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钢筋焊接网架复合混凝土剪力墙的耐久性设计
发布日期:2013-03-27    浏览次数:3317

石家庄晶达建筑体系有限公司   李云峰

                       石家庄建设集团有限公司       闫秀东

关键词】  墙体保温   复合剪力墙    CL建筑体系   耐久性设计

摘  要】  在墙体保温做法中,以CL建筑体系为代表的钢筋焊接网架复合混凝土剪力墙技术,为满足保温做法的设计使用年限与主体结构耐久性相匹配的要求,在明确使用年限及环境类别、材料要求、构造措施、施工细节等方面应进行严格控制。

一、前言

随着我国建筑节能标准的提高和使用时间的延长,建筑墙体保温做法与建筑物主体结构使用年限相同(简称“保温与结构一体化”)已成为必然的发展趋势。保温做法的设计使用年限,即耐久性设计,是保温与结构一体化技术的关键控制点。在众多墙体保温做法中,以CL建筑体系为代表的钢筋焊接网架复合混凝土剪力墙技术,为满足保温做法的设计使用年限与主体结构耐久性相匹配的目的,在明确保温做法的使用年限及环境类别、材料要求、构造措施、施工细节等方面均予以了严格、详细的规定。

二、CL建筑体系技术概述

CL建筑体系的核心构件是一种如图1所示的在工厂内定制生产的钢筋立体焊接网架保温夹芯板,简称“CL网架板”;通过在施工现场将保温板两侧浇筑混凝土后形成的如图2所示的集受力、保温于一体的现浇钢筋混凝土复合剪力墙,简称“CL复合剪力墙”。

         

            图1  CL网架板                         图2  CL复合剪力墙钻芯

CL复合剪力墙的墙身构造见表1。该种复合剪力墙主要用于建筑物的外墙、不采暖楼(电)梯间墙、分户墙等有保温、隔声要求部位的墙体。CL复合剪力墙与其它室内普通剪力墙及现浇楼板(屋盖)共同构成建筑物的主体结构。CL网架板由两层或两层以上起受力或构造作用的钢筋焊网,中间夹以保温板,用三维斜插钢筋(简称“腹”)焊接形成的板式钢筋焊接网架。钢筋的直径、间距及组合规格根据设计承载要求及工厂化生产模数确定保温芯板的材质及厚度则根据当地节能标准用。CL网架板是在生产车间由生产线根据图纸设计要求定制加工,无需现场二次加工裁剪,作为墙体受力钢、保温层于一体的部品直接提供给施工现场。

表1    CL复合剪力墙墙身构造表   

CL墙体型号

I 型

II 型

III 型

IV 型

V 型

适用范围

非承重部位

建筑物高度不大于36m

建筑物高度大于36m

墙体竖向剖面

(a、e为普通内外装饰层)


 

室外侧

混凝土b

50 mm(现浇)或40㎜(喷射或预制)

保温层c

根据节能标准计算确定

混凝土d

40㎜

100㎜≤c<120㎜

140㎜≤c≤160㎜

160㎜

钢筋焊网1

φcp3@50

钢筋焊网3

φcp3@50

φcp4@50

φ6@100

φ5/6/8@100/150/200

———

腹丝2

φcp3100/㎡或φcp450/

水平拉筋4

由设计确定

CL网架板

①②③在工厂焊接成网架,钢筋在现场绑扎并满足国家相关规范规定

    三、保温做法的耐久性设计

为使墙体保温做法能够在设计使用年限方面与建筑主体结构相匹配,实现节能与结构一体化,满足我国建筑行业的节能与可持续发展战略,应在明确其使用年限、环境类别的前提下,对复合剪力墙中保温层的保护层的满足自重及荷载能力、长期使用过程中由于环境作用引起材料性能劣化对结构安全性与适用性的影响、与主体结构连接措施等方面进行设计规定。

1、明确整体保温系统的使用年限和环境类别

若满足节能与结构一体化要求,保温做法的设计使用年限应该按照建筑物的合理使用年限确定,不应低于现行国家标准《工程结构可靠性设计统一标准》GB 50153的规定,一般情况下为不低于50年。

根据国家规范《混凝土结构耐久性设计规范》GB/T50476-2008的规定,CL复合剪力墙通常处于的环境类别、环境条件、作用等级、腐蚀机理、结构构件示例等可以参照表2。

表2  不同环境类别对CL复合剪力墙的作用等级

名称

环境类别

作用等级

环境条件

腐蚀机理

CL复合剪力墙所处部位

一般环境

Ⅰ-A

(一)

室内干燥环境

(年平均湿度低于60%)

保护层混凝土碳化引起钢筋锈蚀

外墙内侧混凝土层、楼(电)梯墙及分户墙

Ⅰ-B

(二a)

室内中、高湿度环境

非干湿交替的露天环境

有防水涂料、瓷砖或抹灰层保护的室外侧混凝土层

Ⅰ-C

(二b)

干湿交替环境

严寒、寒冷地区露天环境

无任何保护的露天

室外侧混凝土层

冻融环境

Ⅱ-C

(二b)

严寒和寒冷地区的无盐环境混凝土中度饱和水

反复冻融导致混凝土损伤

严寒、寒冷地区无任何保护的露天室外侧混凝土层

注:1 作用等级的括号内为《混凝土结构设计规范》GB 50010-2010的环境类别分类;

