单层钢结构厂房围护墙体

根据墙体的分类方法，墙在不同的位置具有不同的功能要求，故在设计时要满足下列要求。

7．2．1 结构设计要求

（1）结构布置的选择

墙体是多层砖混房屋的围护构件，也是主要的承重结构。 墙体布置必须同时考虑建筑和结构两方面的要求，既满足建筑设计的房间布置、空间大小划分等使用要求，又应选择合理的墙体承重结构布置方案，使之安全承担作用在房屋上的各种荷载，坚固耐久，经济合理。

结构布置是指梁、板、墙、柱等结构构件在房屋中的总体布局。 大量性民用建筑的结构布置方案，通常有以下几种，墙体结构布置方式如图7．3所示。

①横墙承重方案适用于房间的使用面积不大，墙体位置比较固定的建筑，如住宅、宿舍、旅馆等。 可按房屋的开间设置横墙，楼板的两端搁置在横墙上，横墙承受楼板等外来荷载，连同自身的重量传给基础，这即为横墙承重体系。 横墙的间距是楼板的长度，也是开间，一般在4．2m以内较为经济。 此方案横墙数量多，因而房屋空间刚度大，整体性好，对抵抗风荷载、地震作用和调整地基不均匀沉降有利，但是建筑空间组合不够灵活。 在横墙承重方案中，纵墙起围护、分隔和将横墙连成整体的作用，纵墙只承担自身的重量，所以对在纵墙上开门、开窗限制较少（如图7．3（a））。

②纵墙承重方案适用于房间的使用上要求有较大空间，墙体位置在同层或上下层之间可能有变化的建筑，如教学楼中的教室、阅览室、实验室等。 通常把大梁或楼板搁置在内、外纵墙上，此时纵墙承受楼板传来的恒荷载及活荷载，并将其连同自身的重量通过基础传给地基，这称为纵墙承重体系。 在纵墙承重方案中，由于横墙数量少，房屋刚度差，应适当设置承重横墙，与楼板一起形成纵墙的侧向支撑，以保证房屋空间刚度及整体性的要求。 此方案空间划分较灵活，但设在纵墙上的门、窗大小和位置将受到一定限制。 相对横墙承重方案来说，纵墙承重方案楼板材料用量较多（图7．3（b））。

③纵横墙承重方案适用于房间变化较多的建筑，如医院、实验楼等。 结构方案可根据需要布置，房屋中一部分用横墙承重，另一部分用纵墙承重，形成纵横墙混合承重方案。 此方案建筑组合灵活，空间刚度较好，墙体材料用量较多，适用于开间、进深变化较多的建筑（图7．3 （c））。

图7．3 墙体结构布置方案

（2）墙体的强度和稳定性

1）强度

这里强度是指墙体承受荷载的能力。 影响墙体强度的因素很多，主要与所采用的材料强度等级及截面面积有关。 提高受压构件的承载力的方法通常有两种：

a．加大截面面积或加大墙厚。 这种方法虽可取，但不经常采用。

b．提高墙体抗压强度的设计值。 这种方法主要采用同一墙体厚度，在不同部位通过改变砖和砂浆强度等级来达到承载要求。

2）稳定性

墙体是高、长而且薄的构件，稳定性尤显重要，无稳定性，墙体的强度就得不到保证。 解决好墙体的高厚比、长厚比是保证其稳定的重要措施。

当墙体高度、长度确定后，通常可通过增加墙体厚度，增设壁柱、墙垛、圈梁等办法来增强其稳定性。

7．2．2 热工与节能设计要求

（1）保温要求

①根据《民用建筑热工设计规范》，全国划分为5个建筑热工设计分区。

我国地域辽阔，各地区气候差别很大，太阳辐射量也不相同，在建筑节能设计时，必须根据各个地区的气候特点，进行有针对性地设计。 《民用建筑热工设计规范》把我国建筑热工设计区划分为两级。 建筑热工设计一级区划指标及设计原则应符合表7．1的规定。 在建筑热工设计各一级区划内，采用HDD18、CDD26作为二级区划指标，将各一级区划细分。 建筑热工设计二级区划指标及设计要求应符合表7．2的规定。

