裝配式預制墻體構造與設計方法研究

俞麗陽

摘要：隨著社會的發(fā)展，我國的裝配式建筑的發(fā)展也有了進展。目前采用不同材料及構造工藝的裝配式預制墻板層出不窮，然而相較于傳統(tǒng)砌筑墻，具有更高強度與剛度的預制墻板對主體結(jié)構的受力影響，特別是地震作用下二者相互作用的影響，截至目前仍未定論。針對目前常用裝配式預制墻板與主體結(jié)構的連接構造，結(jié)合既有墻板承載力及墻板與主體結(jié)構相互作用影響的研究，探討了裝配式預制墻板的設計方法。結(jié)果表明，裝配式預制墻板的設計模式主要可歸納為：①完全避免墻板與主體結(jié)構相互作用;②完全考慮墻板參與結(jié)構抗震的貢獻;③只考慮罕遇地震作用下墻板對結(jié)構的抗側(cè)力貢獻。在墻板與主體結(jié)構間采用柔性連接，一方面可滿足中震以下工況中墻板與結(jié)構的協(xié)同變形，另一方面若設計參數(shù)選取得當在大震下墻板將以對角斜撐的受力模式增加結(jié)構整體的側(cè)向剛度及抗震耗能性能，滿足我國抗震規(guī)范的三水準設防要求，是推薦的設計方案。

關鍵詞：裝配式預制墻體;構造;設計方法

引言

外墻墻體是裝配式建筑的主要組成部分，直接與外部環(huán)境接觸，常常要承受多種荷載、收縮變形乃至凍融循環(huán)的耦合作用，其不僅要滿足一定的強度要求，且還需具有保溫隔熱、隔聲和防水等功能。當墻體處于承重結(jié)構體系中時，墻體還會承受其頂部樓板或屋頂傳遞下來的荷載、墻體自重、風荷載、甚至地震荷載等的作用，因此外墻板的構造及材料性能對建筑能耗、室內(nèi)舒適性和建筑質(zhì)量都有著重要的影響。本文通過對裝配式建筑預制外墻墻體研究現(xiàn)狀的分析，并結(jié)合預制外墻墻體的相關規(guī)程和標準，著重探討了裝配式建筑外墻墻體的技術性能、墻體及墻材性能改性，以及實際應用中存在的問題，旨在對我國裝配式建筑預制外墻墻體的生產(chǎn)制造和推廣應用提供技術借鑒。

1施工方法

準備工作→測量放線→校正墻體豎向鋼筋→封堵墻外側(cè)縫及坐漿分倉→吊裝預制墻板→安裝臨時固定支撐→預制墻板精確調(diào)節(jié)→檢查驗收

1.1準備工作

1.1.1材料準備

預制墻板支撐體系：預制墻板斜支撐結(jié)構由支撐桿與U形卡座組成。調(diào)平套筒：采用M20螺栓;5mm厚定位鋼板：用于墻體豎向連接鋼筋定位;定位鋼板加工圖。

1.1.2預制墻體存放

1）預制墻體存放時采用定型存放架，每個樓設一個墻體構件存放架，采用方鋼管組裝，周邊設置防護欄桿。2）預制外墻板插放時，在200厚內(nèi)承重墻下墊一根100*100mm的方木，以防對保溫板及外葉板造成損壞。3）存放架搭設要求a.存放板架子立柱為150*150*8mm方鋼管，高2.52m，底座為12mm厚鋼板牛腿與立柱焊接，焊縫等級為二級;b.立柱上下各一道水平方鋼管，水平方鋼管為120*120*8mm，長度為4m，上面留孔，孔內(nèi)徑52mm，間距140mm;c.立柱與水平方鋼管現(xiàn)場組裝，立柱底部做500*500*500mm混凝土基礎，基礎埋入地面以下。

1.2測量放線

根據(jù)施工圖紙在樓板上彈出墻體控制線，包括：墻體左右位置線、內(nèi)外墻邊線，門窗洞口邊線（砼樓板上），墻體50cm水平位置控制線（砼樓板上），作業(yè)層50cm標高控制線（豎向鋼筋上）;墻體邊線彈完后，在墻體位置標注出墻體型號;預制墻體與樓板有20mm灌漿層，在預先埋設的螺栓套筒上擰上螺栓，用水準儀將螺母頂調(diào)節(jié)至墻體底部設計標高處，標高調(diào)節(jié)誤差不超過3mm。

1.3校正豎向鋼筋

1.3.1吊裝前預留鋼筋校正

用按照墻體1：1比例制作的定位鋼板調(diào)整豎向鋼筋位置，將定位鋼板套入插筋，根據(jù)定位鋼板采用圓鋼管對鋼筋位置進行精確調(diào)整;以鋼板邊線與控制線對齊為準即可。

1.3.2現(xiàn)澆層與預制層轉(zhuǎn)換位置豎向鋼筋控制

轉(zhuǎn)換層時，下部現(xiàn)澆墻體鋼筋做收頭處理，需根據(jù)預制墻體預埋套筒位置重新插筋;連接鋼筋構造：端部一側(cè)貼焊5d（兩面焊），連接鋼筋具體位置詳見施工圖紙，長度詳見設計圖紙：1）轉(zhuǎn)換層插筋固定措施在轉(zhuǎn)換層預留鋼筋的埋入長度部分加設兩道水平梯子筋，水平梯子筋與墻體豎向梯子筋及墻體水平筋用綁扎絲綁扎牢固，其中第二道水平梯子筋待墻體合模后，根據(jù)控制線精確綁扎。2）連接鋼筋位置校正。

