段昌莉，吳晨，李暉，毛建華

（1.北京市建筑設(shè)計研究院有限公司，北京 100045；2.北京金隅集團有限責(zé)任公司，北京 102402）

0 引言

非承重內(nèi)隔墻的選用需要考慮以下因素及設(shè)計要求：

（1）結(jié)構(gòu)因素：內(nèi)隔墻系統(tǒng)不承擔(dān)外部荷載、但要承擔(dān)自身重力荷載，并保證其側(cè)向受力的穩(wěn)定性；同時對于超高層建筑，其自身質(zhì)量不僅對基層樓層板有反作用要求，而且累加質(zhì)量對整體大樓的自重有一定影響。

（2）變形因素：內(nèi)隔墻系統(tǒng)要承受建筑物在風(fēng)作用和地震作用下出現(xiàn)的整體結(jié)構(gòu)變形，同時自身也會因溫差等效應(yīng)產(chǎn)生變形，通過結(jié)構(gòu)層間位移角進行定量要求。這也是超高層建筑特有需要考慮的因素。

（3）耐火因素：內(nèi)隔墻要有足夠的耐火性能，通過耐火極限進行定量要求。

（4）密閉因素：內(nèi)隔墻系統(tǒng)要有足夠的密閉性能，特別在結(jié)構(gòu)變形情況下保持密閉性能。

（5）性能因素：內(nèi)隔墻系統(tǒng)根據(jù)使用功能不同還需要具備隔聲、防水、隔熱等性能，此項性能也可通過附加構(gòu)造層來增強。

（6）建造因素：超高層建筑更適用現(xiàn)場拼裝的干作業(yè)墻體，以提高建造速度。

（7）耐用因素：內(nèi)隔墻系統(tǒng)要能保障在各種室內(nèi)環(huán)境下的耐用度。

（8）成本因素：內(nèi)隔墻系統(tǒng)的建造成本存在差異，要通過綜合經(jīng)濟技術(shù)比選對造價進行控制。

（9）靈活因素：內(nèi)隔墻系統(tǒng)應(yīng)能根據(jù)功能要求，進行靈活的改變。

（10）空間因素：墻體厚度是墻體性能的決定因素之一，也是影響使用率的因素。

在充分分析、論證了上述因素后，北京中信大廈地上核心筒、設(shè)備層及避難層選用了加氣混凝土條板，地下采用了砂加氣混凝土砌塊，地上核心筒外使用空間則選用更靈活的輕鋼龍骨石膏板及成品隔斷。

1 加氣混凝土條板對于超高層建筑的適用性

1.1 超高層建筑結(jié)構(gòu)專業(yè)對水平變形和荷載的限制

中信大廈主體結(jié)構(gòu)為核心筒+巨柱+鋼桁架體系，其中核心筒為型鋼混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，巨柱為鋼骨結(jié)構(gòu)。樓層的樓板梁為鋼梁，樓板為組合結(jié)構(gòu)（底層鋼板+上層鋼筋混凝土）。

對于風(fēng)作用下層間位移角的控制要求最大層間位移角為1/500。例如層高4.5 m的普通樓層，最大層間水平變形值約10 mm，這就要求建筑內(nèi)隔墻的選擇也應(yīng)該能夠適應(yīng)這一變形要求。

地震作用下層間位移角控制要求：小震不損壞，最大層間位移角1/500；中震可修復(fù)損壞，最大層間位移角1/500~1/100；大震不倒塌，最大層間位移角1/100。

由于超高層建筑自重大，減輕荷載對于結(jié)構(gòu)合理性有極其重要的作用，因此在核心筒外空間未采用加氣混凝土條板，除了適用靈活性要求外，荷載也是重要考慮因素。

1.2 超高層建筑電梯井道活塞效應(yīng)

高速電梯在井道運行時，會產(chǎn)生較大的活塞效應(yīng)，尤其是單井道電梯（雙井道或多井道電梯運行方向不同會對活塞效應(yīng)有一定消減，同時因為井道合并空間較大而減弱活塞效應(yīng)）。中信大廈雖然對高速電梯盡可能采用多井道布置方式，但通過模擬，高速穿梭電梯依然會有墻體內(nèi)外最大壓力差達到270 Pa。

