装配式建筑中外挂墙板的连接设计

装配式建筑中外挂墙板的连接设计

熊育明

长沙远大住宅工业集团股份有限公司 长沙  41000

摘要：对外墙挂板设计和受力作用根据相应标准对其在实际运用中的各个方面做详细的论述。对采用外墙挂板在设计和施工有实际的参考建议。

关键词：外挂墙板连接；连接受力；保温装饰；作用；

1.外挂墙板概述及一般要求

1.1外墙挂板的分类。分为承重的预制混凝土墙板（柱间梁板、窗间墙板、剪力墙板）和非承重的预制混凝土墙板（柱间梁板、窗间墙板、幕墙板、做模板用墙、板装饰用外墙板）。

1.2外墙挂板使用范围。外墙板之间的区别主要在于外墙板在建筑中所处的位置不同，因此导致设计计算和连接节点的许多不同。鉴于目前对各种外墙板所做的研究工作和工程实践经验都比较少，本文涉及的内容仅限于墙型外挂墙板，即非承重的、作为围护结构使用的外墙板。外挂墙板主要由于框架结构，采用XPS夹心墙板用作外墙保温一体的情况。

1.3外墙挂板长宽尺寸。根据现阶段吊车的起重能力、卡车的运输能力、施工单位的施工水平、以及连接节点构造的成熟程度，目前还不宜将构件做得过大，较适宜的外挂墙板高度不大于3000mm，且不超过一个层高，长度为一个开间。构件尺度过长或过高，如跨越两个层高后，主体结构层间位移对外墙挂板内力的影响较大，有时甚至需要考虑构件的P-Δ效应。根据外挂墙板在框架结构上的支承情况，可分为点支承和线支承两类。

1.4外挂墙板设计技术要点

外挂墙板应设计为非结构构件，并作为荷载作用在框架结构上。外挂墙板在垂直方向不向下传递在其上的任何构件的重量，在水平方向不向邻近构件传递水平力。外挂墙板与框架主体结构之间的连结构造设计应保证外挂墙板不受主体结构的约束并具有随动性；此时连接装置应能满足主体结构最大层间位移要求。

2.线支承的外挂墙板及其它

外挂墙板应采用合理的连接节点并与主体结构可靠连接。有抗震设防要求时，外挂墙板及其与主体结构的连接节点，应进行抗震设计。

1）. 外挂墙板与主体结构应采用合理的连接节点如图一，以保证荷载传递路径简捷，符合结构的计算假定。

2）. 对外挂墙板除应进行截面设计外，还应重视连接节点的设计。连接节点包括有预埋件及连接件。其中预埋件包括主体结构支承构件中的预埋件，以及在外挂墙板中的预埋件，通过连接件与这两种预埋件的连接，将外挂墙板与主体结构连接在一起。对有抗震设防要求的地区，应对外挂墙板和连接节点进行抗震设计。

3）.外挂墙板结构分析可采用线性弹性方法，其计算简图应符合实际受力状态。对外挂墙板和连接节点进行承载力验算时，其结构重要性系数 应取不小于1.0，连接节点承载力抗震调整系数 应取1.0。

4）外挂墙板与主体结构宜采用柔性连接，连接节点应具有足够的承载力和适应主体结构变形的能力，并应采取可靠的防腐、防锈和防火措施。

3.外挂墙板的作用和作用组合

3.1外挂墙板及连接节点的承载力计算时，荷载组合的效应设计值应符合下列规定：

1）持久设计状况：

当风荷载效应起控制作用时：

当永久荷载效应起控制作用时：

2）地震设计状况：

在水平地震作用下：

（10.2.1-3）

        在竖向地震作用下：

（10.2.1-4）

3）在持久设计状况、地震设计状况下，进行外挂墙板和连接节点的承载力设计时，永久荷载分项系数应按下列规定取值：

（1）进行外挂墙板平面外承载力设计时，应取为0；进行外挂墙板平面内承载力设计时，应取为1.2；

（2）进行连接节点承载力设计时，在持久设计状况下，当风荷载效应起控制作用时，应取1.2；当永久荷载效应起控制作用时，应取1.35；在地震设计状况下，应取1.2；当永久荷载效应对连接节点承载力有利时，应取1.0。

