阮錦發(fā)

(福建建工集團(tuán)有限責(zé)任公司 福建福州 350001)

0 引言

裝配式建筑的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化生產(chǎn)、裝配化施工、一體化裝修、信息化管理等特點(diǎn)，使其能夠應(yīng)對(duì)我國人口紅利減少對(duì)用工造成的不利影響，減輕建筑給環(huán)境造成的負(fù)擔(dān)，提高建筑品質(zhì)，節(jié)省建造成本，從而在我國建筑行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)階段進(jìn)入了快速發(fā)展的特殊歷史時(shí)期。目前，裝配式領(lǐng)域結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展對(duì)象主要集中在裝配式的混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)以及相應(yīng)的組合、混合結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)得到業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)可，但是單純的體系建設(shè)并不能完全滿足建筑使用功能的要求。裝配式圍護(hù)墻體作為裝配式建筑的重要組成部分，在建筑物的功能劃分、保溫隔熱、擋雨防風(fēng)等方面起到關(guān)鍵作用。墻體與主體結(jié)構(gòu)連接的安全與否關(guān)系到人身財(cái)產(chǎn)的安全，墻體的集成程度影響著使用的舒適性。作為裝配式圍護(hù)墻體組成之一的裝配式外掛圍護(hù)墻體，由于易于工廠化生產(chǎn)、便于現(xiàn)場安裝施工、較容易的接縫處理等特點(diǎn)，在裝配式建筑圍護(hù)系統(tǒng)中得到逐步推廣使用。

1 裝配式外掛墻體的類型

常見的裝配式外掛圍護(hù)墻體按照組成材料大致可以分為水泥基墻體、石材墻體、瓷磚飾面墻體和復(fù)合材料墻體。墻體支承在主體結(jié)構(gòu)上，主體結(jié)構(gòu)在荷載或地震作用下的變形可能對(duì)外掛墻體產(chǎn)生不利影響，需要合理選擇墻體在主體結(jié)構(gòu)上的支承形式。常見的外掛墻體的支承形式可分為線支承連接和點(diǎn)支承連接，線支承連接在荷載、地震作用和主體結(jié)構(gòu)變形時(shí)受力復(fù)雜，點(diǎn)支承連接由于受力情況較線支承連接簡單，在工程上使用較為廣泛。按約束形式的不同，點(diǎn)支承連接可以分為平移型、轉(zhuǎn)動(dòng)型和固定型，如圖1～圖3所示。由于主體框架的層間位移，使得相鄰樓層梁、柱上下端存在相對(duì)位移，平移型支承連接適用于墻體長度方向尺寸大于寬度方向且支撐點(diǎn)位于相鄰樓層受力構(gòu)件的情形，轉(zhuǎn)動(dòng)型支承連接適用于墻體寬度方向尺寸大于長度方向且支撐點(diǎn)位于相鄰樓層受力構(gòu)件的情形，固定型支承連接適用于支撐點(diǎn)位同一受力構(gòu)件的情形。

圖1 平移型支承 圖2 轉(zhuǎn)動(dòng)型支承 圖3 固定型支承

2 裝配式外掛圍護(hù)墻體的設(shè)計(jì)

2.1 墻體分割

墻體分割應(yīng)整體統(tǒng)籌，多方面考慮。墻體分割時(shí)應(yīng)考慮建筑外立面裝飾的需要，考慮道路運(yùn)輸對(duì)墻體寬度、高度的限制，還應(yīng)考慮墻體脫模、運(yùn)輸和吊裝時(shí)的起吊能力。為節(jié)省造價(jià)，應(yīng)進(jìn)行墻體標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，增加模具的利用率。根據(jù)板拼縫設(shè)置，為達(dá)到美觀目的，建議水平分割縫可位于梁腹范圍內(nèi)，做到視覺美觀不外露，位于墻板上緣的連接件，應(yīng)能夠被樓板遮蓋，且遮蓋厚度至少能符合傳統(tǒng)梁筋保護(hù)層的要求。對(duì)于包梁的墻體，其下方連接件的位置應(yīng)盡量設(shè)置在梁側(cè)，考慮連接件能夠被天花板遮蔽。垂直分割縫可位于室內(nèi)墻厚的中心，中心宜對(duì)齊軸線，垂直分割縫位于柱兩側(cè)時(shí)，宜考慮下方鐵件的遮蔽問題和施工的方便性。

2.2 墻體接縫設(shè)計(jì)

