裝配式鋼結(jié)構(gòu)鋼梁包覆與墻體填充關(guān)鍵節(jié)點樣板制作及擬靜力試驗研究

王從章，張奎，高思東，王友光

（1.安徽富煌鋼構(gòu)股份有限公司，安徽 合肥 238076；2.阜陽市重點工程建設(shè)管理處，安徽 阜陽 236000）

1 引言

圖1 學(xué)校單體鋼框架結(jié)構(gòu)

圖2 學(xué)校建筑群實體遠景效果

2022 年初安徽省省政府出臺關(guān)于促進建筑業(yè)改革發(fā)展的政策措施。旨在大力推進裝配式鋼結(jié)構(gòu)在建筑工程、市政工程、公共建筑、工業(yè)建筑、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目中推廣應(yīng)用，并采取一系列舉措推動裝配式保溫一體化墻板、高性能混凝土、高強鋼筋和消能減震、預(yù)應(yīng)力技術(shù)及組合結(jié)構(gòu)體系在裝配式建筑中的應(yīng)用[1]。作為裝配式鋼結(jié)構(gòu)公共建筑試點項目，阜陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院新校區(qū)建設(shè)項目整個建設(shè)過程積累了豐富的經(jīng)驗。該項目位于阜陽市清河西路南側(cè)、雙清路北側(cè)、學(xué)苑路東側(cè)、河西路西側(cè)，項目規(guī)劃總占地面積743842m2，其中高等院校用地661789 m2，規(guī)劃建筑面積476600 m2。本期由安徽富煌鋼構(gòu)股份有限公司承建的總建筑面積約296262 m2，包括教學(xué)區(qū)、學(xué)生生活區(qū)、體育運動區(qū)以及智能化工程、室外配套工程等。項目主要采用鋼框架體系，圍護系統(tǒng)采用ALC 板+保溫裝飾一體板，內(nèi)墻采用ALC 條板局部蒸壓加氣混凝土砌塊，樓板采用壓型鋼板。

裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅中的鋼梁包覆關(guān)鍵節(jié)點需要進行包覆處理。鋼梁包覆目的是獲得良好的防火、保溫、隔聲性能[2]，同時更有效地節(jié)省室內(nèi)使用空間，使鋼結(jié)構(gòu)住宅在舒適性上滿足居住要求，為鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑的推廣應(yīng)用提供保障。目前國內(nèi)并沒有統(tǒng)一規(guī)范要求且沒有能夠普遍推廣的好的做法。

2 試驗樣板制作

裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑與混凝土剪力墻住宅建筑結(jié)構(gòu)層間位移角控制要求不同。剪力墻一般按照1/1000 控制，裝配式鋼結(jié)構(gòu)框架一般按照1/300 控制。較大的層間位移角對填充墻和包梁材料適應(yīng)結(jié)構(gòu)變性能力要求不同。為更好地解決裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑墻體和梁包覆開裂問題，需要根據(jù)工程項目開展相關(guān)實驗。

2.1 墻體填充試驗制作

墻體建筑做法采用ALC 砌體砌筑，專用成品水泥砂漿玻纖網(wǎng)抹面，墻體中布設(shè)拉結(jié)筋，墻體砌筑制作工藝按照以下步驟進行。

按設(shè)計節(jié)點及方案要求排版。

嚴格落實施工的操作工藝和施工技術(shù)質(zhì)量檢查標準，砌筑時應(yīng)優(yōu)先選擇砌筑轉(zhuǎn)角砌塊，再砌筑中間部位砌塊，應(yīng)砌一皮再校一皮，應(yīng)拉線控制砌塊標高和砌筑面平整度，砌塊排列非必要不鑲磚，當必須鑲磚時，應(yīng)整磚平砌，盡量分散，鑲砌磚強度應(yīng)大于砌塊強度等級。

蒸壓砂加氣混凝土砌塊檢測試驗的各項指標應(yīng)符合砌體要求的技術(shù)標準，砌筑前應(yīng)按墻段測量尺寸和砌塊規(guī)格并進行排列擺塊，不足整塊的應(yīng)鋸截成需要尺寸，不得小于砌體單元長度的1/3，蒸壓砂加氣混凝土砌塊豎直灰縫寬度不得大于20mm，水平灰縫寬度不得大于15mm，砂漿應(yīng)飽滿。

砌筑墻體前，應(yīng)在墻底部先砌3 皮煤矸石實心磚，規(guī)格200mm×95mm×53mm，灰縫可控制在10mm 左右。衛(wèi)生間、風機房、開水間、泵房、水暖井、制冷機房、變電所、鍋爐房、弱電機房、強弱電井、強弱電間、消防控制室等墻根部澆筑同墻厚300mm 高C20 混凝土，如用于洗浴或長時間有水房間（衛(wèi)生間、開水間、泵房、鍋爐房等）時，根部混凝土墻體上加砌500mm 高混凝土空心磚墻體。消防泵房、消防控制室出入口設(shè)置100mm 高C20 混凝土防水坎，強弱電井、水暖間、變電所、弱電機房、制冷機房、水泵房的出入口設(shè)置300mm高C20混凝土防水坎。

