贯穿保温节点图 图6(b)保温材料贯穿保温节点图
2.5 钢梁与墙体一体化防水设计
传统建筑防水的主要设计理念是阻水，堵住水进入室内的所有通道，以达到防水的效果。 但对于装配式建筑来说，导水优于阻水，排水优于防水。 墙板接缝通常设有三层防水。 接缝正面（室外）预埋密封胶，接缝背面填充密封胶。 一侧（室内）设有防水胶带进行二次密封，两道密封之间增加防水结构。 横缝设置为外低内高的阶梯状。 垂直接缝设有减压导水腔。 每隔几层，在横缝处的竖缝上端设置一根导水管，用于排水。
预制外墙板的防水胶条大多采用粘贴方式。 施工时，墙板与胶条的接触面需干燥、清洁。 不仅施工等待时间较长，而且粘合的胶条在自重和外力作用下很容易剥落。 如图7(a)所示，无法达到防水效果。
本工程采用防水条预埋技术。 将具有“T”形预埋体的条带（如图7（b）所示）预先与钢模固定，将条带预埋体浇注到墙板中。 ，与墙板混凝土锚固结合，连接可靠性高，耐久性好，不易脱落，防水效果好。
图7（a）防水胶条脱落 图7（b）预埋防水胶条（专利号：ZL213918635063.4）
本工程将防水、密封胶、减压室、内密封条三层集中在夹芯墙板的外叶层上。 为了完成三层防水设计，外叶边缘加厚，如图8所示。每层板之间的垂直防水接缝是连续的。
图8 梁墙一体外墙板层间及柱覆板接缝防水详图
结论
钢结构住宅也是装配式建筑体系中的重要形式之一。 本文提出了一种新型的钢结构住宅外围护体系——型钢梁梁墙一体外墙板体系，综合考虑了外墙结构的安全性。 、耐久性能、防火、保温、防水及装饰效果。 该设计充分利用了混凝土材料良好的防火性能。 钢梁采用混凝土涂层包裹，具有良好的防火性能。 楼层之间不需要额外的防火密封，节省材料和工序。 钢梁、混凝土墙板在工厂模板上一体成型，整体吊装，提高了生产安装效率，缩短了工期； 该项目已顺利安装进入收尾阶段，实现了无外露柱、无外露梁的室内效果，室内空间得到简化，施工质量得到提高，效果令人满意。 梁墙一体钢框架外墙系统特别适合小型钢结构住宅的外墙设计。
（注：型钢梁梁墙一体外墙板的设计与应用由润泰集团提出，发明专利号ZL213918635063.1；外叶预埋胶条挂件专利号213918635063.3）
第一作者简介：詹耀宇，男，1961年1月1日出生，润泰集团上海润筑建设工程有限公司总经理。 1989年毕业于国立中央大学土木工程学院结构组，毕业后曾任职于润泰建设、润宏精密工程。 1999年被建设部授予“优秀建筑自动化工程专业奖”； 2004年，担任“台湾建筑金奖”921地震教育园区预应力预制结构负责人； 2009年荣获中央大学土木工程系“优秀院士奖”；2013年荣获中国混凝土协会“优秀总工程师奖”；2017年荣获中国混凝土协会“优秀总工程师奖”；荣获中国“华夏建设科学技术奖”一等奖；2018年荣获中国CCPA子机器人杯技术创新奖二等奖；2018年荣获中国“优秀科技工作者”称号CCPA及实用新型专利共15项。
发表于混凝土世界第119期2019.05