在墻體自身物理、力學(xué)性能符合使用性和安全性要求的前提下，合理的墻體拼縫設(shè)計(jì)保證了水密、氣密、防火、熱工和隔聲等性能的要求。構(gòu)造方面，為保證雨水不侵入建筑物室，國內(nèi)外常采用建筑室內(nèi)高、室外低的企口方式作為墻體的水平縫做法，企口高低可以根據(jù)所在地區(qū)風(fēng)壓與臺(tái)風(fēng)發(fā)生頻率確定。水平拼縫處從室外至室內(nèi)常依次設(shè)置密封膠、背稱材料、氣密條和防火封堵，具體設(shè)置如圖4所示。墻體的垂直縫做法同樣根據(jù)所在地區(qū)的風(fēng)壓與臺(tái)風(fēng)影響頻率確定，常采用帶減壓腔的槽口形式與不帶減壓腔的平直形式。豎直拼縫材料設(shè)置類似水平拼縫，具體設(shè)置如圖5所示。當(dāng)?shù)谝坏婪浪?，水汽進(jìn)入墻體，可在一定間隔的樓層處通過設(shè)置斷水措施，檢查漏水位置并防止水汽影響過多樓層。同時(shí)，通過設(shè)置導(dǎo)水措施，可以將水汽排到墻外，保證室內(nèi)的干燥。斷水導(dǎo)水措施如圖6所示。

圖4 水平縫示意圖

圖5 豎直縫示意圖

圖6 斷水和導(dǎo)水示意圖

至于氣密、熱工與隔聲性能，通常利用墻體接縫處材料的性能來保證。國內(nèi)主流建筑用密封膠條主要有聚氨酯密封膠條、聚硫密封膠條、硅酮密封膠條、苯丙密封膠條、純丙密封膠條和醋丙密封膠條，各密封膠條特點(diǎn)如表1所示[1]。建筑防火方面，通常做法是在墻體拼縫近室內(nèi)側(cè)、墻體同主體結(jié)構(gòu)的金屬連接件和墻體同主體結(jié)構(gòu)間空隙中填充或覆蓋防火封堵材料。國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《防火封堵材料》GB23864[2]對(duì)防火封堵材料的性能進(jìn)行了規(guī)定與要求。

接縫處的縫寬常考慮溫度與層間位移因素分別按下式計(jì)算[3]：

(1)溫度變化下節(jié)點(diǎn)位移

(1)

δ=k·α·l·Δt(1-K)

(2)

式中：

W——接縫寬 (mm)；

δ——節(jié)點(diǎn)位移 (mm)；

M1——填縫材料的設(shè)計(jì)伸縮率或剪切位移率(%) ；

t——接縫寬度施工容許誤差 (mm)；

k——修正系數(shù)；

Δt——墻體表面溫度差 (℃)；

l——墻體設(shè)計(jì)長 (mm) ；

K——節(jié)點(diǎn)位移折減率。

(2)層間位移下節(jié)點(diǎn)位移

(3)

ΔL=h×δ×(1-K)

(4)

式中：

W——接縫寬 (mm)；

ΔL——層間位移(mm)；

M2——填縫材料的設(shè)計(jì)伸縮率或剪切位移率(%)；

h——層高 (mm) ；

δ——層間位移 (mm)。

2.3 墻體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

裝配式外掛墻體在荷載和地震作用下，墻體自身和連接件應(yīng)滿足正常使用極限狀態(tài)和承載能力極限狀態(tài)的要求。主要計(jì)算內(nèi)容包括荷載和地震作用的計(jì)算，墻體同主體結(jié)構(gòu)的連接計(jì)算，墻體自身力學(xué)性能的計(jì)算，荷載和地震作用按照行業(yè)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ1[4]計(jì)算。根據(jù)計(jì)算簡圖如圖7所示，容易推導(dǎo)得連接計(jì)算公式如下。

圖7 節(jié)點(diǎn)連接計(jì)算簡圖

2.3.1點(diǎn)掛式連接計(jì)算

(1)連接處豎直荷載和作用的效應(yīng)計(jì)算應(yīng)按下式確定：

(5)

(6)

式中：

ex——連接處豎直方向的作用效應(yīng)在面內(nèi)的水平方向的偏心值(m)；

ey——連接處豎直方向的作用效應(yīng)在面外的水平方向的偏心值(m)；

l——連接錨栓水平間距(m)；

h——連接錨栓豎直間距(m)。

(2)連接處水平荷載和作用的效應(yīng)計(jì)算應(yīng)按下式確定：

(7)

(8)

(9)

式中：

2.3.2墻體受彎承載力

圖9 某生產(chǎn)基地服務(wù)中心及其墻板連接構(gòu)造示意圖

對(duì)于不開洞的干掛式墻體，墻體的最大彎矩可以梁端為簡支的方式根據(jù)力學(xué)概念計(jì)算，計(jì)算跨度可取掛點(diǎn)間幾何長度，計(jì)算簡圖如圖8所示，根據(jù)力學(xué)知識(shí)推導(dǎo)得下列計(jì)算公式。