蒸壓砂加氣混凝土砌塊砌筑時，應(yīng)逐皮均勻連續(xù)砌筑。首先把平整的一面設(shè)為正面，砌塊底面水平下落至鋪好的砂漿上，對準位置同時準線校正平整度，用靠尺檢查砌體垂直度，小偏差可采用瓦刀等工具校正。

砌筑蒸壓加氣混凝土磚的過程中，考慮磚原材料中有氣孔，為防止砂漿過量地填入孔洞中，配制砂漿時，可適當提高砂漿的稠度。

砌筑蒸壓砂加氣混凝土砌塊至梁或樓板底部時，按設(shè)計要求預(yù)留20mm 空隙。養(yǎng)護一周后，墻體砂漿強度達到設(shè)計要求，沉降穩(wěn)定，再繼續(xù)施工斜砌磚，斜砌磚可采用蒸壓粉煤灰實心磚砌筑，斜砌磚應(yīng)切割成50 °左右的斜角，補砌砂漿需要擠壓飽滿，對減少墻體產(chǎn)生裂縫發(fā)揮重要作用。

墻體砌筑至有構(gòu)造柱位置時，馬牙槎按規(guī)定留設(shè)，馬牙槎要做到先退后進，每砌300mm 高退60mm 或者進60mm，進退尺寸為60mm，構(gòu)造柱平面定位應(yīng)以經(jīng)過審核的各樓層構(gòu)造柱平面定位圖和設(shè)計文件要求為準。

圖3 拉結(jié)筋與鋼柱連接節(jié)點

圖4 拉結(jié)筋規(guī)格

過梁可采用預(yù)制和現(xiàn)澆兩種方式，構(gòu)造柱需要在兩側(cè)砌筑墻體并預(yù)留形成，構(gòu)造柱施工注意要點：砌筑前，先對構(gòu)造柱位置及鋼梁底部進行粗糙度處理，然后進行構(gòu)造柱縱筋和箍筋鋼筋綁扎；砌筑后，及時清理造柱馬牙槎，用水沖洗。為保證不漏漿，構(gòu)造柱模板要貼設(shè)海綿膠條。澆筑前，先澆筑5mm同標號砂漿。澆筑時利用振搗器保證灌入混凝土密實度。

窗臺壓頂、圈梁、過梁澆筑混凝土?xí)r，使用振動棒充分振搗，采用木抹子等工具壓實抹平?；炷翝仓?2h 后，通過對混凝土表面進行灑水養(yǎng)護，常溫下每日上、下午澆水二次，養(yǎng)護時間不短于1周。

砌筑過程砌塊渣及落地灰，需要清掃處理，采用集中裝車或裝袋運輸至專業(yè)回收站，禁止從樓上肆意拋扔，避免造成環(huán)境污染和安全隱患。

墻體中拉結(jié)筋可采用預(yù)留和鋼筋鋼柱焊接施工工藝與框架柱進行連接，與構(gòu)造柱相連的拉結(jié)筋應(yīng)按照設(shè)計要求預(yù)留不小于錨固長度的鋼筋，不應(yīng)將拉結(jié)筋彎曲使用。

根據(jù)墻體砌筑工藝要注意的要點：墻體縱橫交叉T 型及轉(zhuǎn)角處，應(yīng)留槎，沿墻高每隔50 公分放兩根直徑為6mm 鋼筋，間距10cm，埋設(shè)長度以留槎處，每邊不小于1m，末端彎鉤90°；蒸壓砂加氣混凝土砌塊施工時，兩砌塊之間最小搭砌長度不大于150cm，砌筑完成后嚴禁墻體之間有通縫情況；現(xiàn)場混凝土攪拌時，要嚴格控制水泥、沙、石子等的配合比，砂漿配合比應(yīng)由有相應(yīng)資質(zhì)的實驗室經(jīng)試配完成后確定，攪拌時嚴格按計量配制，保證配合比無誤，在攪拌棚明顯處懸掛各砂漿及混凝土配比指示牌，現(xiàn)場外加劑、水泥、沙均要過秤進行攪拌；砌塊砌筑時應(yīng)向砌筑灑水養(yǎng)護及墻體砌筑完畢后，對整面墻進行為期5d 的澆水養(yǎng)護；施工時，嚴格控制門窗洞口的預(yù)留位置，每層施工前應(yīng)由項目部技術(shù)人員對施工放線進行指導(dǎo)并檢查，檢查合格后需進行復(fù)檢，驗線合格方可進行砌體施工；施工過梁，兩端擱置墻體的搭接不小于25cm，其中，窗臺板兩端擱置墻體內(nèi)的長度不小于60cm；墻體施工完成一定體量時，要根據(jù)專項方案要求對墻體進行及時勾縫處理；在整個砌體施工過程中，嚴格控制墻體鋼筋焊接長度、焊腳尺寸等指標；在整個砌體施工過程中，應(yīng)嚴格控制墻體偏差。

