CN1095444A - 建筑物轻钢架外墙结构 - Google Patents

Abstract

本发明系建筑物外墙所使用的一种构造物，它主 要是以金属轻钢架为主要构材，构架内嵌以水泥复合 材料，表层再外饰处理而完成。以此作为建筑物的外 墙，由于构造简单施工容易耐震力高，隔热性能优异， 运用灵活，功效确实，因此是一种非常实用且经济效 益高的外墙结构。

Description

现今国内建筑物的外墙处理方式，约略可分二种类别，其一为红砖外墙或钢筋混凝土（R.C.）外墙，此为低楼层建筑物所采用。其二为帷幕墙（玻璃帷幕、金属板帷幕、预制混凝土板帷幕等），此为高楼层建筑物一般所采用。

红砖或钢筋混凝土外墙至今仍为国内最为广泛的建筑物外墙结构，但因其有以下缺点，因而在面临国内建筑物越盖越高的转换期，将来势必慢慢的为其他结构所取代。

（1）因红砖或R.C.外墙对于建筑物本身的静荷重增加甚大，导致建筑物设计强度的提高，建造成本的增加，等等，故对高楼层的建筑物或钢骨结构建筑物有着其先天上无法取用的缺点。

（2）因红砖或R.C.外墙皆为现场施工，其品质要求控制不易且工时无法缩短，故在现今社会对于品质要求越来越高的趋势潮流中，已无法满足人们的需要。

（3）红砖或R.C.外墙需要大量的技术人工加以施工制造，故在现今社会短缺技术人员及工资高涨的环境中，建筑业已急需寻求突破，寻求其他可以替代的外墙结构。

高楼层建筑及钢骨建筑物已是将来国内建筑的主流，而现今国内建筑界则以帷幕墙做为高层建筑的主要外墙结构，国内现今所用的帷幕墙大约可分为以下四类：

1.玻璃帷幕墙

2.金属板帷幕墙

3.预制R.C.板帷幕墙

4.轻钢架帷幕墙

以下针对上述四类帷幕墙简单叙述如下：

（一）第1类玻璃帷幕及第2类金属帷幕为国内高层建筑最为广泛使用的外墙结构，然其只限于方整的办公室或商场大楼，对于纯住宅大楼，则因要求外观变化、特殊造型，及阳台窗台等设施，有着先天上及安全上不易克服的缺点，故至今尚未有人将其使用在纯住宅大楼外墙上。

（二）第3类预制钢筋混凝土板外墙帷幕，是国内近几年来才开始流行的外墙结构，然因其单位静荷重大及刚性大的特性，恰好与钢骨结构的特性相背，且因其需要在工厂以模具制造，故倘住宅大楼外墙变化甚大或造型特殊，则将增加其制作的困难及成本的提高，另一方面突出建筑物外的场台及露台，因预制R.C.板的重量太大，使得突出的悬壁式构造无法承受其荷重，因此目前国内亦仅限于使用在方整变化甚小，造型简单的办公大楼或商场大楼上。

（三）轻钢架帷幕墙一所谓“轻钢架”，就是使用薄钢板（厚度小于1英寸）当基材（Base  Metal），经冷轧（Cold-Formed）成各类型的杆件后，再将其组合成可以承受外力的构架系统。

轻型钢架系统（Cold-Formed  Steel  Framing  Systems）早在公元1850年，美国和英国就已开始使用此类材料于建筑物中，但是并不普遍，经过长时间的研究和改进后，真正被工程界所接受，并广泛地使用在一般的建筑物中是在公元1940年以后，其主要的用途是做为外墙，内墙或天花板等的支撑构架。目前在台湾，轻钢架内墙隔间，及天花板支撑已随处可见，但轻钢架外墙则比较生疏，然而在国外光是美国地区，平均每年就有100栋楼高50公尺以上的高楼，或超高层建筑物采用此类轻钢架帷幕墙。

此类帷幕墙于1982年开始引进台湾，采用者，首推座落于台北市金华街的摩门教堂，紧接着，台北世界贸易中心展览大楼、台湾大学附设医院整建第二期工程的主体医学大楼、台北世贸中心国际会义厅、东帝士台北敦化南路摩天大楼等亦陆续采用。各该建筑物的主体结构包含有RC、SRC及钢结构等，目前最高楼高为74公尺。本系统帷幕墙之所以能风行于近代建筑物中，除因施工迅速轻便为其主要原因外，更具有经济、质轻耐震、隔热性佳、造形自由、品质控制简易……等等多项优点。

