建筑物輕鋼架外墻結構的制作方法

專利名稱：建筑物輕鋼架外墻結構的制作方法
技術領域：
現今國內建筑物的外墻處理方式，約略可分兩種類別，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最為廣泛的建筑物外墻結構，但因其有以下缺點，因而在面臨國內建筑物越蓋越高的轉換期，將來勢必慢慢的為其他結構所取代。
(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構的建筑物有著其先天上無法取用的缺點。
(2)因紅磚或R.C.外墻皆為現場施工，其品質要求控制不易且工時無法縮短，故在現今社會對于品質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，故在現今社會短缺技術人員及工資高漲環境中，建筑業已急需尋求突破，尋求其他可以替代的外墻結構。
高樓層建筑及鋼骨建筑物已是將來國內建筑的主流，而現今國內建筑界則以帷幕墻做為高層建筑的主要外墻結構，國內現今所使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類金屬帷幕為國內高層建筑最為廣泛使用的外墻結構，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，是國內近幾年來才開始流行的外墻結構，然因其單位靜荷重大及剛性大的特性，恰好與鋼骨結構的特性相背，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造無法承受其荷重，因此目前國內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架系統。
輕型鋼架系統(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，內墻或天花板等的支撐構架。目前在臺灣，輕鋼架內墻隔間，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，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，臺北世界貿易中心展覽大樓、臺灣大學附設醫院整建第二期工程的主體醫學大樓、臺北世貿中心國際會議廳、東帝士臺北敦化南路摩天大樓等亦陸續采用。各該建筑物的主體結構包含有RC、SRC及鋼結構等，目前最高樓高為74公尺。本系統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，更具有經濟、質輕耐震、隔熱性佳、造形自由、品質控制簡易……等等多項優點。
前述國內幾棟建筑物所使用的輕鋼架帷幕墻系統如附圖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→置放收邊料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。
本實用新型乃本設計人潛心研究以上輕鋼架系統的特性，特別針對其缺點加以研究改良所創作，目的是為了使得其在施工迅速上、經濟上、質輕耐震上、耐沖擊能力上，防水隔熱上、品質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使用。
本實用新型提供的一種建筑物輕鋼架外墻結構，包括輕鋼架，其系以厚度小于1英寸的薄鋼板為基材，經軋壓而成為具有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構物；收邊料，其系具有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；金屬浪板，其系具有波浪或連續的
狀斷面的鋼板，以焊接或鎖接等方式鋪設于該輕鋼架同一側并緊密接合該收邊料；水泥砂漿或纖維水泥板，鋪設于該金屬浪板的另一側；表面裝飾材料，鋪設于該水泥砂漿或纖維水泥板的另一側。


圖1為本實用新型建筑物輕鋼架外墻結構的第一具體例。
圖2為本實用新型建筑物輕鋼架外墻結構的第二具體例。
圖3為現有的輕鋼架帷幕墻結構。
圖中1.輕鋼架，2.收邊料，3.金屬浪板，5.剪力釘，6.鐵板網，7.纖維水泥板，8.石膏板，9.防潮紙，10.鐵絲網，13.表面裝飾材料，14.水泥砂漿，20′.墻板單元，20″.墻板單元。
本實用新型可以安裝方式來分類，可分為現場組裝式及工廠預組板片而于現場吊裝兩種方式，前者需于外墻搭設鷹架方能施工，適合低樓層建筑物，后者將工廠預組完成的板片于現場以吊車吊掛安裝，適合于高樓層建筑物。
