裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅墻體分類及連接方式應(yīng)用

林 芹，吳 剛，張 輝，王 姣

(1．鹽城工學(xué)院 土木工程學(xué)院， 江蘇 鹽城 224000；2．江蘇景盛建設(shè)工程有限公司，江蘇 鹽城 224000)

1 引言

隨著可持續(xù)發(fā)展和節(jié)能環(huán)保要求的不斷提高，裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅越來越受到重視。裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅是指房屋的構(gòu)件、部品在工廠加工制作后運(yùn)到現(xiàn)場進(jìn)行組裝的預(yù)制裝配式建筑。它綜合了鋼結(jié)構(gòu)與裝配式二者的優(yōu)勢，既有鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕、抗震性能好、建筑空間布置靈活等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又有裝配式結(jié)構(gòu)施工周期短、工廠預(yù)制并現(xiàn)場拼裝、環(huán)境污染小等特點(diǎn)[1]。為進(jìn)一步推動(dòng)鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展，應(yīng)該解決鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)體系、梁柱體系、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)、樓板形式以及配套的墻體材料等問題。目前我國高校以及科研單位對裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅的結(jié)構(gòu)體系以及梁柱體系已進(jìn)行了充分的試驗(yàn)研究工作，而樓板設(shè)計(jì)、墻體與構(gòu)件連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)研究不成熟，勢必會(huì)影響裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅的發(fā)展。本文將介紹裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅的配套墻體及其性能，并重點(diǎn)總結(jié)分析裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅節(jié)點(diǎn)連接方式及其特點(diǎn)，為工程實(shí)踐在節(jié)點(diǎn)連接方式選擇方面提供參考。

2 裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅配套墻體技術(shù)

裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅的墻體在整個(gè)建筑中占了70%的比例，它的性能及節(jié)點(diǎn)連接方式直接影響了裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅的推廣與發(fā)展。住宅墻體按構(gòu)造形式及加工方式分為塊材和板材，本文重點(diǎn)介紹幾種常用的墻體材料性能和施工難易。

2.1 砌筑類墻體

砌筑類墻體常用的是蒸壓輕質(zhì)加氣混凝土砌塊，它主要是將粉煤灰(或硅砂)、水泥、生石灰膠結(jié)料、鋁粉和石膏等按一定配合比混合均勻，攪拌成漿注模后，經(jīng)高溫蒸壓養(yǎng)護(hù)形成的輕質(zhì)制品，內(nèi)部沒有鋼筋加強(qiáng)，如圖1所示。施工時(shí)塊與塊之間用砌筑砂漿處理，施工速度慢。墻體的保溫達(dá)到節(jié)能要求，需要做鋼絲網(wǎng)防止墻體開裂滲水。

2.2 單板類墻體

2.2.1 蒸壓輕質(zhì)加氣混凝土墻板(ALC板)

蒸壓加氣混凝土墻板是以粉煤灰(或硅砂)、水泥、石灰等為主要原料，有防銹處理的鋼筋增強(qiáng)，經(jīng)過高壓蒸氣養(yǎng)護(hù)而成的多氣孔混凝土成型板材，如圖2所示。加氣混凝土墻板為大板，其性能均勻分布，整體保溫效果比加氣混凝土砌塊好。

圖1 蒸壓輕質(zhì)加氣混凝土砌塊

圖2 蒸壓輕質(zhì)加氣混凝土板

2.2.2 泡沫混凝土墻板

與普通混凝土相比，泡沫混凝土中通常沒有粗集料、水膠較大，包含大量氣泡。泡沫混凝土具有自重輕、保溫性能好等特點(diǎn)。

單板類墻體施工時(shí)需要吊裝，部分連接件需要焊接，施工速度快。墻體保溫性能達(dá)到要求，隔熱效果不理想，板材接縫處需要構(gòu)造處理以防雨防漏。

2.3 復(fù)合墻板

復(fù)合墻板的加工方式有現(xiàn)場復(fù)合墻板體系和工廠復(fù)合墻板體系2種方式，本文分別介紹CCA板灌漿墻(現(xiàn)場復(fù)合墻板)和鋼絲網(wǎng)水泥保溫夾芯墻板(工廠復(fù)合墻板)。

2.3.1 CCA板灌漿墻

壓蒸無石棉纖維水泥平板(CCA板)是以硅酸鹽水泥、原生木漿纖維、精細(xì)石英砂、添加劑和水等物質(zhì)，配料成型，再經(jīng)過高溫蒸壓養(yǎng)護(hù)制成的板材。CCA板灌漿墻是以輕鋼龍骨作為骨架，其兩側(cè)CCA板作為面層，然后在骨架與面層板形成的空腔內(nèi)灌注輕骨料混凝土，待混凝土硬化后即形成實(shí)心復(fù)合墻板，如圖3所示。CCA板灌漿墻具有輕質(zhì)高強(qiáng)、保溫隔熱性能好、易于飾面處理等優(yōu)點(diǎn)。

