專利名稱：建筑物輕鋼架外墻結(jié)構(gòu)的制作方法
現(xiàn)今國內(nèi)建筑物的外墻處理方式，約略可分二種類別，其一為紅磚外墻或鋼筋混凝土(R.C.)外墻，此為低樓層建筑物所采用。其二為帷幕墻(玻璃帷幕、金屬板帷幕、預制混凝土板帷幕等)，此為高樓層建筑物一般所采用。
紅磚或鋼筋混凝土外墻至今仍為國內(nèi)最為廣泛的建筑物外墻結(jié)構(gòu)，但因其有以下缺點，因而在面臨國內(nèi)建筑物越蓋越高的轉(zhuǎn)換期，將來勢必慢慢的為其他結(jié)構(gòu)所取代。
(1)因紅磚或R.C.外墻對于建筑物本身的靜荷重增加甚大，導致建筑物設計強度的提高，建造成本的增加，等等，故對高樓層的建筑物或鋼骨結(jié)構(gòu)建筑物有著其先天上無法取用的缺點。
(2)因紅磚或R.C.外墻皆為現(xiàn)場施工，其品質(zhì)要求控制不易且工時無法縮短，故在現(xiàn)今社會對于品質(zhì)要求越來越高的趨勢潮流中，已無法滿足人們的需要。
(3)紅磚或R.C.外墻需要大量的技術人工加以施工制造，故在現(xiàn)今社會短缺技術人員及工資高漲的環(huán)境中，建筑業(yè)已急需尋求突破，尋求其他可以替代的外墻結(jié)構(gòu)。
高樓層建筑及鋼骨建筑物已是將來國內(nèi)建筑的主流，而現(xiàn)今國內(nèi)建筑界則以帷幕墻做為高層建筑的主要外墻結(jié)構(gòu)，國內(nèi)現(xiàn)今所用的帷幕墻大約可分為以下四類1.玻璃帷幕墻2.金屬板帷幕墻3.預制R.C.板帷幕墻
4.輕鋼架帷幕墻以下針對上述四類帷幕墻簡單敘述如下(一)第1類玻璃帷幕及第2類金屬帷幕為國內(nèi)高層建筑最為廣泛使用的外墻結(jié)構(gòu)，然其只限于方整的辦公室或商場大樓，對于純住宅大樓，則因要求外觀變化、特殊造型，及陽臺窗臺等設施，有著先天上及安全上不易克服的缺點，故至今尚未有人將其使用在純住宅大樓外墻上。
(二)第3類預制鋼筋混凝土板外墻帷幕，是國內(nèi)近幾年來才開始流行的外墻結(jié)構(gòu)，然因其單位靜荷重大及剛性大的特性，恰好與鋼骨結(jié)構(gòu)的特性相背，且因其需要在工廠以模具制造，故倘住宅大樓外墻變化甚大或造型特殊，則將增加其制作的困難及成本的提高，另一方面突出建筑物外的場臺及露臺，因預制R.C.板的重量太大，使得突出的懸壁式構(gòu)造無法承受其荷重，因此目前國內(nèi)亦僅限于使用在方整變化甚小，造型簡單的辦公大樓或商場大樓上。
(三)輕鋼架帷幕墻一所謂“輕鋼架”，就是使用薄鋼板(厚度小于1英寸)當基材(Base Metal)，經(jīng)冷軋(Cold-Formed)成各類型的桿件后，再將其組合成可以承受外力的構(gòu)架系統(tǒng)。
輕型鋼架系統(tǒng)(Cold-Formed Steel Framing Systems)早在公元1850年，美國和英國就已開始使用此類材料于建筑物中，但是并不普遍，經(jīng)過長時間的研究和改進后，真正被工程界所接受，并廣泛地使用在一般的建筑物中是在公元1940年以后，其主要的用途是做為外墻，內(nèi)墻或天花板等的支撐構(gòu)架。目前在臺灣，輕鋼架內(nèi)墻隔間，及天花板支撐已隨處可見，但輕鋼架外墻則比較生疏，然而在國外光是美國地區(qū)，平均每年就有100棟樓高50公尺以上的高樓，或超高層建筑物采用此類輕鋼架帷幕墻。
此類帷幕墻于1982年開始引進臺灣，采用者，首推座落于臺北市金華街的摩門教堂，緊接著，臺北世界貿(mào)易中心展覽大樓、臺灣大學附設醫(yī)院整建第二期工程的主體醫(yī)學大樓、臺北世貿(mào)中心國際會義廳、東帝士臺北敦化南路摩天大樓等亦陸續(xù)采用。各該建筑物的主體結(jié)構(gòu)包含有RC、SRC及鋼結(jié)構(gòu)等，目前最高樓高為74公尺。本系統(tǒng)帷幕墻之所以能風行于近代建筑物中，除因施工迅速輕便為其主要原因外，更具有經(jīng)濟、質(zhì)輕耐震、隔熱性佳、造形自由、品質(zhì)控制簡易……等等多項優(yōu)點。
