0   前言

鋼結(jié)構(gòu)具有輕質(zhì)、高強、抗震性好、布局靈活、構(gòu)件截面尺寸小、易裝配、施工期短、使用面積高等優(yōu)點，且利于工業(yè)化生產(chǎn)、標準化制作等優(yōu)點。國外裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展較早，以其顯著的優(yōu)點在住宅建筑中占據(jù)了相當大的比例，并且已經(jīng)形成了完整配套的住宅產(chǎn)業(yè)化體系。發(fā)展至今較為成熟的裝配式建筑體系包括意大利BSAIS工業(yè)化建筑體系、瑞典工業(yè)化建筑體系、美國的LSFB輕型鋼框架建筑體系、日本的給水住宅株式會社的Sekisui和Toyotahomes 住宅體系等、美國的Kaiser Bolted Bracket和Con Xtech Con X體系。國外的裝配式住宅發(fā)展歷經(jīng)時間長，設(shè)計體系較完善，施工技術(shù)與配套設(shè)備發(fā)展較成熟，應用推廣十分廣泛。雖然我國鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展起步較晚，但目前已初步實現(xiàn)了從單一結(jié)構(gòu)形式向?qū)Ｓ媒ㄖw系的發(fā)展，并呈現(xiàn)出了體系化、系統(tǒng)化的特點。海天機電輕質(zhì)墻板生產(chǎn)線，墻板設(shè)備，隔墻板設(shè)備，復合墻板設(shè)備，陶粒墻板設(shè)備，石膏墻板設(shè)備，發(fā)泡水泥墻板設(shè)備。

隨著我國裝配式建筑的推廣和鋼結(jié)構(gòu)建筑產(chǎn)業(yè)政策密集出臺，國內(nèi)裝配式鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)迎來了前所未有的發(fā)展機遇。鋼結(jié)構(gòu)建筑中預制夾心保溫外掛墻板（以下簡稱外掛墻板）的裝配化是衡量建筑裝配率的重要指標，但目前仍存在著許多技術(shù)難點，例如：現(xiàn)有墻體材料規(guī)格未實現(xiàn)標準化、節(jié)點未實現(xiàn)規(guī)范化、現(xiàn)場裝配效率低（需考慮結(jié)構(gòu)材料和體系）。針對上述問題，本文旨在通過預制夾心保溫外墻掛板的設(shè)計生產(chǎn)，來實現(xiàn)其在鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑中的應用。

1   設(shè)計技術(shù)研究

1.1   構(gòu)造設(shè)計

構(gòu)造設(shè)計為60 mm外葉板+40 mmXPS保溫層+60 mm內(nèi)葉板，見圖1。內(nèi)、外葉板與夾心保溫板之間通過PDM-90連接件連接。墻板外側(cè)采用GRC裝飾線腳實現(xiàn)建筑外立面線條造型設(shè)計效果。上下墻板拼縫防水采用材料防水為主、構(gòu)造防水為輔的防水方案，在墻板接縫處設(shè)置企口坡度，并在企口兩端用PE棒封堵，企口接縫外側(cè)用耐候膠處理，防止水汽進入板縫向室內(nèi)流動滲透，墻板上下拼縫內(nèi)側(cè)用A級保溫材料封堵，保溫材料上下端采用1.5 mm厚鍍鋅鋼板封堵，防止水汽進入腐蝕鋼結(jié)構(gòu)主體。海天機電輕質(zhì)墻板生產(chǎn)線，墻板設(shè)備，隔墻板設(shè)備，復合墻板設(shè)備，陶粒墻板設(shè)備，石膏墻板設(shè)備，發(fā)泡水泥墻板設(shè)備。

外墻內(nèi)裝飾內(nèi)外側(cè)均采用防火密封材料處理，鋼結(jié)構(gòu)梁外包20 mm厚防火飾面板，墻板內(nèi)側(cè)保溫封堵材料下端鍍鋅鋼板承托與鋼結(jié)構(gòu)梁連接處采用防火密封材料進行層間防火封堵和板縫防火封堵。圖2為外掛外墻板構(gòu)造詳圖。

1.2   連接節(jié)點設(shè)計

外掛墻板通過鋼連接組件與鋼結(jié)構(gòu)梁采用四點簡支連接，外掛墻板所受水平荷載主要考慮自身重心偏移造成的水平力、風荷載以及水平地震力。節(jié)點采用上拉下?lián)蔚倪B接形式，外掛墻板上部兩個節(jié)點為平面外約束點，通過可調(diào)角碼實現(xiàn)墻板上下、左右安裝位置調(diào)節(jié)，下部兩個節(jié)點分別為水平滑動承重鉸支座和承重鉸支座。外掛墻板下部節(jié)點通過預埋T型連接板與連接組件連接，為提高連接板的水平向抗拉拔能力和豎向抗滑移能力，T型連接板端部與槽鋼焊接后預埋在外掛墻板內(nèi)；在T型連接板與角鋼連接端設(shè)有調(diào)節(jié)螺栓，可調(diào)節(jié)螺栓和墊板調(diào)節(jié)外掛墻板安裝標高。外掛墻板上部節(jié)點通過預埋螺栓套筒將連接組件與墻板固定，為提高上部節(jié)點的抗拉拔能力，套筒預埋端部設(shè)有水平向錨固鋼筋。連接構(gòu)造詳圖如圖3所示。

