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本课件讲单层厂房外墙构造,比较砖墙、块材墙、钢筋混凝土板材墙与波形板墙的适用范围,讲清墙与柱的连接、墙身节点、门窗洞口与墙板缝的处理做法。
第六章单层厂房外墙构造单层厂房外墙,按使用要求、材料、构造和施工方式等条件不同可分为砖墙、块材墙、板材墙、波形板(瓦)墙以及开敞式外墙等。1.砖、砌块外墙1.砖墙构造1.承重砖墙我国小型单层厂房用砖砌承重墙者较多,承重墙需承受自重、屋顶吊车荷载及地震力作用。其形式可作成带壁柱的墙体,下设墙下条形基础,并在墙体适当部位设置圈粱。其特点是构造简单、施工方便、造价较低,但墙体自重大,承载能力较低,抗震性能较差。
故承重砖墙仅适用于跨度小于15m、吊车吨位不超过5t、柱距不大于6m的小型厂房。2.骨架结构填充砖墙当吊车吨位大、厂房跨度较大时,再采用带壁柱的承重墙,结构断面就会增大,工程量也将增加,而且砖结构对吊车等引起的振动抵抗能力也差,故这时一般均采用钢筋混凝土骨架承重或钢骨架承重,使承重与围护功能分开,外墙起到围护、承受自重和风荷载作用。通常围护墙体大都不做基础,而采用两端搭于杯形基础上(或小牛腿上)的基础梁支承墙体重量。以防产生不均匀沉降。
当墙体较高时,上部墙体重量由连系梁承担,经小牛腿将重量传给柱子再传至基础,下部墙体重量则通过基础梁传至基础(图6.1)。为增强墙体的稳定性和整体性则应设置圈梁(设置原则及连结构造参见砖墙抗震措施)。
3.基础梁与基础连接基础梁与基础连接,一般有以下几种情况(图6.2):当基础埋置较浅时,基础梁可通过混凝土垫块或直接搁置在基础顶面,当基础埋置较深时,则用牛腿支托或采用高杯口基础。基础梁顶面标高通常比室内地面(土0.000)低50mm,以便在该顶面设置墙身防潮层(一般均采用防水砂浆),勒脚抹500~800m高水泥砂浆或干粘石、水刷石即可.4.基础梁防冻胀与保温冬季,北方地区非采暖厂房回填土为冻胀土时,基础梁下部宜用炉渣等松散材料填充以防土壤冻胀时对基础粱及墙身产生不利的反拱影响[图6.3(a)],冻胀严重时还可在基础梁下预留空隙[图6.3(b)]。
这种措施对湿陷性土壤、冻胀性土壤也同样适用,可避免不均匀沉陷或不均匀膨胀冬季,室温对基础梁附近土壤温度影响较大,有时足以使其不冻结。地面温度虽愈靠近外墙愈低,但也不至影响工人身体健康。
因此,采暖厂房修建地区冬季室外气温较高时,基础梁底部可不用松散材料填充。反之,室外气温较低时(采暖计算温度低于-15℃),非采暖厂房的基础梁底部应填以松散材料保温。
图6.1建自承重砖墙构造1.砖外墙2.柱3.联系梁4.小牛腿5.基础粱6.垫块7.杯形基础8.散水9.墙
5.砖墙与骨架连接的细部构造砖墙与柱子(包括抗风柱)、屋架端部采用钢筋连接(图6.4),由柱子、屋架沿高度每隔500~600mm伸出2Φ6钢筋砌入砖墙水平缝内,以达到锚拉作用。图6.2基础梁的位置1.基础梁2.内地面3.散水4.垫块5.小牛髓6.高杯口
图6.4砖墙与柱的连接1.墙柱连接筋2.圈梁兼过梁3.女儿墙内加筋1,121=1000mm4.板缝加筋(1tlz)与墙内加筋连接5.圈梁与柱连接筋6.砖外墙
单层厂房砖外墙一般均砌成双面清水墙,表面多以原浆或水泥浆勾缝,内表面喷涂白灰水等以加强采光效果.近年来随着对外观效果要求的不断提高,单层厂房外饰面也有彩色涂料、水刷石或贴马赛克等做法.6.1.2砖墙的抗撮、抗震措施1.砖墙振、震害分析引起单层厂房(包括外墙)振动的原因有吊连的起停、锻锤的冲击、风力或地震等。对于厂房的承重骨架由于这些振源产生的振动影响,可分别以吊车制动力、风力、地震荷载等外力作用在结构计算中加以考虑。对于砖外墙来说,由于生产操作和风力产生的振动影响,除按前述从柱子、屋架端部伸出钢筋砌入砖缝锚拉外,并应布置圈粱增加墙与骨架的整体性以保证砖墙的稳定。
