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鋼筋焊接網架復合混凝土剪力墻的耐久性設計
發布日期:2013-03-27    瀏覽次數:3861

石家莊晶達建筑體系有限公司   李云峰

                       石家莊建設集團有限公司       閆秀東

關鍵詞】  墻體保溫   復合剪力墻    CL建筑體系   耐久性設計

摘  要】  在墻體保溫做法中,以CL建筑體系為代表的鋼筋焊接網架復合混凝土剪力墻技術,為滿足保溫做法的設計使用年限與主體結構耐久性相匹配的要求,在明確使用年限及環境類別、材料要求、構造措施、施工細節等方面應進行嚴格控制。

一、前言

隨著我國建筑節能標準的提高和使用時間的延長,建筑墻體保溫做法與建筑物主體結構使用年限相同(簡稱“保溫與結構一體化”)已成為必然的發展趨勢。保溫做法的設計使用年限,即耐久性設計,是保溫與結構一體化技術的關鍵控制點。在眾多墻體保溫做法中,以CL建筑體系為代表的鋼筋焊接網架復合混凝土剪力墻技術,為滿足保溫做法的設計使用年限與主體結構耐久性相匹配的目的,在明確保溫做法的使用年限及環境類別、材料要求、構造措施、施工細節等方面均予以了嚴格、詳細的規定。

二、CL建筑體系技術概述

CL建筑體系的核心構件是一種如圖1所示的在工廠內定制生產的鋼筋立體焊接網架保溫夾芯板,簡稱“CL網架板”;通過在施工現場將保溫板兩側澆筑混凝土后形成的如圖2所示的集受力、保溫于一體的現澆鋼筋混凝土復合剪力墻,簡稱“CL復合剪力墻”。

         

            圖1  CL網架板                         圖2  CL復合剪力墻鉆芯

CL復合剪力墻的墻身構造見表1。該種復合剪力墻主要用于建筑物的外墻、不采暖樓(電)梯間墻、分戶墻等有保溫、隔聲要求部位的墻體。CL復合剪力墻與其它室內普通剪力墻及現澆樓板(屋蓋)共同構成建筑物的主體結構。CL網架板由兩層或兩層以上起受力或構造作用的鋼筋焊網,中間夾以保溫板,用三維斜插鋼筋(簡稱“腹”)焊接形成的板式鋼筋焊接網架。鋼筋的直徑、間距及組合規格根據設計承載要求及工廠化生產模數確定保溫芯板的材質及厚度則根據當地節能標準用。CL網架板是在生產車間由生產線根據圖紙設計要求定制加工,無需現場二次加工裁剪,作為墻體受力鋼、保溫層于一體的部品直接提供給施工現場。

表1    CL復合剪力墻墻身構造表   

CL墻體型號

I 型

II 型

III 型

IV 型

V 型

適用范圍

非承重部位

建筑物高度不大于36m

建筑物高度大于36m

墻體豎向剖面

(a、e為普通內外裝飾層)


 

室外側

混凝土b

50 mm(現澆)或40㎜(噴射或預制)

保溫層c

根據節能標準計算確定

混凝土d

40㎜

100㎜≤c<120㎜

140㎜≤c≤160㎜

160㎜

鋼筋焊網1

φcp[email protected]

鋼筋焊網3

φcp[email protected]

φcp[email protected]

φ[email protected]

φ5/6/[email protected]/150/200

———

腹絲2

φcp3100/㎡或φcp450/

水平拉筋4

由設計確定

CL網架板

①②③在工廠焊接成網架,鋼筋在現場綁扎并滿足國家相關規范規定

    三、保溫做法的耐久性設計

為使墻體保溫做法能夠在設計使用年限方面與建筑主體結構相匹配,實現節能與結構一體化,滿足我國建筑行業的節能與可持續發展戰略,應在明確其使用年限、環境類別的前提下,對復合剪力墻中保溫層的保護層的滿足自重及荷載能力、長期使用過程中由于環境作用引起材料性能劣化對結構安全性與適用性的影響、與主體結構連接措施等方面進行設計規定。

