高層住宅樓外幕墻改造技術(shù)創(chuàng)新

史江

（中鐵建設(shè)集團(tuán)有限公司，北京 100040）

1 引言

大部分老舊小區(qū)的高層住宅樓的外墻保溫材料采用的是聚苯板，在進(jìn)行外墻改造時(shí)，若貿(mào)然進(jìn)行焊接，很容易產(chǎn)生火災(zāi)。 因此，針對(duì)此類(lèi)外幕墻改造工程，創(chuàng)新出了一種“零焊接”施工技術(shù)。 所謂“零焊接”，即整個(gè)龍骨體系全部采用螺栓連接，施工中無(wú)任何焊接作業(yè)。

2 工程實(shí)例

華潤(rùn)麗都悅府項(xiàng)目位于北京市朝陽(yáng)區(qū)四元橋?qū)⑴_(tái)西路和芳園西路交叉口， 項(xiàng)目由3 棟于20 世紀(jì)90 年代竣工的高層住宅樓組成，外立面保溫層材料是聚苯板，面層材料是瓷磚。現(xiàn)需要在現(xiàn)有外立面的基礎(chǔ)上增加鋁板幕墻， 對(duì)外立面進(jìn)行全面升級(jí)改造。 鋁板幕墻體系，豎向采用熱鍍鋅鋼龍骨，橫梁采用角鋼龍骨，面板采用3 mm 氟碳噴涂鋁單板。 為防止施工時(shí)聚苯板著火，提出了零焊接施工理念，并從深化設(shè)計(jì)和施工組織兩方面實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)施工的零焊接。

2.1 后置埋件深化

高層住宅外墻改造施工中最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)是后置埋件的深化設(shè)計(jì)。 以華潤(rùn)麗都悅府項(xiàng)目為例，原設(shè)計(jì)方案中采用的是槽形后置埋件，經(jīng)深化設(shè)計(jì)后采用的是長(zhǎng)孔形后置埋件。

兩者相比，深化方案存在如下優(yōu)點(diǎn)：

1）深化方案具備橫向調(diào)節(jié)性能；

2）原設(shè)計(jì)方案埋件構(gòu)造厚度為35 mm，深化方案埋件構(gòu)造厚度為20 mm， 深化方案在進(jìn)出方向上具備更大的調(diào)整空間；

3）深化方案相對(duì)原設(shè)計(jì)方案，少了哈芬槽以及T 形螺栓，只是在鋼板上開(kāi)長(zhǎng)孔，同時(shí)采用標(biāo)準(zhǔn)的鋼螺栓，因此存在相當(dāng)大的成本優(yōu)勢(shì)[1]。

2.2 轉(zhuǎn)接件深化

高層住宅外墻改造施工中最能節(jié)約費(fèi)用的一個(gè)環(huán)節(jié)是轉(zhuǎn)接件的深化設(shè)計(jì)。 以華潤(rùn)麗都悅府項(xiàng)目為例，原設(shè)計(jì)方案中采用的是鋁制120 mm 高轉(zhuǎn)接件， 經(jīng)深化設(shè)計(jì)后采用的是鋁制90 mm 高轉(zhuǎn)接件。

兩個(gè)方案對(duì)比，深化方案存在如下優(yōu)點(diǎn)：

1）深化方案經(jīng)過(guò)計(jì)算采用90 mm 高轉(zhuǎn)接件滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，相對(duì)原設(shè)計(jì)方案的120 mm 高轉(zhuǎn)接件，節(jié)省成本25%；

2）深化方案加大橫向調(diào)節(jié)用長(zhǎng)孔，進(jìn)出位調(diào)整可以達(dá)到±30 mm，原設(shè)計(jì)方案可調(diào)幅度為±20 mm，這樣就能夠更好地適應(yīng)結(jié)構(gòu)偏差問(wèn)題。

2.3 鋁板拼縫深化

鋁板的拼縫形式是關(guān)乎整個(gè)外墻改造成果美觀(guān)性的關(guān)鍵點(diǎn)。 以華潤(rùn)麗都悅府項(xiàng)目為例，原設(shè)計(jì)方案中采用的是硅酮耐候密封膠深凹縫（見(jiàn)圖1），經(jīng)深化設(shè)計(jì)后采用的是帶膠條的鋁封條密封縫（見(jiàn)圖2）。

圖1 硅酮耐候密封膠深凹縫

圖2 帶膠條的鋁封條密封縫（單位：mm）

兩種方案相比，深化方案存在如下優(yōu)點(diǎn)：

1）深化方案鋁板拼縫采用膠條密封，這樣就避免了現(xiàn)場(chǎng)打膠及膠對(duì)鋁板的二次污染，同時(shí)提高工效；

2）深化方案取消了原設(shè)計(jì)方案中鋁板周邊的鋁附框，節(jié)省了成本；

3）深化方案固定鋁板的螺釘采用自鉆釘，相對(duì)原設(shè)計(jì)方案的機(jī)制螺釘，少了現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)孔及攻絲環(huán)節(jié)，極大地提高了施工效率，保證了施工質(zhì)量。