圈梁布置的原则是,振动较大的长房,如锻工车间、压缩机房等,沿墙高每隔4m左右设一道,其他厂房在柱顶吊车梁附近设置,特别高大的厂房则应适当增设。圈梁与柱子应锚拉稳妥(图6.4)。砖墙的抗震措施较复杂,据震害调查,砖外墙受地震破坏最普遍的现象是:女儿墙、侧墙、山墙开裂、外闪、倒塌:变形缝两侧的墙、梁等碰坏;高跨高墙倒塌砸坏低跨屋面等。
随地震裂度不同,受害程度也不同,例如7度区少数砖墙外闪开裂,局部倒塌,8度9度区则有的连同圈梁一起大面积倒塌,锚拉钢筋被拨出,10度、11度区则更严重。观测已知,地震发生时,震源的能量将迅速地以地震波的形式向周围冲击,使基础所在地面产生水平和竖向加速度,后者多在9度以上震中区附近才显著。水平加速度则影响及破坏性均较广,根据测得的记录经统计分析,这种地面水。
平最大加速度(a地面)与地震裂度大致成正比关系(表6.1)。由于地面产生加速度运动,遂迫使厂房骨架与外墙产生反应加速度反应)并受激而振动,同时还受到与构件质量m成正比的惯性力F的冲击(F=ma反应),构件越重、位置越高,这种惯性力就越大。表6.1地震裂虚与地面水平最大加速观察震害并根据振动学分析可知,由于砖外墙与厂房骨架的自振周期、振动相位,同一时刻的位移等往往都不相同,故在振动时,它们之间将产生相高或相向运动,当为相寓运动时,它们之间的连接构件由于惯性力的冲击将受拉,惯性力过大则使锚拉钢筋拨出甚至拉断,墙体就会倾裂或倒塌。同理,变形缝两侧则在相向运动时易产生撞击破坏(特别是厂房上部),而山墙与侧墙相交等墙角部位则常易产生相互推撞开裂或倒塌现象。竖向加速度显著时,则易使悬臂等构件震坏。
月地震后仍基本完好。多跨时嵌砌墙则使各纵列柱刚度不匀,地震时厂房易产生不利变形,而且嵌砌墙较外包墙施工复杂,保温性能也较差(有热桥作用),故非地震区采用较少。图6.5砖墙与屋架的连接1.檐口圈梁2.柱顶圈梁3.砖墙4.预埋铁件
图6.6田梁、山墙卧粱与墙身连接1.砖墙2.圈梁3.高洞4.山墙卧梁5.钢筋棍凝土压顶
5)设置防震缝。一般在纵横跨交接处、纵向高低跨交接处以及与厂房毗连贴建生活间、变电所、炉子间等附属房屋均应用防震缝分开,缝两侧应设墙或柱。平行于排架设缝时,缝宽不小于50一90mm(车间高时取宽值),纵横交接处以及垂直于排架方向设缝时,缝宽不小于100~150mm。
伸缩缝或沉降缝应与抗震缝统一考虑设置,只设温度缝或沉降缝时,缝宽30~90mm即可。图6.8为砖外墙抗震缝构造示例。(6)必须严格保证施工质量。
图6.7嵌砌砖墙与柱于连接示例。
图6.8砖外墙抗震缝构造示例1.防腐木砖2.油毡3.镀锌铁皮4.沥青麻丝6.1.3砌块墙构造为改革砖墙存在的缺点,块材墙在国内外均得到一定发展,与民用建筑一样,厂房多利用轻质材料制成块材或用普通混凝土制成空心块材砌墙。块材墙的砌筑与砖墙基本相同,即块材之间应横平竖直、灰浆饱满、错缝搭接,块材与柱子之间由柱子伸出钢筋砌入水平缝内实现锚拉。块材墙的整体性与防震性比砖墙要好。
量较省,但保温隔热性能差,且易积灰,故只适用于某些热车间和保温隔热要求不高的车间、仓库等。空心板的钢材、水泥用量较多,但双面平整、不易积灰是一大优点,并有一定的保温隔热能力,虽比24砖墙热工性能稍差,但仍得到较广泛的应用。②钢筋轻混凝土墙板(图6.10),这类墙板很多,如粉煤灰硅酸盐混凝土墙板、各种加气混凝土墙板等,它们的共同优点是比普通混凝土和砖墙都轻,保温隔热性能好,配筋后可运输、吊装,并在一定叠高范围内能承受自重.缺点是吸湿性较大,故一般须加水泥沙浆等防水面层,有的还有龟裂或锈蚀配筋的缺点。对保温或隔热要求较高以及既要保温又要隔热但湿度不很大的车间适用。图6.9钢筋混疑土槽形板、空心板