前述國內(nèi)幾棟建筑物所使用的輕鋼架帷幕墻系統(tǒng)如附圖3所示，其所主要使用的材料及施工方式大致如下現(xiàn)場放樣→預埋固定鐵件(未圖示)→焊接連接鐵件(未圖示)→安裝輕鋼架(亦稱墻骨)1→置入收邊料2→鎖定石膏板8→鋪設防潮紙9→鋪設鐵絲鋼10→粉刷水泥砂漿13→粘貼表面裝飾材料(如磁磚及勾縫)14→施打填縫劑等防水彈性材料(未圖示)→完成。
本發(fā)明乃本發(fā)明人潛心研究以上輕鋼架系統(tǒng)的特性，特別針對其缺點加以研究改良所創(chuàng)作，如

圖1及圖2所示，以使得其在施工迅速上、經(jīng)濟上、質(zhì)輕耐震上、耐沖擊能力上，防水隔熱上、品質(zhì)管理上更為適合臺灣海島型氣候，潮濕多雨、夏長炎熱、臺風地震頻繁的地區(qū)使用。
本發(fā)明所述的一種建筑物輕鋼架外墻結(jié)構(gòu)，包括輕鋼架，它是以厚度小于1英寸的薄鋼板為基材，經(jīng)軋壓而成為具有C型、W型、Z型或I型等各種不同斷面的桿件后，再以焊接或鎖接等方式組合而制成的可承受外力的一種結(jié)構(gòu)物;
收邊料，它是具有L型斷面的金屬角材，以焊接或鎖接等方式設置于該輕鋼架的周緣;
復合材料水泥板材，安裝于輕鋼架兩側(cè)而將輕鋼架嵌入其構(gòu)造中;
表面裝飾材料，鋪設于復合材料水泥板材的外側(cè)。
以下結(jié)合附圖所示實施例，具體說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、使用材料、施工方式及作用效果。
圖1為本發(fā)明建筑物輕鋼架外墻結(jié)構(gòu)的第一具體實施例。
圖2為本發(fā)明建筑物輕鋼架外墻結(jié)構(gòu)的第二具體實施例。
圖3為現(xiàn)有的輕鋼架帷幕墻結(jié)構(gòu)。
圖4為本發(fā)明的外墻結(jié)構(gòu)安裝垂直剖面圖。
圖5為本發(fā)明第二具體實施例的安裝水平剖面圖。
圖6為本發(fā)明第一具體實施例的水平剖面圖。
圖7為本發(fā)明的墻板單元板片的水平接合安裝圖。
圖中1.……輕鋼架，2.……收邊料，3.……纖維水泥板，4.……輕質(zhì)混凝土，5.……中空型復合材料水泥板材，6.……固定鐵件，7.……連接鐵件，8.……石膏板，9.……防潮紙，10.……鐵絲網(wǎng)，11.……防水橡膠襯墊，12.……防水填縫彈性密封膠，13.……水泥砂漿，14.……表面裝飾材料，15.……建筑物的樓地板，16.……建筑物的梁，17.……防水被覆，18.……增強鐵件，
20′.……墻板單元，20″.……墻板單元。
本發(fā)明可以所使用的材料及制作方式來分類，可分為兩種方式，如圖1所示為本發(fā)明第一具體實施例，及圖2所示為本發(fā)明第二具體實施例。本發(fā)明在工廠內(nèi)預組成版片單元(如圖1、圖2)，而于現(xiàn)場以吊車安裝，適合于任何高低樓層建筑物，尤其是采用無鷹架施工的鋼結(jié)構(gòu)建筑物，更為合適。
以下僅對于兩種具體實施例的使用材料及制作、施工方式說明如下工廠作業(yè)
板片間填塞防水填縫密封膠12→粘貼表面裝飾材料14→完成墻板單元(20′，20″)。
工地作業(yè)現(xiàn)場放樣→安裝固定鐵件6(參見圖4、圖5、圖7)→安裝連接鐵件7(參見圖4、圖5、圖7)→吊裝墻板單元(20′，20″)→施打防水填縫密封膠12→完成。
