溫州鋼結構專題：隨著我國住宅的緊張，鋼結構住宅建筑節(jié)能政策的實施，改變了我國住宅第一難題。
2 墻體與結構的連接一會要選用柔性連接構造由于鋼結構本身有較好的變形性能，所有這種結構形式有較好的抗震性能。這就要求墻體材料應該具有與鋼結構變形的隨動性能。當墻體材料選用砌塊時，墻體與鋼柱的連接方法(見圖1)。當鋼柱發(fā)生水平或垂直方向的移動時，由于連接件的存在，砌體沒有阻礙鋼柱的運動。在這種構造中不會出現(xiàn)由于砌體與鋼柱變形不協(xié)調出現(xiàn)的裂縫現(xiàn)象�？烧{錨栓圖1 鋼柱與砌塊體的連接
3 巧妙地使用空氣層栓由于鋼結構大多會選擇裝配式墻體材料，所以比較易于形成空氣間層。北歐和北美地區(qū)的節(jié)能建筑非常重視空氣層的存在�？諝鈱悠鹬浅Ｖ匾淖饔�。按照空氣間層是否與外界空氣相通。空氣間層可以分為密閉空氣間層和對外開縫的空氣間層。這種空氣間層起的作用是完全不一樣的。
3．I 密閉式空氣間層密閉式空氣層的主要功能是保溫隔熱功能，這是我國設計人員比較熟悉的作法�？諝忾g層的厚度超過60mm時，其性能并沒有多少的改善。鋁箔如果應用在空氣間層中，會對其性能有大幅度的提高。表2中顯示了厚度為30mm時的空氣間層在沒有鋁箔、單面鋁箔和雙面鋁箔時熱阻情況：表2 3om 空氣層在沒有鋁箔、單面鋁箔和雙面鋁箔時的冬季熱阻由表2可以看出，帶有雙面鋁箔的30mm的空氣間層的熱阻相當于25mm厚的聚苯乙烯板的性能。鋁箔這種材料極便宜，有些保溫材料本身帶有鋁箔，設計人員巧妙地將空氣層與鋁泊結合起來使用，會起到較好的效果。
3．2 開放式空氣間層開放式空氣間層的主要功能是隔熱功能和使空氣間層外側墻形成防雨屏。我國設計人員一般以外墻的水密性和氣e力與建筑內部乎相同于壓力差而產的雨水的滲漏0圖2 雨水進入復合墻體密性來阻止風雨的侵襲。但是外墻不可能完全是氣密的或水密的。當墻體采用的是復合墻體時，通常在墻體內部形成一個空腔。這樣墻體在風壓的作用下，造成空腔內部的壓力比外部壓力要低。但這個壓力比建筑物的內部壓力要高。暴風雨中，建筑物外表面完全被雨水所覆蓋。在無風的情況下，這些雨水會通過縫隙越過外表面，而在有風的情況下，這一壓力會使雨水穿過縫隙，雨水穿過空隙并有較高的力量，從而噴濕墻面或交接縫，然后由于壓力差的作用進入墻的內部(見圖2)。封接e •—塑料捧氣孔1． 剛扎型保盟材奉’ ● ‘硅 ‘ __ ‘●一損利三維板a b圖3 進入外層墻的水通過捧水孔捧出開口的復合墻當人們認識到水可能在壓力差的作用進入墻的內部時，便有意給這些水提供 個清潔的空腔，并且在空腔的內部提供第二層氣體阻隔層。水通過外層這些不可避免的小縫流入空腔，然后經由散水少小的排水孔流出來。北美地區(qū)復合墻外層墻開口已經成為普遍措施。這樣中部空腔壓力基本上與風壓相同，這樣風壓幾乎完全反作用于內墻。由于外墻面與空腔之間只有很小的壓差，在這種壓差作用下，會有少量的雨水進入外層墻內部并且可通過排水孔排出。這樣的外層墻體可以當做一道防雨屏。見圖3a和圖3b。圖4在角落的雨水滲入情況圖5處理位于角落的外墻防雨方法13 鋼結構住宅專題在樓角處情況比較復雜，如圖4。在這種情況下，角落中空層設置填充物見圖5。所使用的填充物既不能吸收水份也不能形成熱橋�，F(xiàn)在還沒有理論用于測試來定量或計算防雨屏與開口尺寸、空間、或節(jié)點尺寸。國外的設計者和生產商是依照經驗來判斷。例如預制的三維板的通常的空腔是6mm內徑，大至3m的橫向間距和2m的縱向間距。當采用上述方法處理由于風力引起雨水滲入的方法時，外培外表面最好選用有較多氣孔的材料作為防雨屏(比如混凝土砌塊)。這是清除雨水滲入和培內部水蒸汽滲出的理想設計。水蒸汽在完全結露之前就可滲出。在夏季，水蒸汽是由培體的外部向內部滲透的。上述的墻體設計方法較好地解決了這一問題。