圖5 梁包覆節(jié)點

2.2 梁包覆關(guān)鍵節(jié)點制作

參考國內(nèi)相關(guān)鋼梁鋼柱包覆技術(shù)研究思路[3]，設(shè)計鋼梁腹板空腔實體填充加砌塊方法，具體包括以下幾點：

①H 型鋼梁先進行薄涂膨脹型防火涂料噴涂5mm左右；

圖6 正方向推1/500

圖7 重新往復(fù)加載±1/500

②填充蒸壓加氣混凝土砌塊，砌筑采用專用砂漿，強度不低于7.5MPa；

③砌筑面粉土2cm 專用砂漿，強度不低于7.5MPa；

④整個梁包覆范圍覆蓋玻纖網(wǎng)格布，梁與樓板交界面25cm 范圍，梁與墻板25cm 范圍全部覆蓋，網(wǎng)格布容重不低于160g/m2；

⑤余下包覆業(yè)主可以根據(jù)裝修情況自行考慮。

3 試驗過程及結(jié)果

參照國內(nèi)相關(guān)鋼結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測方法[4]，開展組織試驗。

3.1 層間位移角為1/500

①正方向推1/500，沒有出現(xiàn)裂紋；

圖8 重新往復(fù)加載±1/300

圖9 正方向推1/200

圖10 重新往復(fù)加載±1/200

②重新往復(fù)加載±1/500 后，停于1/500 在墻體右上方，梁柱交接鋼梁下翼緣出現(xiàn)0.17mm裂紋，斜向上45°往內(nèi)側(cè)延伸130mm，平均寬度0.15mm，另外在該位出現(xiàn)一條寬度小于0.1mm 細微裂紋，長約30mm(寬度儀無法準確捕捉測量)墻體左上方，梁柱交接下翼緣出現(xiàn)0.15mm 裂紋，斜向上45°往內(nèi)側(cè)延伸130mm。

3.2 層間位移角為1/300

往復(fù)加載±1/300停于1/300沒有發(fā)生新的變化，裂紋寬度長度均同上一級相同，沒有新的裂紋出現(xiàn)。

3.3 層間位移角為1/200

往復(fù)加載±1/200，停于1/200，原右上方裂紋閉合，長度沒有延伸。左上方沿梁柱交接鋼梁下翼緣出現(xiàn)0.2mm 寬裂紋，斜向上15°往內(nèi)側(cè)延伸700mm。

3.4 層間位移角為1/100

往復(fù)加載±1/100，停于1/100，四個梁柱交接位區(qū)域，墻面右上400×400、左 上400×400、右 下600×600、左 下600×600 空 鼓 區(qū) 域，其 中 右 上200×200、左上200×300 砂漿層表面剝落掉下，網(wǎng)格布漏出。墻面呈現(xiàn)鋼框架對角線45°斜裂縫。

圖11 重新往復(fù)加載±1/100

3.5 層間位移角為1/50

整個過程墻面砂漿表面層不停掉落，墻面整體出現(xiàn)空鼓，沿對角線墻面斷裂，砂漿層炸開，鋼梁與填充墻交接處出現(xiàn)水平通常裂縫。

4 結(jié)論

通過對保溫裝飾一體板與ALC 條板基墻連接關(guān)鍵技術(shù)研究，得出以下結(jié)論：

①對應(yīng)層間位移角為1/500、1/300、1/200，鋼梁包覆范圍沒有影響觀感裂紋，同時填充墻范圍沒有影響觀感裂紋，填充墻體在鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范結(jié)構(gòu)要求范圍內(nèi)，包覆節(jié)點和墻體做法均滿足居住使用功能要求；

圖12 重新往復(fù)加載±1/50

②對應(yīng)層間位移角為1/100、1/50，鋼梁包覆范圍出現(xiàn)影響觀感斜裂紋，同時填充墻范圍出現(xiàn)影響觀感斜裂紋并出現(xiàn)空鼓剝落，此時，包覆節(jié)點和墻體做法均無法滿足居住使用功能要求；

③墻體砌筑及鋼梁包覆過程中，拉結(jié)鋼筋需要焊接到鋼柱或鋼梁上，雙面焊接的長度不小于5倍鋼筋直徑；

④《住宅工程質(zhì)量通病防治技術(shù)規(guī)程》（J1176-01 DB34/1659-01）第5.2中砌體工程裂縫防治，第5.3 中抹灰工程裂縫防治；《砌體結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》（GB 50203-2011）第9 章填充墻砌體工程；《建筑工程裂縫防治技術(shù)規(guī)程》（JGJ／T317-2014）均給出裂紋防治措施，但并沒有給出裂紋限值，參考《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50010-2010）按照結(jié)構(gòu)構(gòu)件要求，對應(yīng)層間位移角，滿足要求，該種做法較國內(nèi)外鋼梁包板做法[5]使用效果更好。