表7．1 建筑热工设计一级区划指标及设计原则

注：tmin·m表示最冷月平均温度；tmax·m表示最热月平均温度；

d≤5表示日平均温度≤5℃的天数；d≥25表示日平均温度≥25℃的天数。

表7．2 建筑热工设计二级区划指标及设计要求

续表

②冬季保温设计要求。

a．建筑物宜设在避风、向阳地段，充分利用太阳能；

b．减小建筑物的体形系数。 建筑物的外表面积与其包围的体积之比（体型系数）应尽可能地小，平、立面不宜出现过多的凹凸面；

c．室温要求相近的房间应集中布置；

d．严寒地区居住建筑不应设冷外廊和开敞式楼梯间；公共建筑主入口处应设置转门、热风幕等避风设施。 寒冷地区居住建筑和公共建筑宜设置门斗等避风设施；

e．严寒和寒冷地区北向窗户的面积应予控制，其他朝向的窗户面积不宜过大。 应尽量减少窗户的缝隙长度，并加强窗户的密闭性；

f．严寒和寒冷地区的外墙和屋顶应满足《节能设计标准》中对传热系数限值的要求；

g．热桥部位（主要传热渠道），不得低于室内露点温度。

③夏季防热设计要求。

a．建筑物的夏季防热应采取环境绿化、自然通风、建筑遮阳和围护结构隔热等综合性措施；

b．建筑物的总体布置，单体的平、剖面设计和门窗的设置，应有利于自然通风，并尽量避免主要使用房间西晒；

c．南向房间可利用上层阳台、凹廊、外廊等达到遮阳目的。 东西向房间可适当采用固定式或活动式遮阳设施；

d．屋顶东、西外墙的内表面温度应通过验算，保证满足隔热设计标准要求；

e．为防止潮霉季节地面泛潮，底层地面应采用架空做法。 地面面层应选用微孔吸湿材料。

④墙体的保温与节能要求。

目前，《节能设计标准》作为强制性标准，墙体的传热系数限值必须满足所在热工分区的要求。 因此，对于墙体保温，仅需对热桥部位进行验算，保证墙体内表面温度不低于室内露点温度。

由于围护结构的传热系数是围护结构传热阻的倒数，所以，对于墙体控制传热系数的限值，就是要增大墙体的热阻。 对于单一材料层热阻为其厚度除以导热系数。 根据本书第5章的叙述，增大围护结构热阻的措施有：增加围护结构的厚度和选择导热系数小的材料。

欲要增加围护结构的热阻，比较行之有效的措施是选择导热系数小的保温材料来组成围护结构。

恰当的选择保温材料是一件较为复杂的工作。 因为资料、手册中给出的导热系数值都是在某种特定条件下测得的。 在选用时，只有选择那些与实际接近的数据，而且切实可行的材料，才能获得好的效果。

保温材料按其材质构造，可分为多孔的、板（块）状的和松散状的。 从化学成分上看，有的是无机材料，如膨胀矿渣、泡沫混凝土、陶粒、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、浮石、矿棉及玻璃棉等；有的是有机材料，如软木、木丝板、甘蔗板、稻壳等。 随着化学工业的发展，各种塑料保温、隔热材料已经成为最有发展前景的材料。 此外，铝箔等反辐射热性能良好的材料也将在建筑保温、隔热工程上大显神威。

在选择材料过程中，必须全面考虑问题，既要考虑到材料的物理性能，也应了解材料的强度、耐久性、耐火性以及耐腐蚀的性能。 同时，还应结合建筑物的使用性质、构造特点、施工工艺以及经济指标等因素，进行综合分析、比较，以便确定最优方案，达到理想的效果。