1.3 室內(nèi)墻體隔聲性能

超高層建筑的高速電梯及設(shè)備機房均有較大的低頻噪聲，具有較高強度的砌塊或條板隔墻隔聲性能較好，通常150 mm厚隔墻隔聲性能可以達到45 dB，200 mm厚可以達到50 dB。中信大廈的聲學(xué)要求極其嚴(yán)格，要求所采用的條板必須出具聲學(xué)檢測報告方可應(yīng)用。

1.4 耐火性能要求

超高層建筑的消防安全應(yīng)立足于自救，而加氣混凝土條板具有優(yōu)良的耐火性能，其耐火極限通常遠大于消防規(guī)范要求，對于建筑防火抗火性能的提高有較大幫助。

1.5 風(fēng)環(huán)境要求

對于超高層建筑，核心筒內(nèi)有大量豎向通道，井道墻體的氣密性能對于控制煙囪效應(yīng)有重要貢獻。

1.6 耐用度

機電設(shè)備機房、管井及電梯井道的分隔墻需要足夠的耐用度，以保障建筑運營維護壓力。

1.7 經(jīng)濟因素

超高層建筑的垂直運輸能力受限，減少濕作業(yè)、現(xiàn)場作業(yè)對于控制工期及造價有較大貢獻。加氣混凝土條板其自身表面平整，6~8 mm的薄抹灰甚至采用專用飾面劑即可以滿足涂料面層、面磚面層的基層要求，而普通砌塊墻通常要20 mm厚的砂漿，單從裝飾濕作業(yè)的工作量來講，就減少了1/2~2/3的工作量。

1.8 常用超高層建筑非承重內(nèi)隔墻墻體材料性能對比分析（見表1）

表1 常用超高層建筑非承重內(nèi)隔墻墻體材料性能對比

2 超高層建筑加氣混凝土條板構(gòu)造研究

加氣混凝土條板自身的性能指標(biāo)足夠滿足超高層建筑的需求，但是條板沒有大量應(yīng)用的原因，部分來自于其施工過程中通常采用較為簡單的節(jié)點，導(dǎo)致條板在拼接和安裝時的縫隙成為整體墻體系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)。在確定墻體材料后，針對超高層建筑的特殊需求設(shè)計的專用節(jié)點，為保證整體墻體系統(tǒng)的性能奠定了基礎(chǔ)。

2.1 加氣混凝土條板節(jié)點構(gòu)造研究概述

采用加氣混凝土條板圍合的空間（機電設(shè)備用房、管井、電梯井壁、疏散樓梯）要滿足自身穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)變形、水平荷載、耐火極限、密閉性能等要求。這些外界要求需要通過墻板本身、板與板的連接方式、板與結(jié)構(gòu)主體的固定方式及板縫的處理方式來實現(xiàn)。

在地震作用和風(fēng)作用下，結(jié)構(gòu)會發(fā)生較大的水平位移，這要求墻板能發(fā)生隨動，保證墻板本身不發(fā)生損壞和開裂。

首先要求加氣混凝土條板本身要有足夠的彈性變形能力，同時板與結(jié)構(gòu)骨架頂部采用可吸收水平變形能力的節(jié)點，保證墻體的每塊墻板的變形都在允許范疇內(nèi)。

墻體的密閉性能至關(guān)重要，板縫隙之間要進行可靠徹底的密閉處理，這是達到隔聲、耐火、氣密性能的基礎(chǔ)。

通過對現(xiàn)有蒸壓輕質(zhì)加氣混凝土條板研究，提出蒸壓輕質(zhì)加氣混凝土條板的一些節(jié)點構(gòu)造做法的建議：（1）墻板與墻板的水平連接處采用TU槽，TU槽使板與板之間的縫隙空間為TU型空間，提高墻體密閉、隔聲、耐火等性能，且方便安裝。（2）板與結(jié)構(gòu)主體的連接方式底部采用U型槽鋼剛性連接，頂部用L型“勾頭”螺栓把混凝土條板固定在L型通長角鋼的方式，具有一定的彈性連接特點，且方便安裝。（3）墻體與結(jié)構(gòu)骨架水平方向的縫隙采用巖棉填充和密閉膠密封的做法，保證板縫在一定變形范圍內(nèi)不開裂、不通透。