图6.10配筋轻混凝土墙板示例2)组合墙板(复合墙板)。将高效保温材料如容重很轻的炉渣、蛭石、膨胀珍珠岩、陶粒、矿棉、泡沫塑料等与承重材料组合而成大型墙板,最常见的是用钢筋混凝土制成外壳,内填轻质高效保温材料(图6.11):另—类是用如石棉水泥板、塑料板、薄钢板或钢板等固定在骨架两面制成轻外壳,再在空腔内填充高效保温隔热材料构成组合墙板。还有的在槽形板凹侧贴附保温隔热材料构成单面承重组合墙板,其钢筋、水泥用量较省,但保温材料一侧吸湿性大、防水差,主要原因是由于保温材料内细孔相互连通产生毛细管作用所致。
图6.11组合墙板平剖面示意图组合墙板的特点是,使材料各尽所长,即充分发挥芯层材料的高效热工性能;外壳材料的承重、耐气候等性能。这类墙板的主要缺点是制造工艺较复杂,用作保温时易产生“热桥”的不利影响,见图6.12。“热桥”感热面积。与其厚度d之比(a/d)愈小,则“热桥”作用也愈小,国外有用不锈钢片如形钢片等做内外壳连系构件,以消除“热桥”影响,这是一种改进办法。另一办法是做成无肋骨的叠合板材,如有一种石棉水泥泡沫塑料叠合板,即用油膏将石棉水泥板夹粘泡沫塑料而成。
此外还有玻璃钢透光墙板、玻璃砖透光墙板、表面可复合各种彩色压型钢板等等。墙板类型繁多的主要原因是,使用上对功能要求的多样性与目前材料效能的单一性矛盾所造成,因此发展轻质、高强、多效能的材料是改革墙体并在更高水平上促进建筑工业化的根本性措施之一。图6.12塘板热桥位置
3.墙板布置(1)布置方式和排版。墙板在墙面上的布置方式,最广泛采用的是横向布置,其次是混合布置(图6.13)。横向布置时板型少,以柱距为板长,板柱相连,可省去窗过梁和连系梁,板缝处理也较易,(a)图为有带窗板的横向布置,带窗板预先装好窗扇再吊装,故现场安装简便,但带窗板制作较复杂。(b)图为用通长带形窗的横向布置,采光好,无带窗板,但窗用钢材以及现场安装量均较多。
(c)图是混合布置,板型较多,优点是立面处理较灵活。山墙墙身部位布置墙板方式与侧墙相同,山尖部位则随屋顶外形可布置成台阶形、人字形、折线形等(图6.14)。台阶形山尖异形墙板少,但连接用钢较多,人字形则相反,折线形介于两者之间。墙板沿柱高到檐口的排列,常难于排成所选板高的整倍数,主要原因一是目前屋架端部高度多不符合300mm的扩大模数要求,二是即使应排板的总高度符合300mm扩大模数,也不一定符合所选单块板高的整倍数。
为了减少板型,根本性措施应从标准设计(包括结构设计)着手,确定好厂房工业化建筑体系。目前,在排板设计中较常用的措施有:①调整柱顶标高,使排板总高度符合单块板高的整倍数;②适当调整窗台或女儿墙的高度;③加补充构件(如嵌梁或异形板等),④炎热地区,结合通风要求在挑檐下墙身部位空一段距离,既作为通风口,又作为排版的调整高度。排板时,最下的板材(勒脚板)底面一般比室内地面低150~300mm,支承在基础顶面或垫块上。
图6.13横向布置
图6.14山墙山尖板布置(2)墙板连接。1)板柱连接。板柱连接应安全可靠,便于制作、安装和修建,一般分柔性连接和刚性连接两类。
[图6.15(a,b)]为柔性连接示例。柔性连接特点是,墙板在垂直方向一般由钢支托支承,钢支托每3~4块板一个,水平方向由挂钩等拉连。因此,墙板与厂房骨架以及板与板之间在一定范围内可相对独立位移,能较好地适应振动(包括地震)等引起的变形。
加上墙板每块板自身整体性好、轻(振动惯性力就小),这就形成了比砖墙抗震优越的条件。故设计裂度高于7度的地区宜用此法连接墙板。螺栓挂钩柔性连接的螺栓直径对于6m长的墙板。