通常厚重材料的承重性能好，但导热系数大，保温材料又不承重，因此，目前在满足节能标准要求情况下，一般采用复合墙体。

a．围护结构的保温措施

为提高建筑物的保温性能，合理设计围护结构的构造方案极为重要。 根据绝热处理的方法不同，保温构造大致有以下几种：

单一材料的保温结构。 这种方案是由一种导热系数小的材料所构成的结构。 它构造简单，使用灵活，是较理想的保温结构，可是在一般情况下，外围护结构必须具有一定的承载能力，而许多保温材料大都强度较低，无法起到承受载荷的作用。 因此对作为单一材料的围护结构，最理想的是采用轻质、高强的保温材料。 这种材料有待于大力开发。 如陶粒混凝土、浮石混凝土、加气混凝土等，它们具有密度小、导热系数小，而强度、耐久性高的特性，是理想的保温结构材料。

复合材料的保温结构。 在轻质、高强材料尚缺的情况下，或采用单一构造处理有困难时，则可采用多层材料复合的办法解决。 即利用不同性能的材料进行组合，构成既能承重又可保温的复合结构。 在这种结构中，轻质材料专起保温作用，强度高的材料专门负责承重。 让不同性质的材料各自发挥其功能，如图7．4（a）所示。 在这种结构中，保温材料放置的位置是构造设计中必须考虑的问题。

由于系稳定传热，从保温效果考虑，较为理想的做法是将保温材料设置在靠围护结构的低温一侧（一般指室外一侧）为好。 这是因为：

保温材料设在低温一侧，能充分发挥保温材料的作用。 因为材料孔隙多，导热系数小，单位时间内吸收或散失的热量小，保温效果显著。 同时，将热容量大的结构材料放在高温一侧，对房间内的热稳定性有利，因为材料蓄热系数越大，其表面温度波动越小。 当供热不均匀，或室外气温变化较大时，可保证围护结构内表面的温度不致急剧下降，从而使室温也不致很快下降。

保温材料放在外侧，使墙或屋顶的结构构件受到保护，避免了构件在较大温差应力作用下，缩短结构寿命的可能性。

保温层放低温一侧，将减少保温材料内部产生水蒸气凝结的可能性。

不过保温材料放低温一侧，也有其不足之处。 因为目前绝大多数保温材料不能防水，且耐久性差，保温材料靠室外一侧，就必须加保护层，对墙面需另加防水饰面。 同时对间歇采暖的房间，如影剧院、体育馆等，由于系临时供热，而又要求室温很快上升到所需标准，其保温材料放在内侧反而是有利的。

夹层保温结构。 在复合保温结构中，当保温层需要设置保护层时，对保护层既要能防水，又要能防止室外各种因素的侵袭。 于是设计时常采用半砖墙或其他板材结构来处理，这时整个结构便成了夹芯构件，如图7．4（b）所示。 即在双层结构中夹保温材料。

夹芯层可以是保温材料，也可以夹空气间层，如图7．4（c）所示。 空气间层的厚度一般以40～50mm为宜，作为起保温作用的空气夹层，要求空气夹层处于密闭状态，不允许在夹层两侧的结构层上开口、打洞。 另外，为了提高空气层的保温能力，可利用强反射材料，粘贴在构件的内表面（或铺钉铝箔组合板）。 它可以将散失出去的热量反射回来，从而达到保温目的，如图7．5所示。

图7．4 保温围护结构构造

b．传热异常部位的保温构造

在外围护结构中，门窗洞孔、结构转角处、钢筋混凝土框架柱、过梁、圈梁等传热异常的构件或部位，是保温的薄弱环节。 由于结构上的需要，常在外墙中出现一些嵌入构件，如钢筋混凝土柱、梁、垫块、圈梁、过梁以及板材中的肋条等。 在寒冷地区，热量很容易从这些部位传出去，因此这些部位的热损失比相同面积主体部位的热损失要多，所以它们的内表面温度比主体部位低。 这些保温性能较低的部位通常称为“冷桥”或“热桥”，如图7．6所示，在冷桥部位最容易产生凝聚水。 为了检验冷桥部分内表面是否出现结露问题，在《节能设计标准》中，明确规定必须保证该部位内表面温度不低于室内露点温度。 冷桥局部保温处理如图7．7。