3.2荷载效应分析注意事项

1）支承非结构构件的结构构件，应将非结构构件地震作用效应作为附加作用对待，并满足连接件的锚固要求。（抗震规范13.2.1-3）

2）承重节点应能承受重力荷载、外挂墙板平面外风荷载和地震作用、平面内的水平和竖向地震作用；非承重节点仅承受上述各种荷载与作用中除重力荷载外的各项荷载与作用；

3）在一定的条件下，旋转式外挂墙板可能产生重力荷载仅由一个承重节点承担的工况，应特别注意分析；

4） 计算重力荷载效应值时，除应计入外挂墙板自重外，尚应计入依附于外挂墙板的其他部件和材料的自重。

4.外挂墙板的构造要求

4.1.外挂墙板的高度不宜大于一个层高，厚度不宜小于100mm，工程较多采用50+50+60三明治夹心外墙板。外挂墙板宜采用双层、双向配筋，竖向和水平钢筋的配筋率均不应小于0.15%，且钢筋直径不宜小于5mm，间距不宜大于200mm。由于外挂墙板受到平面外风荷载和地震作用的双向作用，因此应双层、双向配筋，且应满足最小配筋率的要求。

4.2门窗洞口周边、角部应配置加强钢筋。外挂墙板门窗洞口边由于应力集中，应采取防止开裂的加强措施。对开有洞口的外挂墙板，应根据外挂墙板平面内水平和竖向地震作用效应设计值，对洞口边加强钢筋进行配筋计算。一般情况下，洞边钢筋不应少于2根、直径不应小于12mm；该钢筋自洞口边角算起伸入外挂墙板内的长度不应小于。洞口角部尚应配置加强斜筋，加强斜筋不应少于2 12；且应满足锚固长度要求。

4.3外挂墙板最外层钢筋的混凝土保护层厚度除有专门要求外，应符合下列规定：

对石材或面砖饰面，不应小于15mm；对清水混凝土，不应小于20mm；对露骨料装饰面，应从最凹处混凝土表面计起，且不应小于20mm。外挂墙板的饰面可以有多种做法，应根据外挂墙板饰面的不同做法，确定其钢筋混凝土保护层的厚度。当外挂墙板的饰面采用表面露出不同深度的骨料时，其最外层钢筋的保护层厚度，应从最凹处混凝土表面计起。

4.4对外挂墙板承载能力的分析可以采用线弹性方法，使用阶段应对其挠度和裂缝宽度进行控制。外挂墙板一般同时具有装饰功能，对其外表面观感的要求较高，一般在施工阶段不允许开裂。点支承的外挂墙板一般可视连接节点为铰支座，两个方向均按简支构件进行计算分析。

5. 有关三明治外挂墙板

根据美国PCI设计手册，根据预制夹心外墙板在结构中的作用，可以分为承重墙板和非承重墙板两类。当其作为承重墙板时，它与其它结构构件共同承担垂直力和水平力；当其作为非承重墙板时，它仅作为外围护墙体使用。预制夹心外墙板根据其自身构造，可以分为组合墙板和非组合墙板。

5.1在墙板的全生命周期中的非组合墙板

内外叶墙板通过拉结件被连接在一起，但内外叶墙板完全独立地工。这时，拉结件需要有足够的柔韧性，这样，它们可以对墙板中两叶墙体之间在平面内的收缩和温度引起的热胀冷缩提供一些抵抗力。应采取正确的手段，以保证外叶墙板与保温材料不粘结在一起。

5.2在墙板的全生命周期中的组合墙板

在结构的全生命周期中，两叶墙板作为一个完整的组合单元。为了提供组合行为，必须采取正确的方法，以保证在板的跨度方向，两叶墙体之间的剪力传递。此时，应通过刚性拉结件、纵向焊接网桁架、局部的连接两叶墙体的实心混凝土或是其它的经试验验证的方法，这是可以实现的。

5.3在墙板全生命周期中的部分组合墙板

两叶墙板既不独立的工作，也不是完全的组合单元，而是在这两者之间。在部分组合墙板中，拉结件可以在两叶墙体之间，在板的跨度方向提供足够的剪力传递。

5.4在装卸过程中为组合墙板，在使用阶段为非组合墙板：

因为在保温材料和相邻的墙叶之间的早期的粘接强度，结合柔韧的拉结件，会导致较大的组合作用。但是，从长期来看，这个粘接作用被认为是不可靠的。这样，在使用阶段的活荷载下，墙板被认为是非组合墙板。风荷载根据墙叶的刚度，按比例被分布到每个墙叶上。对于细长比的影响，可以采用两个墙叶各自惯性矩的总和

5.5提倡使用非组合夹心墙板，因为内叶结构墙板由于外面包裹有保温材料的保护避免了极端温度的侵扰。这样,可以使内叶结构墙板的弯曲达到最小,并且在结构中消除温度应力。外叶墙板对于由于温度变化产生的膨胀和收缩可以是无约束的,这样可以保持不开裂。对于大于12平方米的外叶墙板,推荐控制裂缝节点。

参考文献：

1. 装配式混凝土结构技术规程JGJ1-2014
2. 混凝土结构设计规范GB50010
3. 建筑抗震设计规范GB50011