不小于12mm,12m长板不小于14mm,由结构计算或有关手册选取。螺栓挂钩柔性连接安装时一般无焊接作业,维修换件也较容易,其缺点是用钢量较多,暴露的零件较多,腐蚀性环境,必须严加防护。角钢挂钩柔性连接用钢量较螺栓连接的少,暴露的金属面较少,全装的上下板间有少许焊接作业,但必须严格保证预埋件的位置及板材安装位置,否则就不能实现挂的准、挂的快的优点。
角钢挂钩的板材与厂房骨架间相对位移的独立性不及螺栓挂钩好,上下板间也失去了独立位移条件。角钢挂钩连接一般可省去钢支托。刚性连接[图6.15(c)]就是将每块板材与柱子用型钢焊接在一起‘无需另设钢支托,其突出的优点是连接件钢材少,但由于刚性连接失去了能相对位移的条件和传递振动或不均匀沉降引起的荷载,使墙板易产生裂缝等破坏,故刚性连接对不均匀沉降或振动大的地方较敏感。
刚性连接件一般规格是:对于6m长的板所用角钢不小于50mm×5mm12m长的板所用角钢不小于75mmX6mm;焊缝长不小于60mm,厚不小于6mm。图6.16为墙板与管柱柔性连接示例,图6.17和图6.18为檐口、山墙、勒脚和外墙阳角等处墙板连接示例。
图6.15墙板与柱连接示意1.柱2.墙板3.柱侧预焊角钢4.角钢5.钢支托6.上下板连接筋(焊接)
图6.16墙板与管柱柔性连接
无论柔性连接或刚性连接,均应注意设置墙板的预埋铁件以减少制作和吊装的墙板的类型,如柱宽为400mm,预埋铁件离板端300mm处对称设置,则可使尽端和伸缩缝处的墙板与一般墙身处通用。2)板缝处理。对板缝的处理首先要求是防水,并应考虑制作及安装方便,对保温墙板尚应注意满足保温要求。
水平缝:主要是防止沿墙面下淌水渗入内侧。水与墙体间的毛细压力以及迎风面风压力是使水向内渗透的主要作用力。由于热胀冷缩以及内外表面温差弯曲变形等原因,靠填缝材料的密闭性很难持久地防止这种渗透。
而如果用憎水性防水材料(油膏、聚氯乙烯胶泥等)填缝,将混凝土等亲水材料表面刷以防水涂料,并将外侧缝口敞开使不能形成毛细管,就能有效地消除毛细管渗透。为阻止风压灌水或积水并考虑脱模方便,故可制成图6.19(a)所示外侧开敞式高低缝,考虑制作与安装误差,缝隙最窄处不宜小于1.5mm。防水要求不严或雨水很少的地方也采用最简单的平缝或有滴水的平缝,见图6.19(b,c)。
图6.17檐口,山墙板材连接示例1.厘架2.糖口墙板3.山平墙板4.顶埋铁件5.连接收件6.小钢柱7.压顶板
图6.18勒脚、外墙阳角板材连接示例l.双面刷热沥青防潮2.沥青砂浆填缝3.架墙柱4.标准板5.加长板6.砖砌工具箱底
图6.19墙板水平缝构造1.油膏2.保温材料3.水泥砂浆图6.20墙板垂直缝构造示例1.截水沟2.水泥砂浆3.油膏4.保温材料5.垂直空腔6.塑料挡雨板
垂直缝:主要是防止风从侧面吹入和墙面水易于趋向沟缝现象流入的水,由于垂直缝的温差胀缩变形为水平缝的4~8倍,故更难用单纯填缝的办法防止渗透,因此通常均配合其他构造措施,图6.20即为几示例。(a)图适用雨水较多又要保温的地方,(b)图是有空腔的垂直缝,适用条件同(a)图,由于空腔与水平缝开敞槽相通,有风时空腔内外压平衡,因而消除了气压差的吸水作用,故称这种空腔为压力平衡腔:(c)图例适用于不保温处。图6.21墙板变形缝位置及构造
必须指出,采用外侧开敞式高低缝,压力平衡空腔缝等构造防水措施,其缺点是构造、施工均较复杂,故发展弹性好、粘结力强,憎水、耐久的填缝材料可简化板缝的构造和施工,并有利于减少板材的类型(图6.21、6.22、6.23)。图6.22高低跨处墙板构造示例