(10)

(11)

式中：M(x)max，M(y)max——分別為墻板x，y兩方向最大彎矩 (kN·m)；

l0x，l0y——分別為墻板x，y兩方向計(jì)算跨度(m)；

p——墻板承受均布荷載(kN/m2)。

當(dāng)墻板只受彎曲作用，即面內(nèi)薄膜應(yīng)力忽略不計(jì)，只存在彎曲應(yīng)力的情況下，彎曲應(yīng)力可按照行業(yè)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《金屬與石材幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JGJ133[5]的規(guī)定計(jì)算。對(duì)于開洞的干掛式墻體，墻體的最大彎矩計(jì)算可參考《PC帷幕墻之設(shè)計(jì)與施工》[3]中的計(jì)算公式。

圖8 不開洞干掛式墻體計(jì)算簡圖

3 工程案例

某生產(chǎn)基地服務(wù)中心為9層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，部分外墻采用外掛條板墻與預(yù)制梁柱結(jié)合，墻材使用面積約10 000m2。施工現(xiàn)場主要采用機(jī)械化拼裝，減少了手工勞動(dòng)和濕作業(yè)，工期與現(xiàn)澆施工相比減少30%，工程照片及墻板連接構(gòu)造示意圖如圖9所示。該工程外掛墻板采用平移型支承，下端為承重型連接件，固定于主體結(jié)構(gòu)。上端為調(diào)整型連接件，通過在連接處開水平長孔以吸收水平方向的位移從而實(shí)現(xiàn)墻板的滑移功能。

某綜合服務(wù)樓為4層裝配式鋼框架結(jié)構(gòu)，外墻采用裝配式鋼骨架外墻板，鋼骨架通過螺栓連接于方鋼管柱上焊接的掛件，鋼骨架兩側(cè)分別為鉚釘連接的水泥板和鋼塑板，實(shí)現(xiàn)了裝配式墻板同鋼結(jié)構(gòu)主體的合理連接，工程照片及墻板連接構(gòu)造示意圖如圖10所示。該工程外掛墻板采用固定型支承，上下端采用連接形式完全相同的連接件將墻板連接于主體結(jié)構(gòu)，并通過限制連接件1和連接件2的相對(duì)位移，實(shí)現(xiàn)墻板的固定連接。

某健身中心體育館為裝配式鋼結(jié)構(gòu)，外墻采用氟碳漆噴涂的自保溫一體化外掛墻板，實(shí)現(xiàn)了圍護(hù)、保溫、隔音和裝飾功能的集成，整個(gè)工程在3個(gè)月內(nèi)完工，工程照片及墻板連接構(gòu)造示意圖如圖11所示。該工程外掛墻板采用轉(zhuǎn)動(dòng)型支承，上下端采用形式完全相同的弓形連接件將墻板連接于主體結(jié)構(gòu)。通過在外墻板、連接件和托板上開設(shè)豎直或水平長孔，實(shí)現(xiàn)墻板的滑移與轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖10 某綜合服務(wù)樓及其墻板連接構(gòu)造示意圖

圖11 某健身中心體育館及其墻板連接構(gòu)造示意圖

4 結(jié)論

(1)裝配式外掛圍護(hù)墻體是裝配式圍護(hù)系統(tǒng)的組成之一，在國內(nèi)使用尚處于起步階段，工程案例相對(duì)較少，工程水平還處于較低水平。防滲防裂等技術(shù)還需要優(yōu)良的工藝保證，更加成熟的工法支撐。

(2)合理適用的裝配式外掛圍護(hù)墻體的設(shè)計(jì)應(yīng)用，需要專業(yè)齊全的團(tuán)隊(duì)在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工、輔助材料等方面進(jìn)行良好的溝通和配合，注重節(jié)點(diǎn)連接設(shè)計(jì)、拼縫處理、與主體結(jié)構(gòu)配套等多方面周詳?shù)目紤]。

(3)裝配式外掛圍護(hù)墻體雖然在拼縫處理、連接件以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上已有一定研究，但目前工程應(yīng)用效果不佳、集成性不高、產(chǎn)品種類較少，尚需開展多方面深入的基礎(chǔ)研究，并重視研究與工程實(shí)踐相結(jié)合。

[1] 岳森，李文霞.國內(nèi)建筑用密封膠現(xiàn)狀[J].居業(yè)，2012(08)：82-84.

[2] GB 23864-2009 防火封堵材料[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

[3] 安部一郎，相場新之輔.PC帷幕墻之設(shè)計(jì)與施工[M]. 鹿島：鹿島出版社，1984：43-51.

[4] JGJ1-2014 裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2014.

[5] JGJ133-2013 金屬與石材幕墻工程技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2013.