图7．5 保温墙体构造

（2）防围护结构的蒸气渗透

1）蒸气渗透现象

空气有湿空气、干空气之分。 湿空气中含水蒸气，空气温度越高，空气中水蒸气含量越大。空气中蒸气含量的多少，可以用水蒸气分压力来表示。 冬季，室内温度高，而室外温度低。 由于室内烧饭、烧水等，故室内空气中蒸气含量高于室外，当围护结构两侧出现蒸气分压力差时，则水蒸气分子便从压力高的一侧通过围护结构向分压力低的一侧渗透扩散，这种现象被称为蒸气渗透。

图7．6 冷桥示意

图7．7 冷桥局部保温处理

2）蒸气渗透带来的危害

冬季，由于围护结构两侧存在温度差，结构的两侧从内到外其温度是在不断变化的，水蒸气通过围护结构渗透过程中，遇到露点温度时，蒸气含量达到饱和度立即凝结。 当围护结构出现表面凝结时，将会使室内表面装修发生脱皮、粉化甚至生霉，会导致衣、物发霉，严重时会影响人体健康。 当这种凝聚水产生在围护结构中的保温层内时，则会使保温材料内的空隙中充满水分。由于水的导热系数（约为0．58W／ m·K）远较空气的导热系数（约为0．023W／ m·K）高，致使保温材料失去保温能力，于是围护结构保温失败。 同时，保温层受潮，将影响材料的使用寿命，因而将会带来一系列的问题。 所以在建筑构造设计中必须重视保温围护结构内蒸气渗透以及内部凝结问题。

3）保温围护结构的隔蒸气措施

设计中最理想的状况是不会出现表面凝结或内部凝结。 为杜绝围护结构表面结露，要求围护结构内表面温度不低于室内露点温度；为防止在保温围护结构的内部产生凝聚水，在构造设计时，如果能满足“内紧外松、进难出易”（即在构造上保证围护结构构造层次由内到外，越靠近室内一侧越密实，杜绝冷凝界面的产生，在蒸气渗透的通路上做到进难出易）的原则，当构造层次不能满足上述原则时，常在围护结构的保温层靠高温一侧，即蒸气渗入的一侧，设一道隔蒸气层。 这样，可以使水蒸气流在抵达低温表面之前，其水蒸气分压力已得到急剧下降，从而避免了内部凝结的产生。

设置隔蒸气层，防止或控制内部凝结是目前保温构造设计中应用最普遍的一种措施。 隔蒸气材料一般采用沥青、卷材、隔汽涂料以及铝箔等防潮、防水材料。

7．2．3 隔声要求

隔声是控制噪声的重要措施，但目前在很多建筑中对隔声还不够重视，以致对噪声控制不够。 例如一些建筑中很多轻型墙组成的分户、分间墙，其隔声量仅有30d B，这与人对环境的要求相差很远。 因此，要建立有关声学标准，然后研究达到这些标准的措施。 这里仅就建筑隔声介绍一些基本知识。

按声音的传播规律分析，有三种传递途径：

经由空气直接传播，即通过建筑物围护结构的缝隙和孔洞传播，如敞开的门窗、通风孔及门窗的缝隙等；透过围护结构传播，即由空气传播的声音遇到密实的墙壁后，在声波的作用下，墙壁受到激发产生振动，使声音透过墙壁而传至室内；由于撞击或机械振动的直接作用，使围护结构或水平结构产生振动而发声。

前两种声音是在空气中传播的，为“空气传声”；第三种是振动直接撞击构件而发声，为“固体传声”，但最终仍是经空气传至接收者。 对空气传声和固体传声的控制方法是有区别的。

从围护结构的平均隔声量计算原理

Ra＝L－L0

式中 Ra——围护结构的平均隔声量；

L——室外噪声级，d B；

L0——室内允许噪声级，d B。

可知Ra越大，隔声效果越好。我们目前执行的隔声减噪设计标准等级见表7．3至表7．6。

表7．3 隔声减噪设计等级标准

表7．4 各种场所的噪声

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表7．5 一般民用建筑房间的允许噪声级

表7．6 围护结构空气声隔声标准

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对墙体而言主要隔离空气直接传播的噪声。 根据其传播原理，只要墙体质量大、气密性好，隔声就好。 也就是说根据质量定律，墙体材料密度越大、越密实，其隔声量也越高。 因而设计围护结构墙体的措施有：