2.2 加氣混凝土板與結(jié)構(gòu)骨架的連接方式

（見圖1、圖2）

圖1 頂部與結(jié)構(gòu)板及鋼梁的固定方式

圖2 底部與結(jié)構(gòu)梁或板的固定方式

2.3 加氣混凝土條板間的連接方式（見圖3）

圖3 加氣混凝土條板TU槽連接節(jié)點

2.4 與傳統(tǒng)節(jié)點的對比

加氣混凝土條板并不是新興材料，在日本已經(jīng)應(yīng)用了將近20年，在我國使用也在10年以上。但應(yīng)用范圍遠不如日本，除了砌塊這種材料的經(jīng)濟性，以及砌筑人工成本低外，其自身暴露的缺點也導(dǎo)致應(yīng)用一直無法大范圍擴展。從2017年國家大力推動建筑向預(yù)制化發(fā)展以來，促使這種材料開始廣泛應(yīng)用。但這種應(yīng)用并不是以施工節(jié)點的優(yōu)化為前提，導(dǎo)致在一定時間后對這種優(yōu)質(zhì)材料的負(fù)面反饋，甚至導(dǎo)致嚴(yán)重的質(zhì)量后果。因此希望更多的設(shè)計師、業(yè)主、施工方能夠深入了解這種材料，正確應(yīng)用。

中信大廈采用的條板節(jié)點上連接使用了“勾頭”螺栓，與主體牢固焊接，并用砂漿覆蓋，大洞口采用了角鋼過梁、豎向龍骨，下節(jié)點采用U型槽通長設(shè)置，既保證了條板與主體的牢固連接，也允許條板在建筑有些微位移時的變形量。針對這種節(jié)點，金隅公司專門進行了抗震實驗，結(jié)果證明這種連接節(jié)點有優(yōu)異的抗震性能。反觀傳統(tǒng)節(jié)點，通常下節(jié)點采用木楔子，木楔插入墻體下部時造成的縫隙，僅簡單用水泥填塞，后填塞的水泥可能會造成大量空隙上節(jié)點采用U型卡，其與結(jié)構(gòu)的縫隙通常不做任何處理，靠下節(jié)點的木楔插入減少縫隙，而這個縫隙無論多小，都是存在的。這樣的節(jié)點無論是聲學(xué)、防火還是抗震性能都無法保證，當(dāng)其應(yīng)用于防火墻時，如果完全暴露在外的U型卡失效，墻體傾覆的可能性極大，一旦傾覆，即使墻體自身有優(yōu)良的耐火性能，也形同虛設(shè)。

至于水平節(jié)點，除采用了TU槽外，為了保證氣密性，還在側(cè)邊貼覆巖棉條，在條板間擠壓安裝時，保證了縫隙的嚴(yán)密，巖棉也應(yīng)用于與其他材料的平口連接處。而傳統(tǒng)節(jié)點通常僅靠砂漿擠壓密閉條板間縫隙，普通建筑應(yīng)用時可能沒有問題，當(dāng)應(yīng)用于有變形的建筑，例如超高層建筑時，輕微變形也會導(dǎo)致水泥砂漿硬連接的失效而產(chǎn)生縫隙。