2.4 橫梁立柱連接深化

高層住宅外墻改造中另一個(gè)可重點(diǎn)深化的部位就是橫梁和立柱的連接形式。 以華潤(rùn)麗都悅府項(xiàng)目為例，原設(shè)計(jì)方案中采用的是鋼角碼轉(zhuǎn)接（見(jiàn)圖3），經(jīng)深化設(shè)計(jì)后采用的是鋁套轉(zhuǎn)接（見(jiàn)圖4）。

圖3 鋼角碼轉(zhuǎn)接

圖4 鋁套轉(zhuǎn)接

兩者相比，深化方案存在如下優(yōu)點(diǎn)。

1）原設(shè)計(jì)方案安裝相對(duì)煩瑣，需要先將鋼角碼通過(guò)螺釘固定到立柱上，然后將橫梁固定到鋼角碼上。 每個(gè)連接點(diǎn)需要采用5 顆螺釘，連接后的抗扭性能較差。

2）深化方案只需要將鋁套套在橫梁的兩段，然后將鋁套固定到立柱上即可。 安裝便捷，定位精準(zhǔn)。 鋁套采用開(kāi)模定制大批量加工，成本幾乎不會(huì)有增加，但是有效降低了現(xiàn)場(chǎng)人工成本，同時(shí)提高了施工質(zhì)量[2]。

3 受力計(jì)算

3.1 荷載計(jì)算

按照規(guī)范，幕墻承受的荷載作用組合計(jì)算應(yīng)考慮正風(fēng)壓、地震荷載組合：

式中，Szkp為正風(fēng)工況下組合荷載標(biāo)準(zhǔn)值，kN/m2；Szp為正風(fēng)工況下組合荷載設(shè)計(jì)值，kN/m2；Wkp為作用在幕墻上的正風(fēng)壓荷載標(biāo)準(zhǔn)值，MPa；γw為荷載作用效應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)， 取1.5；qEk為分布水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值，0.24 kN/m2；γE為地震作用分項(xiàng)系數(shù)，取1.3；φE為面板荷載組合設(shè)計(jì)值，取0.5。

式中，數(shù)值1.294 203 kN/m2是北京地區(qū)風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，公式中所有數(shù)值均由GB 50009—2012 《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》中給出。

考慮負(fù)風(fēng)壓、地震荷載組合：

式中，Szkn為負(fù)風(fēng)工況下組合荷載標(biāo)準(zhǔn)值；Szn為負(fù)風(fēng)工況下組合荷載設(shè)計(jì)值；Wkn為作用在幕墻上的負(fù)風(fēng)壓荷載標(biāo)準(zhǔn)值，MPa。

式中， 數(shù)值-1.725 604 kN/m2是北京地區(qū)風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，公式中所有數(shù)值均由GB 50009—2012 《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》中給出。

綜合以上計(jì)算，取絕對(duì)值最大的荷載進(jìn)行強(qiáng)度演算，采用面板荷載組合標(biāo)準(zhǔn)值Szkn為1.725 604 kN/m2， 面板荷載組合設(shè)計(jì)值Szn為2.744 406 kN/m2。 立柱承受風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值取1.544 664 kN/m2，橫梁承受風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值取1.708 759 kN/m2，經(jīng)過(guò)荷載計(jì)算得出，滿(mǎn)足要求[3]。

3.2 鋁板強(qiáng)度計(jì)算

選定面板材料為鋁-3003-H24，校核結(jié)論見(jiàn)表1 面板強(qiáng)度校核表（由于鋁板背面的加強(qiáng)肋是兩根對(duì)稱(chēng)布置的，所以表1中兩個(gè)類(lèi)型B 的數(shù)據(jù)一樣）。

表1 面板強(qiáng)度校核表

強(qiáng)度校核依據(jù)：

鋁板撓度校核依據(jù)：

式中，M 為支座中點(diǎn)彎矩計(jì) 算值，N·mm2；W 為加強(qiáng)肋的截面抵抗彎矩，mm3；U 為鋁板擾度，mm；L 為板分格的短邊邊長(zhǎng)，mm。

強(qiáng)度滿(mǎn)足要求依據(jù)：

式中，q 為荷載，N/mm2；fa為鋁板強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，N/mm2。

公式中所有數(shù)值均由GB 50009—2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》中給出。

撓度滿(mǎn)足要求依據(jù)：

式中，L=a，取值570 mm。

綜上所述，得出結(jié)論：強(qiáng)度和撓度滿(mǎn)足要求。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述， 在老舊小區(qū)高層住宅樓外墻提升改造工程施工過(guò)程中，經(jīng)常遇到的最大問(wèn)題是如何防止外保溫材料著火。針對(duì)此項(xiàng)重大隱患， 本文重點(diǎn)探討了老舊小區(qū)高層住宅樓外墻改造施工技術(shù)的創(chuàng)新。 通過(guò)對(duì)后置埋件、轉(zhuǎn)接件、鋁板拼縫、橫梁和立柱連接件4 個(gè)施工關(guān)鍵工序的深化設(shè)計(jì)， 達(dá)到采用零焊接的施工方法，以其在安全性、經(jīng)濟(jì)性和美觀(guān)性等方面達(dá)到最優(yōu)和最安全的施工方案。 期望對(duì)我國(guó)大量老舊小區(qū)高層住宅樓外墻改造提升施工技術(shù)提供一定的參考。