1、明確整體保溫系統的使用年限和環境類別

若滿足節能與結構一體化要求,保溫做法的設計使用年限應該按照建筑物的合理使用年限確定,不應低于現行國家標準《工程結構可靠性設計統一標準》GB 50153的規定,一般情況下為不低于50年。

根據國家規范《混凝土結構耐久性設計規范》GB/T50476-2008的規定,CL復合剪力墻通常處于的環境類別、環境條件、作用等級、腐蝕機理、結構構件示例等可以參照表2。

表2  不同環境類別對CL復合剪力墻的作用等級

名稱

環境類別

作用等級

環境條件

腐蝕機理

CL復合剪力墻所處部位

一般環境

Ⅰ-A

(一)

室內干燥環境

(年平均濕度低于60%)

保護層混凝土碳化引起鋼筋銹蝕

外墻內側混凝土層、樓(電)梯墻及分戶墻

Ⅰ-B

(二a)

室內中、高濕度環境

非干濕交替的露天環境

有防水涂料、瓷磚或抹灰層保護的室外側混凝土層

Ⅰ-C

(二b)

干濕交替環境

嚴寒、寒冷地區露天環境

無任何保護的露天

室外側混凝土層

凍融環境

Ⅱ-C

(二b)

嚴寒和寒冷地區的無鹽環境混凝土中度飽和水

反復凍融導致混凝土損傷

嚴寒、寒冷地區無任何保護的露天室外側混凝土層

注:1 作用等級的括號內為《混凝土結構設計規范》GB 50010-2010的環境類別分類;

    2 最冷月平均氣溫高于2.5℃的地區,可不考慮凍融環境作用。

2、保溫層的保護層的承載力設計

作為依附于主體結構上的一個獨立鋼筋混凝土構件,保溫層的保護層應滿足自重、地震力、風荷載等荷載作用。CL復合剪力墻采用混凝土保護層落地,和基礎相連接的方式解決構件的自承重問題,并通過各樓層板的懸挑式連接進行豎向荷載的多重分配。在承受地震力方面,混凝土保護層采用0.28%的高于普通剪力墻構造配筋的高配筋率,即保證了“小震不破壞、中震可修復、大震不脫落”的抗震目標,又能在正常使用狀態下為結構的豎向承載起到積極作用。而CL復合剪力墻中的斜插腹筋,即有長細比的要求又是三維立體空間桁架模式,可以抵抗垂直與墻面的風荷載的拉、壓作用,并將其所承擔的荷載部分傳遞到內部的主結構墻體。

3、保溫層的保護層的材料要求

CL復合剪力墻中保溫層的混凝土保護層,應按結構構件的標準,根據結構所處的環境類別、作用等級和設計使用年限,對其最低強度等級、最大水膠比和原材料組成進行耐久性設計。

CL復合剪力墻保溫層的保護層用混凝土的粗骨料最大粒徑一般控制在15㎜之內,比國家相關規范中對混凝土結構構件的標準嚴格5㎜以上。混凝土最低強度等級為C25,與主體結構要求一致;最大水膠比為0.45,嚴于普通混凝土的要求;鋼筋的室外側混凝土保護層最小厚度為35,比結構要求增加至少15;混凝土中氯離子的最大含量也從嚴按照0.15%進行控制。CL復合剪力墻保溫層的保護層內構造鋼筋也應采用鍍鋅鋼筋。

4、保溫層的保護層的裂縫控制

CL復合剪力墻的裂縫控制等級為三級(允許出現裂縫),但最大裂縫寬度限值為0.2㎜,即按照嚴寒、寒冷地區露天結構構件的裂縫控制要求進行。為了減小構件的裂縫,CL復合剪力墻外側較薄混凝土層配置雙向鋼筋焊網,除配筋率不低于結構要求外,鋼筋間距不宜大于50mm且不應大于100