2裝配式預制墻體承載性能設計方法

從前述裝配式預制墻板的構造方式來看，其技術關注點往往集中在墻板建筑功能，及墻板自身以吊裝安全性與安裝靜定性為度量的承載性能，而預制墻板對主體結(jié)構的影響研究較少。以下針對預制墻板自身承載性能及預制墻板對主體結(jié)構影響2方面的研究現(xiàn)狀，對墻板設計方法進行討論。

2.1墻體自身承載性能

利用數(shù)值方法對采用斜插筋對拉的混凝土夾芯板面外抗彎性能進行了分析，結(jié)果表明混凝土夾芯板撓曲剛度的重要影響因素為：①對拉鋼筋彈性模量;②斜插筋的構造方式。對斜插筋對拉的混凝土夾芯板在地震作用下的抗側(cè)力性能進行了試驗研究，結(jié)果表明墻葉配筋網(wǎng)格尺寸相同的情況下，配筋率越大或墻葉配筋率相同但鋼筋網(wǎng)格更密的墻體抗側(cè)整體性更好。對裝配式混凝土預制外圍護墻在風荷載與溫度荷載下，墻底水平拼縫的形成機理進行了數(shù)值分析。結(jié)果表明，溫度荷載對裝配式外墻的裂縫發(fā)展起著決定性作用，建議設置踢腳線以解決溫差引發(fā)的預制墻體底部滲水裂縫。對ALC墻板的面外抗彎性能進行了試驗研究，結(jié)果表明配筋率相同時，配筋根數(shù)增加有利于限制裂縫的寬度，配筋根數(shù)少時ALC與鋼筋粘結(jié)握裹能力較差，易出現(xiàn)粘結(jié)滑移。對一批鋼筋泡沫混凝土夾芯復合墻板進行了抗彎、抗剪性能試驗，結(jié)果表明夾芯板材料類型、混凝土強度、墻板厚等因素對復合墻板的彎剪性能影響顯著。從上述研究可知，增大預制墻板承載力及整體性的關鍵因素主要包括：①選擇合適的內(nèi)外葉墻拉結(jié)構造及提高拉結(jié)件的剛度;②提高墻葉配筋率及適度減少鋼筋網(wǎng)尺寸;③增大墻板厚度、墻板材料強度、芯材強度。

2.2墻體對主體結(jié)構承載性能的影響

在裝配式建筑大力發(fā)展潮流的最初幾年，由于“等同現(xiàn)澆”設計理念的不斷宣貫，在設計與施工為主導的裝配式市場格局下，以設計人員為主的大量裝配式從業(yè)者常將“等同現(xiàn)澆”理念狹隘地采納于建筑功能設計及結(jié)構構造設計的各方各面，在少考慮甚至是不考慮構件生產(chǎn)及施工安裝便利性的基礎上，發(fā)展出了一系列硬搬現(xiàn)澆結(jié)構設計理論的裝配式建筑設計構造方法，認為如此即可保障結(jié)構的各項性能。隨著行業(yè)對裝配式建筑力學性能認知的不斷加深，目前關于裝配式設計方法的研究也逐漸轉(zhuǎn)移至對裝配式特有力學性能的探討中。對采用預制條板填充的鋼筋混凝土框架抗震性能進了試驗研究，條形預制板間、墻板與主體框架間采用植筋或預埋件連接。結(jié)果表明，采用植筋連接的條形墻板在結(jié)構側(cè)向變形較大時能適應主體框架的變形，對主體框架最終破壞形態(tài)影響不大，但在較小側(cè)移時結(jié)構剛度提高較大。

結(jié)語

隨著我國建筑工業(yè)化進程的不斷推進，建筑節(jié)能已經(jīng)成為一個熱點領域?，F(xiàn)階段我國外墻墻材的設計和研究仍大量借用規(guī)范公式，套用現(xiàn)有的計算模型，不同類型的墻體結(jié)構也沒有明確的分類。對此，筆者對裝配式建筑外墻墻體的深入研究提出以下幾點建議：（1）完善對新型材料的預制外墻相關承載能力以及熱工性能參數(shù)的相關規(guī)范，以明確構件生產(chǎn)中不同材料墻體的基本性能參數(shù)，有利于大力推廣預制裝配式墻材。（2）關于預制砌體結(jié)構墻片的研究較少，現(xiàn)階段對不同類型的砌體墻片研究仍采用砌體結(jié)構規(guī)范中的計算模型，應考慮機械化生產(chǎn)的優(yōu)勢和條件，有針對性地對預制砌體墻片結(jié)構、梁柱等的吊裝方式、自動化砌筑工藝進行完善。

參考文獻

[1]裝配式混凝土結(jié)構技術規(guī)程JGJ1-2014

[2]裝配式混凝土結(jié)構工程施工與質(zhì)量驗收規(guī)程DB11/T1030-2013