4 妥善處理熱橋，避免有害熱橋的產生熱橋就是一些相對熱阻值較低的點或構件強行切入建筑物的保溫層。有些熱橋是不可避免的，如插入保溫層中的連接件，保溫設計中常用的梁托，從培體挑出的陽臺板，在內保溫設計中不可避免地由結構板，十字培形成的熱橋等。這幾種熱橋對建筑物的危害是不同的，可以把它們分成兩類：一類是僅帶來一些熱量損失，并且熱量損失不大，稱之為無害熱橋。另一類帶來的不僅是能量的損失，更重要的是給建筑物帶來破壞，稱之為有害熱橋。外墻內保溫的設計所形成的嚴重熱橋，它的存在所帶來的不僅僅是能量的損失，更嚴重的后果是對建筑物的破壞。國內外還沒有可靠的計算熱橋周圍熱流的方法，但是國外通過測量，發(fā)現(xiàn)這樣的熱橋內表面溫度一定低于周圍的平均溫度。而這樣的溫度冷得足可以使內部空氣的水蒸汽發(fā)生結露現(xiàn)象。最典型的例子是由培體挑出的陽臺板，這樣的陽臺板就象是一個大的散熱通道，甚至在某些情況下低于零點，即使室內的溫度較低也會導致結露的發(fā)生，從而造成污點、霉斑、地板翹曲，表層剝落，其熱量損失非常大。為了提高培體的保溫性能，往往需要采用具有較好性能的保溫材料如聚苯板，玻璃棉等。安裝這些材料需要連接件，形成了熱橋。在這種情況下熱橋對建筑物產生的不利影響最小，即：熱橋有較大的吸收熱量的面積而熱橋的未端相對較小，因為內端收集熱量比未端釋放熱量快，熱橋的材料整體就會保持一個相對較高的溫度，這樣的設計方法參于提高熱橋的溫度同時并沒造成通過它的熱流大幅度提高。這樣的熱橋可稱之為無害熱橋。
5 避免結露水的發(fā)生我國傳統(tǒng)住宅大多為黏土磚結構。由于黏土磚具有良好隔熱性能和耐候性。所以不會出現(xiàn)結露水。它的缺點只是在墻體較薄的情況下(如370mm)不能滿足北方地區(qū)的保溫要求。隨著在限制禁止使用黏土磚的政策，新的墻體材料被大量應用。如果設計不得當就會產生結露現(xiàn)象。結露會使墻壁發(fā)霉，木地板腐爛，并損壞內部裝修和家具。發(fā)霉不僅使墻面出現(xiàn)污斑，而且孢子擴散開后產生臭味，又能傳染真菌性疾病，使房間的衛(wèi)生條件惡化。應該努力防止能產生如上露害的結露。由于中國人的炊事習慣，室內往往維持較高的濕4度。在加拿大出現(xiàn)過相同的建筑形式，華裔住所培體出現(xiàn)大量結露水現(xiàn)象，而非華裔的白人住所并沒有出現(xiàn)這種現(xiàn)象。使人體比較舒服的相對濕度是50％---60％，我國冬季北方地區(qū)有使有空氣加濕器的習慣，所以設計人員要特別注意避免結露帶給圍護層的破壞。建筑結露常分為“表面結露”和“內部結露”兩類。所謂表面結露是指，當室內的濕空氣碰到低于露點溫度的壁面和頂棚時，水蒸汽就凝成水珠附著其上。所謂內部結露是指，當水蒸汽在蒸汽壓差作用下通過培體和屋蓋時，被阻擋在低溫部位，產生結露。內部結露應理解為固體材料以及孔隙中的結露現(xiàn)象。當材料內部產生結露時材料處于濕潤狀態(tài)，使導熱系數增大。特別是保溫材料，更應注意這一點。另外，內部凝結水量增大，將改變材料的形態(tài)，在寒冷地區(qū)還會使材料凍裂。表面結露取決于空氣濕度以及和濕空氣相接的墻壁、地面、吊頂、屋蓋等部位的表面溫度。防止表面結露的基本原則，第一是增大圍護結構的熱阻，提高室內表面溫度；第二是減小室內的濕度。前者實際上就是使用保溫材料，后者就是設置通風口通風設施。結露按照發(fā)生季節(jié)的不同可分為冬季結露和夏季結露。冬季結露是因氣侯寒冷，使室內培面、地面、屋蓋、吊頂的溫度下降，造成室內室內空氣中的水蒸汽飽和。或者在結構內部產生的同一物理現(xiàn)象。夏季結露是當室外空氣向高溫變化，而室內墻面、地面、屋蓋、吊頂等部位溫度不能及時升高時；或者室內溫度較低，結構外表面的溫度低于室外空氣的露點溫度時；或者外部高濕空氣流入低溫房間中，達到飽和時所產生的結露。