1）实体结构隔声

构件材料的体积质量越大，越密实，其隔声效果也就越高。 双面抹灰的1／4砖墙，空气隔声量平均值为32d B；双面抹灰的1／2砖墙，空气隔声量平均值为42d B；双面抹灰的一砖墙，空气隔声量平均值为48d B，按照“质量定律”，围护结构质量增加1倍，隔声量增加6d B。

2）采用隔声材料隔声

隔声材料指的是玻璃棉毡、轻质纤维板等材料，一般放在靠近声源的一侧。 其构造做法如图7．8。

图7．8 夹层隔声墙构造

1—声桥；2—空气层厚度；3—边界的联系情况；4—大于等于115mm的砖墙或混凝土；5—弹性垫层如玻璃棉毡；6—软质纤维板

3）采用空气层隔声

夹层墙可以提高隔声效果，夹层墙中的空气间层可以看作与两层墙相连的“弹簧”，由于空气间层的弹性变形具有减振作用，从而提高了墙体中的隔声量。 中间空气层的厚度以80～100mm为宜。 常见的建筑材料的隔声构造见表7．7。

表7．7 常见建筑材料的隔声构造

民用及工业建筑中，楼板层是隔绝撞击声，即固体传声的重点。 （此内容在楼地层构造中讲解）

7．2．4 防火要求

为减少火灾的发生，并防止其蔓延、扩大，建筑设计时：一要根据防火规范耐火等级设置，选择符合耐火等级要求和防火规范规定的耐火材料；二要将建筑分成若干区段，在较大建筑中还应设置防火墙。 详见本书第13章。

7．2．5 防水防潮要求

经常有水作用的房间，如卫生间、厨房、实验室等的房间及地下室的墙应采取防水防潮措施。 选择合理的防水材料及恰当的构造做法，保证墙体的坚固耐用，使室内有良好的卫生环境。

7．2．6 建筑工业化要求

墙体在民用建筑中占有相当比重，质量大、造价高、施工期长。 因此，建筑工业化的关键之一是改革墙体，变手工操作为机械化施工，提高工效，降低劳动强度，并研制、开发轻质、强度高的墙体材料，以减轻自重，降低成本。

7．2．7 抗震要求

我国是多地震区，为保证结构的安全、可靠，必须根据《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010）的有关规定进行抗震构造设计，而这些规定对砖混结构建筑而言，又大多与墙身做法有关。 主要有以下几方面：

（1）一般规定

1）限制房屋总高度和层数

砖混结构房屋总高度和层数应以表7．8为准。

表7．8 多层砌体房屋的层数和总高度限值／m

注：①房屋的总高度只是外地面到主要屋面板板顶或檐口的高度，半地下室从地下室室内地面算起，全地下室和嵌骨条件好的半地下室应允许从室外地面算起，对带阁楼的坡屋面应算到山间墙的1／2高度处；

②室内外高差大于0．6m时，房屋总高度应允许比表中的数据适当增加，但增加量应小于1．0m；

③乙类的多层砌体房屋仍按本地区设防烈度查表，其乘数应减少一层且总高度应降低3m，不用采用底部框架——抗震墙砌体房屋。

2）限制建筑体型高宽比

限制体型高宽比可以减少过大的侧移，保证建筑的稳定。 砖混结构房屋总高度与总宽度的最大比值，应符合表7．9有关规定。 单面走廊房屋的总宽度不包括走廊宽度；建筑平面接近正方形时，其高宽比例适当减小。 从表7．9中可以看出，若在8度设防区建造高度为18m的砌体结构房屋，其宽度不应小于9m。

表7．9 房屋最大高宽比

3）多层砌体房屋的建筑布置和结构体系，应符合以下要求：

①应优先采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系，不宜采用砌体墙和混凝土墙混合承重的结构体系；