5、保溫系統與結構連接措施的耐久性措施

CL復合剪力墻的保溫系統與主體結構的連接主要通過三種途徑實現。第一種途徑是穿過保溫板的斜插腹筋,該腹筋通過與保溫板兩側的混凝土層中的鋼筋焊網焊接來實現構件的連接,主要作用為傳遞垂直于墻體平面的外力。第二種途徑是樓層板與保護層的鋼筋及混凝土連接,主要作用是將保護層水平方向按層高劃分為若干單元。第三種途徑是洞口周邊及墻體端部的U型鋼筋及其混凝土保護層。以上連接措施中,所有穿過保溫板的鋼筋均做二次防腐處理,尤其是斜插腹筋,除進行鍍鋅外還應對穿過保溫板的部分進行鍍塑處理,以彌補鋼筋調直生產過程中對鍍鋅層的損傷,增加耐久性。

四、施工過程中的耐久性保證措施

1、確保鋼筋保護層厚度的保證措施

為保證保溫板兩側鋼筋焊網在混凝土澆筑過程中的保護層厚度,CL復合剪力墻中保溫板與受力鋼筋之間如表1中Ⅴ型放置構造鋼筋焊網或采用內置塑料墊塊。內置塑料墊塊是將加工成型的塑料墊塊在CL網架板生產過程中,放置在鋼筋焊網與保溫板之間。CL網架板安裝完畢,再在該墊塊外側綁扎普通砂漿墊塊,見圖3。該種墊塊牢固可靠、工廠化生產、質量及數量穩定,起到保證保護層尺寸的作用。因此,目前其它形式的如在單網的鋼絲網架保溫夾芯板兩側現澆混凝土的做法,難以保證鋼筋的保護層厚度,對結構受力和耐久性均有較大隱患,是值得警惕的。

圖3  內置塑料墊塊示意圖

1-保溫板;2-普通砂漿墊塊;3-模板;4-內置塑料墊塊  

2、注重混凝土澆筑的過程控制

在鋼筋焊接網架保溫夾芯板兩側澆筑混凝土時,應以多點澆筑的方式保證保溫板兩側混凝土的液面高差,防止保溫板由于混凝土高差產生的側壓力而發生位移,從而導致混凝土截面尺寸超出允許偏差。混凝土澆筑過程中,不得采取對斜插鋼筋產生擾動的方法,如直接插搗等。因此,復合剪力墻中應避免選用單側焊網的鋼絲網架保溫夾芯板。

3、加強混凝土的質量驗收及養護

表面混凝土層的耐久性質量在很大程度上取決于施工養護過程中的濕度和溫度控制。CL復合剪力墻應盡量延遲模板拆除時間,并在模板拆除后立即進行養護。采用塑料薄膜或噴涂養護劑時,一定要確保薄膜搭接的嚴密和養護劑全面涂刷。由于多數情況下,CL復合剪力墻采用大摻量礦物摻合料混凝土,混凝土保水量較少,所以應該在澆筑后立即覆蓋并加濕養護,養護至混凝土強度不低于28d標準強度的50%,且不少于14天為宜。

五、使用過程中的注意事項

在建筑物使用過程中,為實現節能系統與主體結構耐久性向同,現澆復合剪力墻及其結構構件的形狀和構造應該采取有效的避免水、汽和有害物質在其表面上的聚積的措施。如伸出墻面的受雨林或可能積水的懸挑構件的頂面,宜做成坡度不小于5%的斜面,并應考慮結構撓度對排水的影響;側面及下沿要做滴水槽等措施,防止雨水淌向墻面;建筑物的屋頂應作有組織排水,排水管距離墻面一定的距離。

六、結語

在節能與結構一體化技術日益普及的良好氛圍下,嚴把保溫系統耐久性的設計與施工質量關,是墻體節能技術實現全生命周期內可靠使用的關鍵控制點,也是保證我國建筑節能事業健康、持續、和諧發展的主要途徑。

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