2   外掛墻板生產(chǎn)技術(shù)研究

2.1   混凝土的配合比設(shè)計

（1）普通混凝土

外掛墻板內(nèi)外葉混凝土板強度等級為C30，為保證外掛墻板質(zhì)量，首件制作時對同配合比混凝土進行力學性能、工作性及耐久性能試驗，試驗配合比及試驗結(jié)果見表1、表2。

（2）輕骨料混凝土

由于普通混凝土表觀密度較大，生產(chǎn)的構(gòu)件自重大，生產(chǎn)脫模、吊裝運輸、現(xiàn)場安裝的成本和難度也隨之增加，加之外墻掛板屬于非承重的外圍護結(jié)構(gòu)，不承擔主體結(jié)構(gòu)的荷載，對安裝節(jié)點的設(shè)計方面也會增加難度。因此，針對大面積外墻掛板，為了減輕其自重，緩解運輸和安裝的壓力，本文根據(jù)JGJ 51—2002《輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，通過試驗研究，設(shè)計了密度1 600級，強度等級LC30的輕骨料混凝土，其配合比及試驗結(jié)果見表3、表4。為保證輕骨料混凝土構(gòu)件表面光潔平整，在振搗過程可采用插入式振動器振搗混凝土時，其插入的距離以30 cm為宜，混凝土應振到停止下沉，無顯著氣泡上升，表面平坦一致，呈現(xiàn)薄層水泥漿為止，不得過振以避免輕骨料上浮。

2.2   生產(chǎn)工藝及質(zhì)量控制研究

2.2.1   生產(chǎn)工藝

外掛墻板的生產(chǎn)工藝流程見圖4。

2.2.2   質(zhì)量控制

（1）外掛墻板外觀質(zhì)量和外形尺寸要求較高，墻板外表面應光潔平整，不得有疏松、蜂窩等缺陷。墻板模板采用平澆，整個結(jié)構(gòu)由底模、外側(cè)模和內(nèi)側(cè)模組成，此方案能夠使墻板正面和側(cè)面全部與模板密貼成型，使墻板外露面能夠做到平整光滑，保證墻板外觀質(zhì)量。夾心保溫板連接件采用Peikko公司生產(chǎn)的桁架式不銹鋼連接件。海天機電輕質(zhì)墻板生產(chǎn)線，墻板設(shè)備，隔墻板設(shè)備，復合墻板設(shè)備，陶粒墻板設(shè)備，石膏墻板設(shè)備，發(fā)泡水泥墻板設(shè)備。

（2）脫模應嚴格按照順序拆除模具。脫模起吊時，同條件養(yǎng)護混凝土立方體抗壓強度應根據(jù)設(shè)計要求確定，且不宜小于15 MPa，運輸、起吊強度不應低于設(shè)計強度的70%。海天機電輕質(zhì)墻板生產(chǎn)線，墻板設(shè)備，隔墻板設(shè)備，復合墻板設(shè)備，陶粒墻板設(shè)備，石膏墻板設(shè)備，發(fā)泡水泥墻板設(shè)備。

（3）外掛墻板在澆筑過程中容易產(chǎn)生表面小氣泡，拆模時混凝土容易有小損傷。對缺棱掉角、表面氣孔等外觀缺損應進行修補。海天機電輕質(zhì)墻板生產(chǎn)線，墻板設(shè)備，隔墻板設(shè)備，復合墻板設(shè)備，陶粒墻板設(shè)備，石膏墻板設(shè)備，發(fā)泡水泥墻板設(shè)備。

3   工程應用

3.1   工程概況

上海浦東新區(qū)宣橋05-02地塊項目位于浦東新區(qū)惠南新市鎮(zhèn)。其中，4#樓全部采用鋼結(jié)構(gòu)形式，總建筑面積達6 036 m2，建筑高度達43.60 m，建筑層數(shù)為14層。外圍護結(jié)構(gòu)采用以下兩種墻板形式：①80 mm預制外掛墻板加輕鋼龍骨、內(nèi)側(cè)裝飾面板采用雙層紙面石膏板的內(nèi)保溫墻板；② 60 mm外葉板+40 mmXPS保溫層+60 mm內(nèi)葉板的夾心保溫外掛墻板。根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范，夾心保溫墻板混凝土厚度不小于60 mm，本項目中將內(nèi)葉墻與外葉墻同厚，均為60 mm，與本項目其余樓號相比，建筑外墻厚度減少120 mm，提高了住宅得房率。海天機電輕質(zhì)墻板生產(chǎn)線，墻板設(shè)備，隔墻板設(shè)備，復合墻板設(shè)備，陶粒墻板設(shè)備，石膏墻板設(shè)備，發(fā)泡水泥墻板設(shè)備。