2.5 施工過程中的優(yōu)化

由于施工的實際情況，加氣混凝土條板設(shè)計需經(jīng)過一系列調(diào)整。

2.5.1 條板厚度變化

出于聲學(xué)的要求，設(shè)計在設(shè)備機房、可能產(chǎn)生噪聲的電梯井道均采用了200 mm厚的鋼筋混凝土條板，以得到50 dB的隔聲量，但在實際施工中，隨著高度的提升，200 mm厚條板對于施工運輸及施工堆場、施工界面都形成了較大壓力。因此在過程中對200 mm厚條板進行了專項研究，通過對空間需求進行精細(xì)分析，僅在高速電梯井道保留了極少的200 mm厚條板，以保證其可以應(yīng)對高速運行時產(chǎn)生的氣壓，其余條板均減少至150 mm厚。在有聲學(xué)要求的部位采用增加巖棉隔聲的措施來保證整體隔聲量，或采用雙層墻體。施工希望可以減少至100 mm厚，但100 mm厚的條板墻體無法采用TU槽，這意味即使墻體自身性能可以滿足空間需求，由于節(jié)點密閉性的降低，墻體整體性能可能無法達到設(shè)計預(yù)期，同時因中信大廈層高較高，即使修改為100 mm厚墻體，部分可以修改的部位也已經(jīng)達到其高度極限，因此綜合考量，最終維持了150 mm厚的選擇。

2.5.2 條板機電安裝要求

在選擇加氣混凝土條板時，其可以采用專用工具完成機電末端的埋設(shè)也是考量的因素之一。但實際實施時，由于已經(jīng)施工的地下室墻體上機電末端出現(xiàn)反復(fù)，對墻體破壞較大，因此采用了管線明敷的方案。管線明敷確保了條板墻體的完整性，但也犧牲了部分空間的視覺效果。

2.6 應(yīng)用展望

設(shè)計原本希望加氣混凝土條板的安裝能夠達到較先進的水平，因此也啟動研究了DL工法，希望采用更簡潔的栓接節(jié)點來替代現(xiàn)有的“勾頭”螺栓，減少焊接工作。焊接無疑對工作環(huán)境及人工要求更高，也對施工防火有更大的壓力，而栓接相對會簡單的多。但這項工作啟動較晚，而且由于其對條板生產(chǎn)有更高要求，造價將更高，因此很遺憾沒有在這個項目中實施，但這種工法應(yīng)該是今后發(fā)展的方向。

3 其他項目應(yīng)用情況

由于部分項目對于條板質(zhì)量控制及施工節(jié)點控制沒有達到應(yīng)有的要求，導(dǎo)致效果并不理想，從而對進一步推廣這種優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品帶來了負(fù)面作用。例如，在筆者設(shè)計的另外一個宿舍樓項目中，也選用了加氣混凝土條板，但實際建成后隔聲效果并不理想。推測有以下原因：

（1）條板本身質(zhì)量未達到設(shè)計要求。中信大廈的條板隔聲需要提供聲學(xué)顧問測定的試驗結(jié)果，且經(jīng)過設(shè)計確認(rèn)，但宿舍樓項目設(shè)計僅提供要求，未完全跟蹤其落實情況。

（2）節(jié)點未做槽間加巖棉的要求，可能的縫隙會降低整體隔聲效果。

（3）宿舍樓最常見的是插座在同一位置上，現(xiàn)場開槽封堵不嚴(yán)或出現(xiàn)插座完全對穿現(xiàn)象會造成隔聲的失效。雖然在設(shè)計說明及交底時再三明確不能對穿，但不可避免有對穿現(xiàn)象存在。

4 結(jié)語

中信大廈是首個大量應(yīng)用加氣混凝土條板的超高層建筑，上海環(huán)球中心僅在超高速電梯井道中應(yīng)用了這種墻體材料，雖然應(yīng)用量較多，但也限于電梯井道和樓梯間，而中信大廈在分析了條板與輕鋼龍骨石膏板墻體的優(yōu)缺點后，首次在核心筒內(nèi)以及設(shè)備避難層大量應(yīng)用，以取得更好的防火、聲學(xué)、氣密性能，并根據(jù)其特點制定了性能標(biāo)準(zhǔn)和專用節(jié)點。設(shè)計專門制定了技術(shù)規(guī)格書，從條板的隔聲性能、防火性能、抗沖擊性能、傳熱系數(shù)、質(zhì)量損失等方面規(guī)定了性能指標(biāo)，保障了使用的條板基本質(zhì)量。從性能指標(biāo)和節(jié)點控制的雙控才能保障加氣混凝土條板的最終效果，才能更好地推廣這種優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。