前述的固定鐵件可為角鐵，槽鋼，鐵板等成型鋼(鍍鋅或不鍍鋅皆可)，錨定拉脹螺栓，焊材等預先埋設于鋼筋混凝土中或鋼結(jié)構(gòu)的鋼骨上的適當位置;再以連接鐵件將各固定鐵件焊接結(jié)合;輕鋼架1為以厚度小于1英寸的薄鋼板為基材，經(jīng)軋壓與表面處理而成的各種C型，W型，Z型，I型斷面的桿件，再以焊接或鎖接方式組合成可承受外力的鋼架，組合而成的輕鋼架1再以點焊，焊接螺絲等方式與固定鐵件及連接鐵件相結(jié)合;收邊件2置放于輕鋼架1的周緣，其目的是使輕鋼架1的周緣在外觀上平整具同一高度及防水性能，尤其是保護完成的墻板單元(20′，20″)的表面裝飾材料14免于搬運及吊裝過程中易受碰撞而損傷。收邊料2可為各種具有L型斷面的金屬角材，亦可預先施加各種表面處理。防水橡膠襯墊11是采用防水橡膠所制成的各種形狀的彈性膠條，它可置于輕鋼架1與收邊料2之間，亦可置放于完成墻板單元的四周輕鋼架外側(cè)，它與輕鋼架1的結(jié)合可采用化學膠合或機械鎖接;其主要作用是安裝墻板單元(20′，20″)后，由于兩互相擠壓的防水橡膠襯墊受到壓密而成為防水阻隔，使成為除了外側(cè)防水填縫密封膠12的一次防水外，再產(chǎn)生二次防水效果;它亦可減少墻板單元(20′，20″)于搬運及吊裝時互相碰撞而造成損傷。
若當采用如圖1所示第一具體實施例的各項材料時，其中的纖維水泥板3除可采用一般的纖維水泥板外，木絲水泥板、防水石膏板及各種人工合成的板片皆可，可通過螺栓鎖接或化學藥劑粘接的方式固定于輕鋼架1及收邊料2之上。兩側(cè)纖維水泥板3之間填充的輕質(zhì)混凝土可使本發(fā)明成為三明治結(jié)構(gòu)物，使本發(fā)明的輕鋼架1及纖維水泥板3結(jié)合成一體，大大的提高本發(fā)明構(gòu)造的各項物理強度(如抗壓、抗拉、抗彎、抗剪)等，亦增加本發(fā)明的隔溫、隔音功能;輕質(zhì)混凝土可采用各類發(fā)泡水泥混凝土或樹脂砂漿和擴張性聚苯乙烯發(fā)泡小珠的混合物皆可;可在四周的輕鋼架預留灌漿孔，將其澆灌入兩側(cè)纖維水泥板之間而成。為增加輕質(zhì)混凝土與主結(jié)構(gòu)輕鋼架1的結(jié)合性，可使用各種幾何形狀的增強鐵件18焊接于輕鋼架1上，或采用各類型的鋼絲網(wǎng)，鐵板網(wǎng)或鐵板(未圖示)焊接于輕鋼架1上而預埋入三明治構(gòu)造物芯材的輕質(zhì)混凝土中，以增加其強度及與輕鋼架1的結(jié)合性。最后再粘貼表面裝飾材料14如磁磚、石材等一般建筑物所用的裝飾材料，亦可以涂料直接涂抹而成。最后若有需要，可再施打填縫劑如泡沫填充劑、聚氨基甲酸脂(Polyurethane)，硅質(zhì)填縫劑(Silicone)等防水彈性材料便可完成。
若系采用如圖2所示第二具體實施例的各項材料時，其中的中空型復合材料水泥板材為使用各類纖維合成，用超聲波，真空脫氣，以超微粒子活性充隙，致密結(jié)構(gòu)，使成低吸水率，再以真空擠出提升強度，以中空結(jié)構(gòu)(如，連續(xù)的工字形)促使制品輕量化，再經(jīng)養(yǎng)成瓷化，一體成型。將此成型的中空復合水泥板材制品5以機械鎖接如螺栓、自鉆螺絲、拉釘?shù)冉Y(jié)合于輕鋼架1上，亦可使用化學藥劑將中空復合水泥板材5與輕鋼架1粘合。二片水泥板材5間可以防水填縫彈性膠填縫，最后再粘貼表面裝飾材料14，并視需要施打填縫劑即可完成。無論采用何種材料以完成本發(fā)明的外墻結(jié)構(gòu)，其若是以前述第二種的預組板片式進行施工時，在工廠作業(yè)的組合輕鋼架1以至粘貼表面裝飾材料14的步驟與前述者完全相同，以便完成墻板單元(20′，20″)，而在工地作業(yè)的現(xiàn)場放樣，預埋固定鐵件及焊接連接鐵件等步驟亦與前述者完全相同，只是在焊接連接鐵件之后將已完成的墻板單元(20′，20″)以吊車等吊至適當位置再以點焊，焊接螺絲等方式與固定鐵件及連接鐵件相結(jié)合，最后在各墻板單元(20′，20″)的接合處再施打填縫劑如聚氨基甲酸脂、硅質(zhì)填縫劑等防水彈性材料即可完成。