內部結露是水蒸汽可通過材料由水蒸汽壓高的地方向水蒸汽壓低的地方運動造成的。這種獨立的氣體運動形式在1930年就被認識到了。在冬季采暖的室內的水蒸汽壓大于室外水蒸汽壓，水蒸汽就會通過材料由室內向室外運動，當水蒸汽通過墻體時在某一材料內部超出了某點結露的飽和壓力，那么就會出現(xiàn)在墻體內部結露現(xiàn)象。室內相對濕度越高，結露就越嚴重。大多數建筑允許少量結露的情況發(fā)生，但是如果室內的濕度維持在較高的水平上，就足以造成問題的產生。如果這一結露點恰好發(fā)生在保溫材料層中，那么就會引起保溫層的失效使建筑物達不到設計的保溫效果。材料含濕后，導熱系數增大，保溫效果減弱，進一步促使結露更為嚴重。某些材料結露后會產生收縮和撓度。防止內部結露的基本原則，第一是增大溫度高的一側的水蒸氣滲透阻；第二是減小室內的濕度。外培內保溫如果保溫層以里的材料的滲透阻不夠大，水蒸汽極易在保溫層內部結露。而這種形式下，結構層的溫度接近于室外溫度。在冬天，這種形式的構造使得結構層的溫度極度極低，由于各種原因貯留在結構層的水份很難被蒸發(fā)掉，這些水分的凍融會造成結構的破壞，所以建議在采用外墻內保溫這種構造形式時，要設置完全的水蒸氣阻隔層。并且在地板和節(jié)點的地方要封閉空氣阻隔層。外培外保溫層以里的材料的滲透阻相對較大，計算過程中出現(xiàn)了墻體內部結露現(xiàn)象，可以靠提高水蒸汽阻的方案加以解決。比如增加一層磁釉漆等。設計水蒸汽阻隔層要注意以下幾點：①盡可能地安裝在保溫隔熱層的較溫暖的一面；②面積盡可能大，搭接處盡可能少：③搭接的寬度足夠大；④經過散熱器時要保持連續(xù)性。隔汽層的是否設置與當地的氣體條件有很大關系，設計人員可以借助計算機軟件進行計算。嚴寒地區(qū)既使是外培外保溫系統(tǒng)，如果不設隔汽層也會在培體保溫層的外側出現(xiàn)結露現(xiàn)象，所以建議在嚴寒地區(qū)無論什么樣的外培保溫系統(tǒng)，必須設置水蒸汽阻隔層。在寒冷地區(qū)，如果是外培外保溫系統(tǒng)，可依據具體情況進行設計計算；但是如果是內保溫或是中間保溫，沒有隔汽層，在冬季保溫層內層必然出現(xiàn)結露水，所以必須在這種情況下設置隔汽層：而且還要考慮是否會在夏季出現(xiàn)水蒸汽由室外向室內滲透時，是否會出現(xiàn)結露水，設計人員仍可借助計算機軟件進行計算以決定是否設置隔汽層：對于夏熱冬冷地區(qū)，設計人員可根據具體情況進行設計計算，這一地區(qū)的濕度較高，如果選用有高性能的保溫材料復合培體，可能既要考慮冬季室內向室外滲透出現(xiàn)的結露，也要考慮夏季室外向室內滲透出現(xiàn)的結露，從而設置雙重的空氣阻隔層。圖示6顯示了在嚴寒地區(qū)的結露情況。在相對濕度是35％，室內溫度為25℃，室外溫度為-25~C的情況。圖中顯示在X軸處必然發(fā)生結露。圖7的屋面構造極易結露；冬季時如果室外溫度為零度以下，則屋內必然結露：在夏季，如果室內用空調制冷，也可能產生結露現(xiàn)象。冰內圖6 嚴寒地區(qū)結露情況 圖7 極易結露的屋面構造
6 在鋼結構建筑中比較理想的墻體和屋面構造圖8中是北美地區(qū)的三層鋼結構外培屋面構造圖。這種構造的特點是：①保溫層是連續(xù)的沒有可以造成結露現(xiàn)象的熱橋：②隔汽層是連續(xù)的，培體的隔汽層與屋面的隔汽層相連接；③ 空氣間層與室外空氣有通氣孔相接，所以外層培可作為防雨屏；④外層培由實心磚砌筑，為培體提供了良好的隔熱功能：⑤外層培與主體框架采用的連接方式是柔性連接，當內外層培發(fā)生的變性不一樣時，連接件可以調節(jié)變形：⑥如果雨水在風的作用下滲入外培時，或夏季水蒸汽滲入外培時，空腔中水的水可以通過下部的排氣孔，排出培外。由于抗風要求，這種培體被嚴格限定在3層以內。圖8 北美地區(qū)的3層鋼結構外墻與屋面構造