前述国内几栋建筑物所使用的轻钢架帷幕墙系统如附图3所示，其所主要使用的材料及施工方式大致如下：

现场放样→预埋固定铁件（未图示）→焊接连接铁件（未图示）→安装轻钢架（亦称墙骨）1→置入收边料2→锁定石膏板8→铺设防潮纸9→铺设铁丝钢10→粉刷水泥砂浆13→粘贴表面装饰材料（如磁砖及勾缝）14→施打填缝剂等防水弹性材料（未图示）→完成。

本发明乃本发明人潜心研究以上轻钢架系统的特性，特别针对其缺点加以研究改良所创作，如图1及图2所示，以使得其在施工迅速上、经济上、质轻耐震上、耐冲击能力上，防水隔热上、品质管理上更为适合台湾海岛型气候，潮湿多雨、夏长炎热、台风地震频繁的地区使用。

本发明所述的一种建筑物轻钢架外墙结构，包括：

轻钢架，它是以厚度小于1英寸的薄钢板为基材，经轧压而成为具有C型、W型、Z型或I型等各种不同断面的杆件后，再以焊接或锁接等方式组合而制成的可承受外力的一种结构物;

收边料，它是具有L型断面的金属角材，以焊接或锁接等方式设置于该轻钢架的周缘;

复合材料水泥板材，安装于轻钢架两侧而将轻钢架嵌入其构造中;

表面装饰材料，铺设于复合材料水泥板材的外侧。

以下结合附图所示实施例，具体说明本发明的结构、使用材料、施工方式及作用效果。

图1为本发明建筑物轻钢架外墙结构的第一具体实施例。

图2为本发明建筑物轻钢架外墙结构的第二具体实施例。

图3为现有的轻钢架帷幕墙结构。

图4为本发明的外墙结构安装垂直剖面图。

图5为本发明第二具体实施例的安装水平剖面图。

图6为本发明第一具体实施例的水平剖面图。

图7为本发明的墙板单元板片的水平接合安装图。

图中：

1.……轻钢架，

2.……收边料，

3.……纤维水泥板，

4.……轻质混凝土，

5.……中空型复合材料水泥板材，

6.……固定铁件，

7.……连接铁件，

8.……石膏板，

9.……防潮纸，

10.……铁丝网，

11.……防水橡胶衬垫，

12.……防水填缝弹性密封胶，

13.……水泥砂浆，

14.……表面装饰材料，

15.……建筑物的楼地板，

16.……建筑物的梁，

17.……防水被覆，

18.……增强铁件，

20′.……墙板单元，

20″.……墙板单元。

本发明可以所使用的材料及制作方式来分类，可分为两种方式，如图1所示为本发明第一具体实施例，及图2所示为本发明第二具体实施例。本发明在工厂内预组成版片单元（如图1、图2），而于现场以吊车安装，适合于任何高低楼层建筑物，尤其是采用无鹰架施工的钢结构建筑物，更为合适。

以下仅对于两种具体实施例的使用材料及制作、施工方式说明如下：

工厂作业：

板片间填塞防水填缝密封胶12→粘贴表面装饰材料14→完成墙板单元（20′，20″）。

工地作业：

现场放样→安装固定铁件6（参见图4、图5、图7）→安装连接铁件7（参见图4、图5、图7）→吊装墙板单元（20′，20″）→施打防水填缝密封胶12→完成。

前述的固定铁件可为角铁，槽钢，铁板等成型钢（镀锌或不镀锌皆可），锚定拉胀螺栓，焊材等预先埋设于钢筋混凝土中或钢结构的钢骨上的适当位置;再以连接铁件将各固定铁件焊接结合;轻钢架1为以厚度小于1英寸的薄钢板为基材，经轧压与表面处理而成的各种C型，W型，Z型，I型断面的杆件，再以焊接或锁接方式组合成可承受外力的钢架，组合而成的轻钢架1再以点焊，焊接螺丝等方式与固定铁件及连接铁件相结合;收边件2置放于轻钢架1的周缘，其目的是使轻钢架1的周缘在外观上平整具同一高度及防水性能，尤其是保护完成的墙板单元（20′，20″）的表面装饰材料14免于搬运及吊装过程中易受碰撞而损伤。收边料2可为各种具有L型断面的金属角材，亦可预先施加各种表面处理。防水橡胶衬垫11是采用防水橡胶所制成的各种形状的弹性胶条，它可置于轻钢架1与收边料2之间，亦可置放于完成墙板单元的四周轻钢架外侧，它与轻钢架1的结合可采用化学胶合或机械锁接;其主要作用是安装墙板单元（20′，20″）后，由于两互相挤压的防水橡胶衬垫受到压密而成为防水阻隔，使成为除了外侧防水填缝密封胶12的一次防水外，再产生二次防水效果;它亦可减少墙板单元（20′，20″）于搬运及吊装时互相碰撞而造成损伤。