图6.23纵横跨交接处墙板构造示例6.3波形板(瓦)墙这类墙可应用于一些不要求保温、隔热的热加工车间、防爆车间和仓库等建筑的外墙,按材料分有石棉水泥波形瓦、压型薄钢(铝)板、塑料、玻璃钢波形瓦等,它们的连接构造基本相同。现以石棉水泥波形瓦墙和压型钢板墙为例简要分述如下:
6.3.1石棉水泥波瓦墙石棉水泥波瓦有大波、中波、小波之分。工业建筑中多采用大波瓦。
为加强力学与抗裂性能多用网状配筋,需要时可与轻混凝土等粘合成保温隔热墙板。石棉水泥波瓦与厂房骨架的连接通常是通过连接件悬挂在连系梁上(图6.24)。
连系梁垂直方向的间距应与瓦长相适应,瓦缝上下搭接不小于100㎜,左右搭接为一个瓦垅,搭缝应与多雨季节主导风向相顺,勿使倒灌。为避免碰撞损坏,勒脚处或阳角处可用砖砌或钢筋混泥土板材:图6.24石棉水泥波瓦墙板连接构造。
很多国家在石棉水泥板(瓦)生产过程中加入颜料,或在制品表面加深色漆可制成各种彩色或釉面的石棉水泥板(瓦),以满足功能和建筑艺术处理的需要。6.3.2压型钢板外墙从力学原理可知,薄金属板经压制成波形断面后可大大改善力学性能,例如厚0.8mm的薄钢板压成波高130㎜的W形屋面板.憾距可达到5m。压型钢板一般均由施工单位在建房现场将成卷的薄钢板通过成型冷轧机压制而成,并可切成任一所需长度,从而大大减少了接缝处理与雨水渗透途径。压型钢板墙可根据设计要求采用不同的彩色涂层压型钢板,既可增强防腐蚀性能,又有利于建筑艺术处理和总图以颜色为标志的区段划分(图6.25)。图6.25压型钢板外墙例
单层波形瓦墙适用于热车间以及无保温隔热要求的车间、仓库、运输通廊等。炎热地区采用波形瓦特别是镀锌铁皮波瓦或薄钢板时,表面处理仍以浅色为宜。例如,曾实测某车间西墙面钢板(厚1.6㎜,深绿色),太阳照射时外表面高达62.5℃,内表面61℃,同一钢板刷白色对比处外表面为44℃,内表面43℃,较前低18'C之多,可见大面积墙面色彩不同对室内影响不容忽视,尤其对某些热车间,处理好丁,就可减轻室内双向受热的状况。
4.开敞式外墙如前所述,炎热地区一些热车间(如炼钢等)以及某些化工车间,为了迅速排散气、烟尘、热(污染物排散应符合环境保护要求)和通风防雨,常采用开敞或半开敞式墙,这种墙的主要作用应便于通风、防雨,故其外墙构造主要就是挡雨板的构造。1.石棉水泥波形瓦挡雨板该挡雨板特点是轻,基本组成构件有型钢支架(或圆钢筋轻型支架)、型钢檩条、中波石棉水泥波瓦挡雨板及防溅板。挡雨板垂直间距视车间挡雨要求与飘雨角而定(一般取雨线与水平夹角为30‘左右)。
槽下第一排挡雨板受太阳照射时间长,板温高,暴雨急来时板急冷收缩不匀,故易龟裂,屋面为自由排水时冲刷也多,故该排雨板宜加强降温与防水处理或采用钢筋混凝土挡雨板(图6.26)。
6.4.2钢筋混凝土挡雨板该挡雨板基本构件组成有支架、挡雨板、防溅板,支架可由角钢制成,挡雨板和防溅板均为钢筋混凝土板。还有无支架钢筋混凝土挡雨板,此种板构件最少,但风大雨多时飘雨多。夏季进风侧的挡雨板外表面仍以浅色为宜,减轻对板下空气的加热作用,减轻热压与风压可能反向的矛盾,以保持通风散热效果。室外气温很高,在抄大的干热带地区不应采用开敞式外墙(图6.27)。图6.26轻钢架波形石棉水泥瓦挡雨板
图6.27预制钢筋混凝土挡雨板
小结1.单层厂房外墙按使用要求、材料、构造和施工方式不同,可分为砖墙、块材墙、板材墙,波形板(瓦)墙以及开敞式外墙。2.承重砖墙自重大、承载力低、抗震性差,故仅用于小型厂房,钢筋混凝土板材墙,工业化生产程度高,可充分利用工业废渣,节约农田,自重较轻,承载力高,抗震性好,适用范围更广。钢筋混凝土板材墙对板缝的处理主要是防水,同时应考虑制作、安装方便,用于采暖区厂房时还应注意保温要求。
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