7 幾種外圍護結構破壞案例分析案例一：北方某一居住建筑，屋頂為穹頂�？紤]到施工方便，開發(fā)商選擇了外保溫漿料作為屋頂保溫層。設計人員根據材料供應商提供的質檢報告，表明該外保溫漿料的導熱系數是0．05。于是設計人員按照節(jié)能50％的要求，設計5cm 的外保溫漿料的保溫層。培體選用的是5cm的聚苯板作保溫。該建筑交業(yè)主使用后，出現(xiàn)頂層屋面板室內一側出現(xiàn)結露水的情況，引發(fā)了業(yè)主向開發(fā)商索要雙倍賠款。出現(xiàn)這種情況的分析如下：首先，材料供應商沒提供材料在正常含水率條件的導熱系數值。其次，設計人員錯誤地選用材料在干密度條件下的導熱系數值進行熱工計算。質檢報告上的導熱系數是在保溫漿料在烘干情況下測得的，而實際使用的保溫漿料含有一定的水分。通常情況下，水泥制品的建筑材料的導熱系數在使用條件下比它在烘干條件下會有30％的提高。如果在水泥制品中混入易吸濕的材料，它的導熱系數會提高得更多。在本案例中，取樣式的保溫漿料實際的導熱系數是0．1。在這種情況下，整個屋面的傳熱系數大大高于四周的培體。屋頂變成了巨大的熱橋。當住戶入住之后，日常生活給房間空氣中帶來了較高的濕度，空氣與冷的屋頂接觸，引起了結露出水的發(fā)生。當設計人員選用國標中沒有的保溫漿料時，一定慎重。必須向廠商索取要材料在正常含水率條件的實測值，并根據材料本身吸水率的性質，進行適當的修正。外保溫漿料必須具備很好的耐凍融性能，而符合要求的材料少之又少。所以當選擇這種材料時一定要慎之又慎。15m 5 o 鋼結構住宅專題案例二：沒有考慮材料物理性能的協(xié)調性，自制的鋼筋混凝土聚苯乙烯復合培板在一個采暖期后普遍開裂。某開發(fā)單位，為鋼結構住宅預制了鋼筋混凝土聚苯乙烯復合培板。其做法是在鋼筋混凝土板中夾5em的聚苯板。如果不采取適當措施，這種做法的結果是培體必然開裂。在冬室室外溫度低于零度的地區(qū)，如果室內的相對溫度超過50％，經過計算，必然在聚苯板內部出現(xiàn)結露點。時間越長，結露水越多。在北方，聚苯板靠近室外一側溫度必然在零度以下，在反覆凍融的條件下，培面起鼓開裂就變成了正常的物理現(xiàn)象。當一定要使用這種板材時，建議靠近室內一側一定要加一層完整的隔汽層或是采用聚合物砂漿取代普通的水泥砂漿，以防止水蒸汽的侵入，從而杜絕在保溫層內部形成結露水。案例三：錯誤選擇了外圍護結構外層板。某生產廠商從國外引進了一條板材和生產線，這種板在國外可以作為外圍護結構的最外層培板。北京地區(qū)的鋼結構住宅小區(qū)中，開發(fā)商考慮到期有良好的裝配性能，便選擇它作為封閉陽臺板的最外層板，其結果是：在一個采暖期過后，該板材起鼓。這一現(xiàn)象表明，該板材的耐凍融性較差，不適合用于室外。開發(fā)商與材料生產商交涉中，材料生產商出具了國外的抗凍融性檢測報告。這表明這種板材不具備外培板的最基本條件，不具備國外同類板材的性能。案例四：北京某一新建住宅樓，使用外培外保溫體系，春天刮風時，山培外保溫整體被風刮掉。該住宅樓的外培為混凝土空心砌塊，采用苯板做外培外保溫體系。在這個案例中，設計方案是用錨栓將保溫板與預埋件連接�？墒窃趯嶋H施工過程中，當苯板覆蓋上外培之后，工人看不見預埋件位置，導致一些錨栓與培體并沒能連接上，所以錨栓并沒有按設計要求固定在龍骨上。這樣，樓角處是風壓變化點，空氣間層所受風壓是正負風壓的疊加值。在春天的大風下，外保溫層被整體掀起。
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中國大型鋼結構工程開展情況及成績