若当采用如图1所示第一具体实施例的各项材料时，其中的纤维水泥板3除可采用一般的纤维水泥板外，木丝水泥板、防水石膏板及各种人工合成的板片皆可，可通过螺栓锁接或化学药剂粘接的方式固定于轻钢架1及收边料2之上。两侧纤维水泥板3之间填充的轻质混凝土可使本发明成为三明治结构物，使本发明的轻钢架1及纤维水泥板3结合成一体，大大的提高本发明构造的各项物理强度（如抗压、抗拉、抗弯、抗剪）等，亦增加本发明的隔温、隔音功能;轻质混凝土可采用各类发泡水泥混凝土或树脂砂浆和扩张性聚苯乙烯发泡小珠的混合物皆可;可在四周的轻钢架预留灌浆孔，将其浇灌入两侧纤维水泥板之间而成。为增加轻质混凝土与主结构轻钢架1的结合性，可使用各种几何形状的增强铁件18焊接于轻钢架1上，或采用各类型的钢丝网，铁板网或铁板（未图示）焊接于轻钢架1上而预埋入三明治构造物芯材的轻质混凝土中，以增加其强度及与轻钢架1的结合性。最后再粘贴表面装饰材料14如磁砖、石材等一般建筑物所用的装饰材料，亦可以涂料直接涂抹而成。最后若有需要，可再施打填缝剂如泡沫填充剂、聚氨基甲酸脂（Polyurethane），硅质填缝剂（Silicone）等防水弹性材料便可完成。

若系采用如图2所示第二具体实施例的各项材料时，其中的中空型复合材料水泥板材为使用各类纤维合成，用超声波，真空脱气，以超微粒子活性充隙，致密结构，使成低吸水率，再以真空挤出提升强度，以中空结构（如，连续的工字形）促使制品轻量化，再经养成瓷化，一体成型。将此成型的中空复合水泥板材制品5以机械锁接如螺栓、自钻螺丝、拉钉等结合于轻钢架1上，亦可使用化学药剂将中空复合水泥板材5与轻钢架1粘合。二片水泥板材5间可以防水填缝弹性胶填缝，最后再粘贴表面装饰材料14，并视需要施打填缝剂即可完成。无论采用何种材料以完成本发明的外墙结构，其若是以前述第二种的预组板片式进行施工时，在工厂作业的组合轻钢架1以至粘贴表面装饰材料14的步骤与前述者完全相同，以便完成墙板单元（20′，20″），而在工地作业的现场放样，预埋固定铁件及焊接连接铁件等步骤亦与前述者完全相同，只是在焊接连接铁件之后将已完成的墙板单元（20′，20″）以吊车等吊至适当位置再以点焊，焊接螺丝等方式与固定铁件及连接铁件相结合，最后在各墙板单元（20′，20″）的接合处再施打填缝剂如聚氨基甲酸脂、硅质填缝剂等防水弹性材料即可完成。

以下就本发明与国内已使用的轻钢架及其他类型帷幕墙之优劣点比较如下：

经济性-如采用本发明的外墙结构，其施工费用约比铝帷幕墙低5%，比玻璃帷幕便宜42%，比塘瓷或珐琅金属帷幕便宜45%，比复合铝制墙板便宜44%，比预制混凝土墙板便宜7%，更比旧有的轻钢架帷幕墙便宜5%，只是以上的比较价格在不同地区及不同楼高及造型的建筑物将会不尽相同而需有所修正，但不论如何，本发明将属于一种相当便宜的结构。

质轻耐震性-对一栋建筑物来讲，其外墙的轻重与否是非常重要的，因为主体结构必需去支撑它，如减轻外墙的重量，其意义就是减小主体结构构件如梁、柱、基础的尺寸，也就是节省材料及施工成本。台湾为地震区，建筑物重量的减轻是非常有益的，因为主结构斜撑的需求，完全是依据该建筑物的重量而定。根据国内结构工程月刊，75年元月所发表的“台大医院整建计划结构设计的探讨”一文中指出：“基础医学大楼外墙采用15cm的预制RC帷幕墙，其分担至楼地板面积的平均重量约230kg/m²，约占一楼以上建筑物净重的28%，比例相当高，而主体工程外墙采用轻钢架帷幕墙，其重量约为预制RC帷幕墙的1/3，故减轻建筑物自重，也减少了地震力，主体工程各大楼原设计采用预制RC帷幕墙，后改用轻钢架帷幕墙，其钢骨用料约省了10%，故如能探讨预制混凝土板（PCCW）的做法，甚至改用轻质骨材减轻建筑物自重，将使结构设计更为经济合理”。