若以所使用的材料及施工方式來分類，亦可分為兩種方式，如
圖1所示為本實用新型第一具體例，及圖2所示為本實用新型第二具體例。
以下僅針對兩種安裝方式中的各種使用材料及施工方式分別說明如下(一)現場組裝式
現場放樣→預埋固定鐵件(未圖示)→焊接連接鐵件(未圖示)→組合安裝輕鋼架1→置放收邊料2→焊接或鎖接金屬浪板3→→
→施打填縫劑(未圖示)→完成。
(二)預組版片式工廠作業組合輕鋼架1→置放收邊料2→焊接或鎖接金屬浪板3→→
→完成墻板單元(20′，20″)。
工地作業現場放樣→預埋固定鐵件(未圖示)→焊接連接鐵件(未圖示)→吊裝墻板單元(20′，20″)→施打填縫劑(未圖示)→完成。
前述的固定鐵件可為角鐵，槽鋼，鐵皮等成型鋼(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構的鋼骨上的適當位置；再以連接鐵件將各固定鐵件焊接結合；輕鋼架1為以厚度小于1英寸的薄鋼板為基材，經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，尤其是隨后即將安置的金屬浪板3的斷面并不平整(如下所述)，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；金屬浪板3可為經鍍鋅，烤漆，樹脂或其他表面處理而斷面呈波浪狀或連續的
狀的鋼板，金屬浪板3可以焊接或鎖接等方式與輕鋼架1并緊密配合收邊料2而接合；若當采用如
圖1所示第一具體實例的各項材料時，其中的剪力釘5可使用焊接式或螺栓鎖定式的金屬條(形狀可為各種幾何圖形)安裝于金屬浪板3上以增加水泥砂漿與鋼板的抗剪應力；粘接劑可使用各種不損壞鋼板及其表面處理且可增加水泥砂漿與鋼板間的粘著力之各類化學材料；鐵板網6可為各類型及規格的金屬纖網，其表面亦可再施加其他處理以增加水泥砂漿的物理性能，此纖板網6是平均鋪設于金屬浪板3之上的；水泥砂漿13為水，水泥，砂等適量調合而成，亦可再添加砂漿添加劑及玻璃纖維條等各類可增加水泥砂漿物理性能的添加物，此水泥砂漿13由施工人員均勻鋪設于金屬浪板3之上，并覆蓋剪力釘5及纖板網6；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)，硅質填縫劑(Silicone)等防水彈性材料便可完成。
若采用如圖2所示第二具體例的各項材料時，其中的纖維水泥板7除可采用一般的纖維水泥板外，木絲水泥板、防水石膏板等各種人工合成的板片皆可，可借助螺栓鎖接或化學藥劑粘接的方式固定于金屬浪板3之上；金屬浪板3與纖維水泥板7之間可再施加各類填充劑、發泡劑、隔熱隔音材料作為填充之用；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實用新型的外墻結構，其若系以前述第二種的預組版片式施工時，在工廠作業的組合輕鋼架1以至粘貼表面裝飾材料14的步驟與前述者完全相同，以便完成墻版單元(20′，20″)，而在工地作業的現場放樣，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版單元(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合，最后在各墻版單元(20′，20″)之接合處再施打填縫劑如聚氨基甲酸脂(pdyurethane)，硅質填縫劑(silicone)等防水彈性材料即可完成。
以下就本實用新型與國內已使用的輕鋼架及其他類型帷幕墻的優劣點比較如下經濟性－如采用本實用新型的外墻結構，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墻便宜7％，比復合鋁制墻板便宜44％，比預制混凝土墻板便宜45％，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，本實用新型將屬于一種相當便宜的構造。
質輕耐震性一對一棟建筑物來講，其外墻的輕重與否，是非常重要的，因為主體結構必需去支撐它，如減輕外墻的重量，其意義就是減少主體結構構件如梁、柱、基礎的尺寸，也就是節省材料及施工成本。臺灣為地震區，建筑物重量的減輕是非常有益的，因為主結構斜撐的需求，完全是依據該建筑物的重量而定。根據國內結構工程月刊，75年元月所發表的“臺大醫院整建計劃結構設計的探討”一文中指出“基礎醫學大樓外墻采用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，甚至改用輕質骨材減輕建筑物自重，將使結構設計更為經濟合理”。本實用新型外墻結構的重量，比其他類型帷幕墻都輕，在表1中有明確的比較圖表，將使得建筑物在耐震性能及成本上的效益大大提高。