②纵横墙的布置宜均匀对称，沿平面内宜对齐，沿坚向应上下连续，并且纵横向墙体的数量不宜相差过大，同一轴线的窗间墙宜均匀；

③楼梯间不宜设置在房屋的尽端或转角处；

④不宜采用无锚固的钢筋混凝土预制挑檐。

4）设置防震缝

符合下列情况之一时，宜设置防震缝：

①房屋立面高差在6m以上；

②房屋有错层，且楼板高差大于层高的1／4；

③各部分结构刚度、质量截然不同。

防震缝的两侧应设置墙体，缝宽应根据设防烈度和房屋高度确定，通常采用70～100mm。

5）限制横墙最大间距

砌体结构横墙最大间距不应超过表7．10的规定。

表7．10 房屋抗震横墙的间距／m

6）限制房屋的细部尺寸

砌体结构房屋的细部尺寸应符合表7．11的有关规定。

表7．11 房屋的细部尺寸限值／m

（2）设置圈梁

圈梁是在墙体内形成的水平的、连续的、封闭的梁，其作用是增强楼层平面的整体刚度，防止地基的不均匀下沉并与构造柱一起形成骨架，提高抗震能力。

1）在砌体结构中，圈梁常采用的做法

现浇钢筋混凝土圈梁是在施工现场支模、绑钢筋并浇注混凝土形成的圈梁，这种做法在下面详细介绍。

2）钢筋混凝土圈梁的设置原则

①装配式钢筋混凝土楼、屋盖或木屋盖的砖房，应按表7．12的要求设置圈梁；纵墙承重时，抗震横墙上的圈梁间距应比表内要求适当加密。

②现浇或装配整体式钢筋混凝土楼、屋盖与墙体有可靠连接的房屋，应允许不另设圈梁，但楼板沿抗震墙体周边均应加强配筋并应与相应的构造柱钢筋可靠连接。

表7．12 多层砖砌体房屋现浇钢筋混凝土圈梁设置要求

3）钢筋混凝土圈梁的有关问题

钢筋混凝土圈梁的宽度宜与墙厚相同，当墙厚不小于240mm时，其宽度不宜小于墙厚的2／3，高度不应小于120mm。

圈梁宜与预制板设在同一标高处或紧靠板底。

钢筋混凝土圈梁被门窗洞口截断时，应在洞口部位增设相同截面的附加圈梁。 附加圈梁与圈梁的搭接长度不应小于其中到中垂直间距的两倍，且不得小于1m，如图7．9。

（3）设置构造柱

构造柱的作用是与圈梁一起形成骨架，提高砌体结构的抗震能力。

1）构造柱的加设原则

构造柱的加设原则见表7．13。

2）构造柱的构造要求

①构造柱的最小断面为240mm×180mm（墙厚190mm时为180mm×190mm）。 构造柱的最小配筋是：主筋4Φ12，箍筋Φ6间距不宜大于250mm，且在柱上、下端应适当加密。

施工时，应先放构造柱的钢筋骨架，再砌砖墙，最后浇注混凝土。 这样做的好处是结合牢固，节省模板。

图7．9 钢筋混凝土圈梁

表7．13 多层砖砌体房屋构造柱设置要求

②构造柱与墙连接处应砌成马牙槎。

③构造柱的下部应伸入地梁内，无地梁时应伸入室外地坪下500mm处，构造柱的上部应伸入顶层圈梁，以形成封闭的骨架。

④为加强构造柱与墙体的连接，应沿墙高每隔500mm放2Φ6水平钢筋和Φ4分布钢筋平面内点焊组成的拉结网片或Φ4点焊钢筋网片，且每边伸入墙内不少于1m。

有关构造柱的做法见图7．10。

（4）对非承重墙体的要求

后砌的非承重墙体应沿墙高配置2 6拉结钢筋，与承重的墙体或柱子拉结，每边伸入墙体内不少于500mm。8度和9度时，对长度超过5m的后砌砖墙，在其顶部还应与楼板或梁作拉接（图7．11）。 独立墙肢端部及大门洞边宜设置混凝土构造柱。

图7．10 钢筋混凝土构造柱

图7．11 后砌墙体的拉接