Big Wood学校的砌体支撑系统.docVIP

Big Wood学校的砌体支撑系统 　　英国诺丁汉的Big Wood中学毗邻Bestwood乡村公园，现有约750名11～16岁的适龄学生。作为英国政府《未来学校建设规划》的一部分，这所中学正在进行重建。该项目耗资1800万英镑，一期工程是建成3幢2层的长方形教学楼（平面为40m×20m），2009年秋季开工。这些建筑采用了砖砌外墙、钢结构框架和复合地板。砖墙由设在窗户上（有些窗口宽度超过9m）的不锈钢砌体支撑系统来支撑。支撑系统固定在长方形的中空边梁上，为砖墙提供了水平支架。 　　材料选择 　　该砖墙支撑系统采用1.4301（S30400）奥氏体不锈钢制造，这也是大多数支撑系统所用的牌号，符合EN845-1标准中材质参考文献3砖墙辅助部件欧洲规范的要求。材料的表面选定为1D标准轧制表面（热扎、经热处理并经酸洗），符合EN 10088-2标准的规定（等同于ASTM A480标准的1号表面）。 　　不锈钢支撑系统之所以优于碳钢支撑系统，是因为碳钢系统有可能在空心墙所处的潮湿环境下发生腐蚀，可能导致砖墙沿灰浆接缝出现裂纹或出现砖墙鼓起。一旦建筑物建成，就无法再接触到砖墙支撑系统，也不可能再实施清洁、检查或维护工作以确保其结构的完整性。在空心墙的条件下，不锈钢在结构设计寿命内有足够的耐用性，这已通过以往记录得到证实。 　　选择不锈钢的另一个原因是，若不锈钢表面在现场发生了损伤，则那层密封不锈钢的透明“钝化膜”能够迅速重新形成，使部件的使用期限不受影响。 　　不锈钢的导热率明显低于碳钢（表1）。由于砖墙支撑系统是固定在主结构上并穿过隔热空心层至外墙面，所以较低的导热率能最大程度地减少冷桥的影响，让建筑物拥有更好的热效率。 　　Big Wood学校的砌体支撑系统设计 　　砖墙支撑系统由整条角钢构成，且设有按一定间隔焊接至角钢垂直边上的支架。这些支架固定到钢结构框架上。对于较宽的空心墙而言，这套系统比传统角钢支撑系统（角钢必须横跨空心墙的整个宽度）的经济性更好，因此可以减少角钢的厚度和重量。支架和角钢的精确尺寸取决于具体项目的空心墙和载荷。在Big Wood中学，这套支架角钢支撑系统的设计可支撑4.5kN/m2的载荷，170mm的空心墙，且支架在支撑结构部件下方突出。图2和图3所示为两种在数学和设计教学区第一层所采用的布置方案。大多数角钢和支架都采用4mm厚的钢板制作，有几个特殊的角部部件采用6mm厚的钢板制造。 　　该系统设计将角钢当作悬臂来建模，同时还考虑到支架间角钢的特性，按照钢结构设计标准进行设计，并经过了大量物理测试和行业经验的验证。角钢趾部相对于钢结构架的垂直挠度限制在1.5mm。 　　支撑钢架采用RAM结构系统软件，按照BS 5950-1标准进行设计。为了避免支撑系统的过度位移，结构边缘构件在设计上都以尽量减少变形为目标，并能够如参考文献所述容许砖墙偏心载荷所引发的扭力。 　　砖墙覆面与内空心墙面连接，连接的最大水平间距为450mm，且在支撑角钢之上300mm范围内。连接细节按照BS 5628标准第1部分，采用符合BS 6399-2标准的风载荷进行检查。 　　将带有窄条砖的预制墙板连接到第2层钢架和冷轧钢框架，以达到所希望的垂直对缝砌法砖墙效果。 　　在不锈钢支撑系统与碳钢结构框架螺栓连接的位置，如果环境变潮湿，则存在电偶腐蚀的风险。这种腐蚀不会影响不锈钢，但有可能导致碳钢腐蚀速率增加。为了防止这种腐蚀，两种金属之间可采用高载荷DPC（防潮）分隔条来隔离，这些分隔条可从卷材上截取，插入支架的背面与长方形碳钢中空型材之间。 　　为支持诺丁汉市实现在10年内成为零碳地区的目标，BigWood中学采取了一系列的创新方案以减少碳排放和用水量。这所中学配备了由可再生能源供能的热电联产（CHP）装置，显著减少了对电网供电的需求量，其碳排放量比现行英国建筑规范低60%，是英国第一所安装了燃烧纯植物油的热电联产装置的教学大楼。这所中学可向电网出售电力，并通过环保证书实现创收，且在中学大门口有能耗和发电量显示。通过采用诸如小容量双冲洗模式水箱、自动喷水龙头和小流量淋浴喷头，以及从建筑物屋顶收集雨水用于冲洗马桶的雨水集流系统，学校对市政供水的需求也大大减少。 　　制作和安装 　　该砖墙支撑系统用板材制造，并采用冷成型工艺。作用在支撑系统上的载荷是垂直和静态的，角钢将永久承受其全部的设计载荷。制作和安装中必须遵守严格的公差，这是因为支架尺寸和砖墙安装位置的轻微偏差都会对载荷位置、相关变形和应力产生较大的影响。在支撑系统设计结束和制作开始前，对结构钢架的竣工位置从其边线和标高方面进行了检查。在安装期间提供了用于对垂直和水平方向进行小调整的装置（图6）。 　　为便于沿角钢长度方向进行水平调整，设计本系统时在每