以下就本發(fā)明與國內(nèi)已使用的輕鋼架及其他類型帷幕墻之優(yōu)劣點比較如下經(jīng)濟性-如采用本發(fā)明的外墻結(jié)構(gòu)，其施工費用約比鋁帷幕墻低5%，比玻璃帷幕便宜42%，比塘瓷或琺瑯金屬帷幕便宜45%，比復合鋁制墻板便宜44%，比預制混凝土墻板便宜7%，更比舊有的輕鋼架帷幕墻便宜5%，只是以上的比較價格在不同地區(qū)及不同樓高及造型的建筑物將會不盡相同而需有所修正，但不論如何，本發(fā)明將屬于一種相當便宜的結(jié)構(gòu)。
質(zhì)輕耐震性-對一棟建筑物來講，其外墻的輕重與否是非常重要的，因為主體結(jié)構(gòu)必需去支撐它，如減輕外墻的重量，其意義就是減小主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件如梁、柱、基礎的尺寸，也就是節(jié)省材料及施工成本。臺灣為地震區(qū)，建筑物重量的減輕是非常有益的，因為主結(jié)構(gòu)斜撐的需求，完全是依據(jù)該建筑物的重量而定。根據(jù)國內(nèi)結(jié)構(gòu)工程月刊，75年元月所發(fā)表的“臺大醫(yī)院整建計劃結(jié)構(gòu)設計的探討”一文中指出“基礎醫(yī)學大樓外墻采用15cm的預制RC帷幕墻，其分擔至樓地板面積的平均重量約230kg/m2，約占一樓以上建筑物凈重的28%，比例相當高，而主體工程外墻采用輕鋼架帷幕墻，其重量約為預制RC帷幕墻的1/3，故減輕建筑物自重，也減少了地震力，主體工程各大樓原設計采用預制RC帷幕墻，后改用輕鋼架帷幕墻，其鋼骨用料約省了10%，故如能探討預制混凝土板(PCCW)的做法，甚至改用輕質(zhì)骨材減輕建筑物自重，將使結(jié)構(gòu)設計更為經(jīng)濟合理”。
隔熱性能-建筑物外墻的隔熱性，直接影響到該建筑物的空調(diào)設備成本，以及在服務年限內(nèi)的空調(diào)能源費用，尤其是臺灣地處亞熱帶，外墻的隔熱性佳，不但能為業(yè)主節(jié)省龐大的空調(diào)能源費用，更是為地方及政府節(jié)省能源之良策。本發(fā)明的外墻構(gòu)造的隔熱性，因采用輕質(zhì)發(fā)泡混凝土三明治結(jié)構(gòu)，或采用中空構(gòu)造(如，連續(xù)的工字形)，比其他外墻及現(xiàn)有的輕鋼架帷幕墻的隔熱性能要好很多。
隔音性能-本發(fā)明所使用的輕質(zhì)氣泡結(jié)構(gòu)是極佳的隔音構(gòu)造，要比現(xiàn)有的輕鋼架帷幕墻的隔音性能要高出太多。
防水性能-本發(fā)明所使用的表面板材為復合纖維材料水泥板，其防水性能比現(xiàn)有輕鋼架帷幕墻所使用的石膏板及防潮紙的防水性能要高的多。且本發(fā)明采用防水橡膠襯墊(Gasket)二次防水，較一般帷幕墻只有單層一次硅樹脂(Silicone)防水要好的多。
造型自由-本發(fā)明的帷幕墻，因輕鋼架墻骨可依結(jié)構(gòu)物的造型加以設計組合，尤其是本發(fā)明的第一具體實施例，在外形上不論是平板式，圓弧式，三度空間外形或其他幾何外形，甚至懸壁式的陽臺花臺欄桿及女兒墻，皆能圓滿地施工完成，賦予建筑師充分的設計彈性。
品質(zhì)控制簡易-本發(fā)明外墻結(jié)構(gòu)因在工廠內(nèi)制作，遠比在現(xiàn)場施作的他種外墻的品質(zhì)控制更為容易，其完成后的品質(zhì)水準亦較高。且因采用工廠預組現(xiàn)場無鷹架施工，其工期較有鷹架的帷幕墻或傳統(tǒng)RC、紅磚外墻要提早很多。