隔热性能-建筑物外墙的隔热性，直接影响到该建筑物的空调设备成本，以及在服务年限内的空调能源费用，尤其是台湾地处亚热带，外墙的隔热性佳，不但能为业主节省庞大的空调能源费用，更是为地方及政府节省能源之良策。本发明的外墙构造的隔热性，因采用轻质发泡混凝土三明治结构，或采用中空构造（如，连续的工字形），比其他外墙及现有的轻钢架帷幕墙的隔热性能要好很多。

隔音性能-本发明所使用的轻质气泡结构是极佳的隔音构造，要比现有的轻钢架帷幕墙的隔音性能要高出太多。

防水性能-本发明所使用的表面板材为复合纤维材料水泥板，其防水性能比现有轻钢架帷幕墙所使用的石膏板及防潮纸的防水性能要高的多。且本发明采用防水橡胶衬垫（Gasket）二次防水，较一般帷幕墙只有单层一次硅树脂（Silicone）防水要好的多。

造型自由-本发明的帷幕墙，因轻钢架墙骨可依结构物的造型加以设计组合，尤其是本发明的第一具体实施例，在外形上不论是平板式，圆弧式，三度空间外形或其他几何外形，甚至悬壁式的阳台花台栏杆及女儿墙，皆能圆满地施工完成，赋予建筑师充分的设计弹性。

品质控制简易-本发明外墙结构因在工厂内制作，远比在现场施作的他种外墙的品质控制更为容易，其完成后的品质水准亦较高。且因采用工厂预组现场无鹰架施工，其工期较有鹰架的帷幕墙或传统RC、红砖外墙要提早很多。

耐冲击性能-本发明所使用的三明治结构或中空

结构较原有轻钢架帷幕墙结构的石膏板底衬及铁丝网水泥砂浆薄层在耐冲击性能上高出太多。

挠曲及抗压-本发明因采用三明治结构或中空

结构，故在对挠度及风压力的抵抗上比现有轻钢架帷幕墙要高出甚多，其在地震力侧向位移及层间变位抵抗上均较为优异。

内侧墙面处理上-本发明的外侧墙面粘贴表面装饰材料，而内侧墙面为平整的水泥板材墙面，可以直接使用，远较现有轻钢架帷幕墙，甚至于其他各类帷幕墙均需再加内墙处理方可使用的条件优异很多。

由以上各项比较，本发明帷幕墙比现有轻钢架帷幕墙结构更具有实用性及经济效益高。

Claims (7)

1、一种建筑物轻钢架外墙结构，包括：

轻钢架，它是以厚度小于1英寸的薄钢板为基材，轻轧压而成为具有C型、W型、Z型或I型等各种不同断面的杆件后，再以焊接或锁接等方式组合而制成的可承受外力的一种结构物；

收边料，它是具有L型断面的金属角材，以焊接或锁接等方式设置于该轻钢架的周缘；

复合材料水泥板材，安装于轻钢架两侧而将轻钢架嵌入其构造中；表面装饰材料，铺设于复合材料水泥板材的外侧。

2、如权利要求1所述的建筑物轻钢架外墙结构，其特征在于，上述复合材料水泥板材可以纤维水泥板铺设于轻钢架两侧，其中再填塞浇灌轻质混凝土，以使成为三明治结构。

3、如权利要求2所述的建筑物轻钢架外墙结构，其特征在于，上述纤维水泥板以螺栓锁接或化学药剂粘接的方式固定于轻钢架两侧。

4、如权利要求2或3所述的建筑物轻钢架外墙结构，其特征在于，上述纤维水泥板可为木丝水泥板、防水石膏板等各种人工合成板片。

5、如权利要求2所述的建筑物轻钢架外墙结构，其特征在于，上述轻质混凝土可为各类发泡水泥混凝土或树脂砂浆和扩张性聚苯乙烯发泡小珠的混合物。

6、如权利要求2或5所述的建筑物轻钢架外墙结构，其特征在于，为增加轻质混凝土的物理性能及与轻钢架的结合性，可于其中焊接各类几何形状的增强铁件或铁丝网、铁板网及各型钢板。

7、如权利要求1所述的建筑物轻钢架外墙结构，其特征在于，上述复合材料水泥板材中添加了各类增强用纤维，经压出或浇灌制成具有连续工字形的中空结构。

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