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設備成本，以及在服務年限內的空調能源費用，尤其是臺灣地處亞熱帶，外墻的隔熱性佳，不但能為業主節省龐大的空調能源費用，更是為地方及政府節省能源之良策。本實用新型的外墻構造的隔熱性，比其他帷幕墻及現有的輕鋼架帷幕墻的隔熱性要好的多，如表1所示。
防水性能－本實用新型所使用的底襯材料為金屬浪板，其防水性能為100％，比現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，甚至高于或不輸于其他類型帷幕墻構造。
造型自由－本實用新型的帷幕墻，因輕鋼架墻骨可依結構物的造型加以設計組合，故在外形上不論是平板式、圓弧形、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。
品管控制簡易－本實用新型外墻構造施工步驟較原有輕鋼架帷幕墻構造簡單，使用材料也不特殊，金屬浪板底襯較原有輕鋼架帷幕墻的石膏板底襯品質較為優良、穩定、故品管控制更為簡易。
耐沖擊性能－本實用新型所使用的金屬浪板底襯較原有輕鋼架帷幕墻結構的石膏板底襯在耐沖擊性能上高出太多，因而本實用新型所抵抗的沖擊力是原有輕鋼架帷幕墻所無法比擬的。
撓曲及層間變位上－本實用新型因采用金屬浪板底襯，故在撓度及層間變位上的抵抗遠比現有輕鋼架帷幕墻高出甚多，其在地震力側向位移及風壓力的抗壓上均較為優異。
由以上各項比較，本實用新型帷幕墻比現有輕鋼架帷幕墻結構更具有實用性及經濟效益高。
權利要求1.一種建筑物輕鋼架外墻結構，包括輕鋼架，其系以厚度小于1英寸的薄鋼板為基材，經軋壓而成為具有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成為可承受外力的一種結構物；收邊料，其系具有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；金屬浪板，其系具有波浪或連續的
狀斷面的鋼板，以焊接或鎖接等方式鋪設于該輕鋼架同一側并緊密接合該收邊料；水泥砂漿或纖維水泥板，鋪設于該金屬浪板的另一側；表面裝飾材料，鋪設于該水泥砂漿或纖維水泥板的另一側。
2.如權利要求1所述的建筑物輕鋼架外墻結構，其特征在于，于鋪設該水泥砂漿至該金屬浪板的該側前，可先于該金屬浪板的該側以焊接或鎖接的方式裝置多個剪力釘，其可為具各種不同外型的金屬條，再鋪設鐵板網，其可為各類型及規格的金屬網；最后再鋪設該水泥砂漿并覆蓋住該剪力釘及鐵板網。
3.如權利要求2所述的建筑物輕鋼架外墻結構，其特征在于，使用各種粘接劑以增加該水泥砂漿與該金屬浪板間的粘著力，亦可于該水泥砂漿中添加各種添加劑、玻璃纖維條以增加該水泥砂漿的物理特性。
4.如權利要求2所述的建筑物輕鋼架外墻結構，其特征在于，上述鐵板網已被施以鍍鋅等表面處理。
5.如權利要求1所述的建筑物輕鋼架外墻結構，其特征在于，上述纖維水泥板系以螺栓鎖接或化學藥劑粘接的方式固定于該金屬浪板的該側。
6.如權利要求1或5所述的建筑物輕鋼架外墻結構，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。
7.如權利要求1或5所述的建筑物輕鋼架外墻結構，其特征在于，在上述纖維水泥板與上述金屬浪板之間施打各種填充劑、發泡劑等隔熱隔音材料。
8.如權利要求6所述的建筑物輕鋼架外墻結構，其特征在于，在上述纖維水泥板與上述金屬浪板之間施打各種填充劑、發泡劑等隔熱隔音材料。
9.如權利要求1所述的建筑物輕鋼架外墻結構，其特征在于，在鋪設該表面裝飾材料后再施打各類填縫劑如泡沫填充劑，聚氨基甲酸脂或硅質填縫劑等防水彈性材料。
10.如權利要求1所述的建筑物輕鋼架外墻結構，其特征在于，上述輕鋼架、收邊料及金屬浪板已被施以鍍鋅等表面處理。
11.如權利要求1或9所述的建筑物輕鋼架外墻結構，其特征在于，上述表面裝飾材料為磁磚、石材、琺瑯皮等各種外墻用建材。
12.如權利要求1所述的建筑物輕鋼架外墻結構，其特征在于，上述表面裝飾材料為水泥漆等各種涂料。
專利摘要本實用新型系建筑物外墻所使用的一種構造物，它以金屬輕鋼架為主要構材，外面覆以金屬板及水泥砂漿或水泥板，最外層再外飾處理而完成。以此作為建筑物的外墻，由于構造簡單施工容易及耐震力高，隔熱性能優異，運用靈活，功效確實，因此是一種非常實用且經濟效益高的外墻結構。
文檔編號E04B2/88GK2153593SQ9321285
公開日1994年1月19日 申請日期1993年5月14日 優先權日1993年5月14日
發明者蔡敦夫 申請人:蔡敦夫