耐沖擊性能-本發(fā)明所使用的三明治結(jié)構(gòu)或中空
結(jié)構(gòu)較原有輕鋼架帷幕墻結(jié)構(gòu)的石膏板底襯及鐵絲網(wǎng)水泥砂漿薄層在耐沖擊性能上高出太多。
撓曲及抗壓-本發(fā)明因采用三明治結(jié)構(gòu)或中空
結(jié)構(gòu)，故在對撓度及風壓力的抵抗上比現(xiàn)有輕鋼架帷幕墻要高出甚多，其在地震力側(cè)向位移及層間變位抵抗上均較為優(yōu)異。
內(nèi)側(cè)墻面處理上-本發(fā)明的外側(cè)墻面粘貼表面裝飾材料，而內(nèi)側(cè)墻面為平整的水泥板材墻面，可以直接使用，遠較現(xiàn)有輕鋼架帷幕墻，甚至于其他各類帷幕墻均需再加內(nèi)墻處理方可使用的條件優(yōu)異很多。
由以上各項比較，本發(fā)明帷幕墻比現(xiàn)有輕鋼架帷幕墻結(jié)構(gòu)更具有實用性及經(jīng)濟效益高。
權(quán)利要求
1.一種建筑物輕鋼架外墻結(jié)構(gòu)，包括輕鋼架，它是以厚度小于1英寸的薄鋼板為基材，輕軋壓而成為具有C型、W型、Z型或I型等各種不同斷面的桿件后，再以焊接或鎖接等方式組合而制成的可承受外力的一種結(jié)構(gòu)物；收邊料，它是具有L型斷面的金屬角材，以焊接或鎖接等方式設置于該輕鋼架的周緣；復合材料水泥板材，安裝于輕鋼架兩側(cè)而將輕鋼架嵌入其構(gòu)造中；表面裝飾材料，鋪設于復合材料水泥板材的外側(cè)。
2.如權(quán)利要求1所述的建筑物輕鋼架外墻結(jié)構(gòu)，其特征在于，上述復合材料水泥板材可以纖維水泥板鋪設于輕鋼架兩側(cè)，其中再填塞澆灌輕質(zhì)混凝土，以使成為三明治結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求2所述的建筑物輕鋼架外墻結(jié)構(gòu)，其特征在于，上述纖維水泥板以螺栓鎖接或化學藥劑粘接的方式固定于輕鋼架兩側(cè)。
4.如權(quán)利要求2或3所述的建筑物輕鋼架外墻結(jié)構(gòu)，其特征在于，上述纖維水泥板可為木絲水泥板、防水石膏板等各種人工合成板片。
5.如權(quán)利要求2所述的建筑物輕鋼架外墻結(jié)構(gòu)，其特征在于，上述輕質(zhì)混凝土可為各類發(fā)泡水泥混凝土或樹脂砂漿和擴張性聚苯乙烯發(fā)泡小珠的混合物。
6.如權(quán)利要求2或5所述的建筑物輕鋼架外墻結(jié)構(gòu)，其特征在于，為增加輕質(zhì)混凝土的物理性能及與輕鋼架的結(jié)合性，可于其中焊接各類幾何形狀的增強鐵件或鐵絲網(wǎng)、鐵板網(wǎng)及各型鋼板。
7.如權(quán)利要求1所述的建筑物輕鋼架外墻結(jié)構(gòu)，其特征在于，上述復合材料水泥板材中添加了各類增強用纖維，經(jīng)壓出或澆灌制成具有連續(xù)工字形的中空結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明系建筑物外墻所使用的一種構(gòu)造物，它主要是以金屬輕鋼架為主要構(gòu)材，構(gòu)架內(nèi)嵌以水泥復合材料，表層再外飾處理而完成。以此作為建筑物的外墻，由于構(gòu)造簡單施工容易耐震力高，隔熱性能優(yōu)異，運用靈活，功效確實，因此是一種非常實用且經(jīng)濟效益高的外墻結(jié)構(gòu)。
文檔編號E04B2/94GK1095444SQ93105759
公開日1994年11月23日 申請日期1993年5月13日 優(yōu)先權(quán)日1993年5月13日
發(fā)明者蔡敦夫 申請人:蔡敦夫