    2 最冷月平均气温高于2.5℃的地区,可不考虑冻融环境作用。

2、保温层的保护层的承载力设计

作为依附于主体结构上的一个独立钢筋混凝土构件,保温层的保护层应满足自重、地震力、风荷载等荷载作用。CL复合剪力墙采用混凝土保护层落地,和基础相连接的方式解决构件的自承重问题,并通过各楼层板的悬挑式连接进行竖向荷载的多重分配。在承受地震力方面,混凝土保护层采用0.28%的高于普通剪力墙构造配筋的高配筋率,即保证了“小震不破坏、中震可修复、大震不脱落”的抗震目标,又能在正常使用状态下为结构的竖向承载起到积极作用。而CL复合剪力墙中的斜插腹筋,即有长细比的要求又是三维立体空间桁架模式,可以抵抗垂直与墙面的风荷载的拉、压作用,并将其所承担的荷载部分传递到内部的主结构墙体。

3、保温层的保护层的材料要求

CL复合剪力墙中保温层的混凝土保护层,应按结构构件的标准,根据结构所处的环境类别、作用等级和设计使用年限,对其最低强度等级、最大水胶比和原材料组成进行耐久性设计。

CL复合剪力墙保温层的保护层用混凝土的粗骨料最大粒径一般控制在15㎜之内,比国家相关规范中对混凝土结构构件的标准严格5㎜以上。混凝土最低强度等级为C25,与主体结构要求一致;最大水胶比为0.45,严于普通混凝土的要求;钢筋的室外侧混凝土保护层最小厚度为35,比结构要求增加至少15;混凝土中氯离子的最大含量也从严按照0.15%进行控制。CL复合剪力墙保温层的保护层内构造钢筋也应采用镀锌钢筋。

4、保温层的保护层的裂缝控制

CL复合剪力墙的裂缝控制等级为三级(允许出现裂缝),但最大裂缝宽度限值为0.2㎜,即按照严寒、寒冷地区露天结构构件的裂缝控制要求进行。为了减小构件的裂缝,CL复合剪力墙外侧较薄混凝土层配置双向钢筋焊网,除配筋率不低于结构要求外,钢筋间距不宜大于50mm且不应大于100

5、保温系统与结构连接措施的耐久性措施

CL复合剪力墙的保温系统与主体结构的连接主要通过三种途径实现。第一种途径是穿过保温板的斜插腹筋,该腹筋通过与保温板两侧的混凝土层中的钢筋焊网焊接来实现构件的连接,主要作用为传递垂直于墙体平面的外力。第二种途径是楼层板与保护层的钢筋及混凝土连接,主要作用是将保护层水平方向按层高划分为若干单元。第三种途径是洞口周边及墙体端部的U型钢筋及其混凝土保护层。以上连接措施中,所有穿过保温板的钢筋均做二次防腐处理,尤其是斜插腹筋,除进行镀锌外还应对穿过保温板的部分进行镀塑处理,以弥补钢筋调直生产过程中对镀锌层的损伤,增加耐久性。

四、施工过程中的耐久性保证措施

1、确保钢筋保护层厚度的保证措施

为保证保温板两侧钢筋焊网在混凝土浇筑过程中的保护层厚度,CL复合剪力墙中保温板与受力钢筋之间如表1中Ⅴ型放置构造钢筋焊网或采用内置塑料垫块。内置塑料垫块是将加工成型的塑料垫块在CL网架板生产过程中,放置在钢筋焊网与保温板之间。CL网架板安装完毕,再在该垫块外侧绑扎普通砂浆垫块,见图3。该种垫块牢固可靠、工厂化生产、质量及数量稳定,起到保证保护层尺寸的作用。因此,目前其它形式的如在单网的钢丝网架保温夹芯板两侧现浇混凝土的做法,难以保证钢筋的保护层厚度,对结构受力和耐久性均有较大隐患,是值得警惕的。

图3  内置塑料垫块示意图

1-保温板;2-普通砂浆垫块;3-模板;4-内置塑料垫块  

2、注重混凝土浇筑的过程控制

在钢筋焊接网架保温夹芯板两侧浇筑混凝土时,应以多点浇筑的方式保证保温板两侧混凝土的液面高差,防止保温板由于混凝土高差产生的侧压力而发生位移,从而导致混凝土截面尺寸超出允许偏差。混凝土浇筑过程中,不得采取对斜插钢筋产生扰动的方法,如直接插捣等。因此,复合剪力墙中应避免选用单侧焊网的钢丝网架保温夹芯板。

3、加强混凝土的质量验收及养护

表面混凝土层的耐久性质量在很大程度上取决于施工养护过程中的湿度和温度控制。CL复合剪力墙应尽量延迟模板拆除时间,并在模板拆除后立即进行养护。采用塑料薄膜或喷涂养护剂时,一定要确保薄膜搭接的严密和养护剂全面涂刷。由于多数情况下,CL复合剪力墙采用大掺量矿物掺合料混凝土,混凝土保水量较少,所以应该在浇筑后立即覆盖并加湿养护,养护至混凝土强度不低于28d标准强度的50%,且不少于14天为宜。

五、使用过程中的注意事项

在建筑物使用过程中,为实现节能系统与主体结构耐久性向同,现浇复合剪力墙及其结构构件的形状和构造应该采取有效的避免水、汽和有害物质在其表面上的聚积的措施。如伸出墙面的受雨林或可能积水的悬挑构件的顶面,宜做成坡度不小于5%的斜面,并应考虑结构挠度对排水的影响;侧面及下沿要做滴水槽等措施,防止雨水淌向墙面;建筑物的屋顶应作有组织排水,排水管距离墙面一定的距离。

六、结语

在节能与结构一体化技术日益普及的良好氛围下,严把保温系统耐久性的设计与施工质量关,是墙体节能技术实现全生命周期内可靠使用的关键控制点,也是保证我国建筑节能事业健康、持续、和谐发展的主要途径。

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