根據(jù)結(jié)構(gòu)布置，標準層每層轉(zhuǎn)角凸窗由于體積過大，采用普通混凝土會出現(xiàn)構(gòu)件自重過大，導致運輸和吊裝困難。因此，在本工程4#鋼結(jié)構(gòu)建筑中轉(zhuǎn)角凸窗（見圖5）及其他樓的外飾面豎向裝飾條（見圖6）采用輕骨料外掛墻板，構(gòu)件種類共27種。

工程實際應用過程中裝配式構(gòu)件表面光滑，無陶粒上浮現(xiàn)象，施工振搗順利。輕骨料混凝土的研發(fā)配制及在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的應用大大降低了結(jié)構(gòu)預制構(gòu)件自重，從而減輕了結(jié)構(gòu)自重、提高了吊裝效率。海天機電輕質(zhì)墻板生產(chǎn)線，墻板設(shè)備，隔墻板設(shè)備，復合墻板設(shè)備，陶粒墻板設(shè)備，石膏墻板設(shè)備，發(fā)泡水泥墻板設(shè)備。

3.2   力學性能試驗驗證

為了保證外掛墻板在風荷載和地震荷載作用下建筑物結(jié)構(gòu)的安全性，開展了墻體靜力試驗，對外掛墻體在平面外荷載作用下的開裂荷載、變形等性能開展研究。海天機電輕質(zhì)墻板生產(chǎn)線，墻板設(shè)備，隔墻板設(shè)備，復合墻板設(shè)備，陶粒墻板設(shè)備，石膏墻板設(shè)備，發(fā)泡水泥墻板設(shè)備。

按照工程實際應用外掛墻板1∶1制作，墻板尺寸為3 000 mm×2 980 mm，厚度為160 mm，構(gòu)造設(shè)計為60 mm外葉板+40 mmXPS保溫層+60 mm內(nèi)葉板。試驗設(shè)計墻板水平放置于兩個混凝土支座上，通過支座上預埋鋼管模擬鋼梁，試驗板中預埋連接件與支座預埋鋼管的連接節(jié)點按照實際工程應用的連接方式連接。通過外掛墻板表面水平堆載模擬風荷載和地震荷載，1~11 級采用堆砂法，從12 級開始采用堆配重塊加載，圖7為試驗加載示意圖及照片。

試驗結(jié)果表明：

（1）支座與墻板連接良好，未出現(xiàn)預埋件拔出和焊縫失效現(xiàn)象。

（2）開裂后下層鋼筋未達到鋼筋屈服應變；連接件弦桿和腹桿加載至最/大應力時應變均小于其屈服應變。

（3）實測墻體開裂荷載為平面外荷載設(shè)計值的5.8倍，能很好地滿足抗裂要求。

（4）墻體的抗彎剛度大，滿足正常使用階段變形要求。

綜上，該項目四點簡支外掛墻板在平面外均布荷載下剛度大、承載力高，具有較大的安全儲備，滿足工程設(shè)計要求。海天機電輕質(zhì)墻板生產(chǎn)線，墻板設(shè)備，隔墻板設(shè)備，復合墻板設(shè)備，陶粒墻板設(shè)備，石膏墻板設(shè)備，發(fā)泡水泥墻板設(shè)備。

3.3   應用效果

目前本工程主體結(jié)構(gòu)已完工，外墻掛板已安裝完成（見圖8），研發(fā)的外墻掛板整體技術(shù)在實際工程中應用效果良好。

4   結(jié)語

（1）研發(fā)了適用于鋼結(jié)構(gòu)建筑的輕質(zhì)體薄的預制夾心保溫外掛墻板，在保證結(jié)構(gòu)可靠和正常使用的基礎(chǔ)上有效提高了住宅得房率。

（2）輕骨料混凝土的研發(fā)配制及在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的應用大大降低了預制構(gòu)件的自重，使得中小型吊裝設(shè)備可以滿足較大構(gòu)件的吊裝要求，提高了吊裝的效率，減輕了結(jié)構(gòu)自重，具有良好的經(jīng)濟和社會效益。海天機電輕質(zhì)墻板生產(chǎn)線，墻板設(shè)備，隔墻板設(shè)備，復合墻板設(shè)備，陶粒墻板設(shè)備，石膏墻板設(shè)備，發(fā)泡水泥墻板設(shè)備。

（3）輕骨料混凝土配制技術(shù)、預制外掛墻板連接技術(shù)、生產(chǎn)工藝以及質(zhì)量控制技術(shù)在實際工程中的成功應用可為其進一步推廣應用提供參考。海天機電輕質(zhì)墻板生產(chǎn)線，墻板設(shè)備，隔墻板設(shè)備，復合墻板設(shè)備，陶粒墻板設(shè)備，石膏墻板設(shè)備，發(fā)泡水泥墻板設(shè)備。