2.3.2 鋼絲網(wǎng)水泥保溫夾芯板

在工廠內(nèi)將低碳冷拔鋼絲焊成三維空間網(wǎng)架，中間填充輕質(zhì)保溫芯材制成的半成品，在施工現(xiàn)場再在夾芯板兩側(cè)噴水泥砂漿或直接在工廠內(nèi)預(yù)制完成，如圖4所示。其具有自重輕、強(qiáng)度高、抗震性能好和保溫隔熱性能好等優(yōu)點(diǎn)?？筛鶕?jù)設(shè)計(jì)要求組合成各種形式的墻體，還可在板內(nèi)預(yù)制設(shè)備管道、門窗洞口等。

圖3 CCA板灌漿墻

圖4 鋼絲網(wǎng)水泥保溫夾芯板

3 裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅墻體節(jié)點(diǎn)連接構(gòu)造

考慮墻體材料的革新及建筑節(jié)能的要求，砌筑類墻體逐漸被淘汰，而板材成為了鋼結(jié)構(gòu)住宅的首選材料，墻體板材與鋼構(gòu)件的連接構(gòu)造設(shè)計(jì)是直接關(guān)系到墻板能否推廣應(yīng)用的重要因素。本文主要介紹蒸壓輕質(zhì)加氣混凝土墻板和復(fù)合墻板的節(jié)點(diǎn)連接和工程應(yīng)用。

3.1 蒸壓輕質(zhì)加氣混凝土墻板(ALC板)節(jié)點(diǎn)連接應(yīng)用

ALC板由于其良好的工作性能，在國內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)住宅中的應(yīng)用非常廣泛，主要的連接方法分為以下幾類。

3.1.1 插入鋼筋連接

該連接節(jié)點(diǎn)安裝時(shí)先在鋼梁翼緣上焊接角鋼，將托板與角鋼焊接，再將接縫的鋼筋焊在托板上，墻板固定好后灌注砂漿，如圖5所示。這種節(jié)點(diǎn)的連接主要用于層間位移較小的鋼框架結(jié)構(gòu)。

3.1.2 鉤頭螺栓連接

這種連接方式先把角鋼焊接在鋼梁上，將鉤頭螺栓預(yù)埋在墻板內(nèi)，安裝墻板時(shí)，將角鋼和鉤頭螺栓焊接起來，如圖6所示。該連接構(gòu)造多用于外墻橫裝和豎裝，節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度大。

3.1.3 搖擺工法連接

搖擺工法連接主要是將角鋼焊在鋼梁翼緣上，專用壓板與角鋼焊接，墻板內(nèi)預(yù)埋專用連接件或預(yù)埋螺絲，專用螺桿與專用壓板、托板相連，如圖7所示。這種連接方式適合于層間變形大的鋼結(jié)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度高，變形能力強(qiáng)，抗震性能好。

圖5 插入鋼筋連接

圖6 鉤頭螺栓連接

圖7 搖擺工法連接

3.2 復(fù)合墻板節(jié)點(diǎn)連接應(yīng)用

復(fù)合墻板的連接并沒有統(tǒng)一的構(gòu)造措施，目前工程使用的連接構(gòu)造都是墻板構(gòu)件廠自主研發(fā)的。

(1)彭軍[2]介紹了安徽省裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅中外墻板節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方法，墻體類型為預(yù)制混凝土夾芯保溫復(fù)合板，外墻板采用“上拉下托”式節(jié)點(diǎn)與主體結(jié)構(gòu)相連，連接件與鋼梁焊接，并在墻板內(nèi)預(yù)埋連接件，上拉下托的連接件用高強(qiáng)度螺栓與預(yù)埋件相連，如圖8所示。這種節(jié)點(diǎn)連接在工程實(shí)踐應(yīng)用時(shí)，其連接節(jié)點(diǎn)的受力性能和抗震性能，還需進(jìn)一步的研究。

(2)吳明磊[3]對裝配式鋼框架-復(fù)合墻板結(jié)構(gòu)體系

圖8 外墻板連接示意

圖9 墻板與鋼框架連接

進(jìn)行了滯回性能研究，所用墻體為鋼絲桁架混凝土復(fù)合板，并設(shè)計(jì)了一種新型的墻板與鋼框架連接形式，如圖9所示。該節(jié)點(diǎn)在框架梁或框架柱上焊接連接鋼板，在復(fù)合墻中設(shè)置預(yù)埋件，連接鋼板與墻板用螺栓連接。試驗(yàn)表明：該結(jié)構(gòu)體系有良好的抗側(cè)和抗震性能。

4 結(jié)論與建議

通過對墻體材料以及連接節(jié)點(diǎn)概述發(fā)現(xiàn)：國內(nèi)裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅的墻體技術(shù)還不成熟，與墻體技術(shù)配套的圖集不全面，大多是企業(yè)性的圖集，達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)化和通用化，必然會(huì)影響到裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅的發(fā)展。建議總結(jié)現(xiàn)有的配套墻體技術(shù)，并結(jié)合典型的試點(diǎn)工程，制定墻體及其連接節(jié)點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化圖集，用以指導(dǎo)工程實(shí)際應(yīng)用。