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輕質(zhì)墻板生產(chǎn)線(xiàn)
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裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅用預(yù)制夾心保溫外掛墻板的設(shè)計(jì)與研究

2020-11-09

0   前言


鋼結(jié)構(gòu)具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、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(diǎn),且利于工業(yè)化生產(chǎn)、標(biāo)準(zhǔn)化制作等優(yōu)點(diǎn)。國(guó)外裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展較早,以其顯著的優(yōu)點(diǎn)在住宅建筑中占據(jù)了相當(dāng)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(guó)的LSFB輕型鋼框架建筑體系、日本的給水住宅株式會(huì)社的Sekisui和Toyotahomes 住宅體系等、美國(guó)的Kaiser Bolted Bracket和Con Xtech Con X體系。國(guó)外的裝配式住宅發(fā)展歷經(jīng)時(shí)間長(zhǎng),設(shè)計(jì)體系較完善,施工技術(shù)與配套設(shè)備發(fā)展較成熟,應(yīng)用推廣十分廣泛。雖然我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展起步較晚,但目前已初步實(shí)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(diǎn)。海天機(jī)電輕質(zhì)墻板生產(chǎn)線(xiàn),墻板設(shè)備,隔墻板設(shè)備,復(fù)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(guó)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(tái),國(guó)內(nèi)裝配式鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)迎來(lái)了前所未有的發(fā)展機(jī)遇。鋼結(jié)構(gòu)建筑中預(yù)制夾心保溫外掛墻板(以下簡(jiǎn)稱(chēng)外掛墻板)的裝配化是衡量建筑裝配率的重要指標(biāo),但目前仍存在著許多技術(shù)難點(diǎn),例如:現(xiàn)有墻體材料規(guī)格未實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、節(jié)點(diǎn)未實(shí)現(xiàn)規(guī)范化、現(xiàn)場(chǎng)裝配效率低(需考慮結(jié)構(gòu)材料和體系)。針對(duì)上述問(wèn)題,本文旨在通過(guò)預(yù)制夾心保溫外墻掛板的設(shè)計(jì)生產(chǎn),來(lái)實(shí)現(xiàn)其在鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑中的應(yīng)用。


1   設(shè)計(jì)技術(shù)研究


1.1   構(gòu)造設(shè)計(jì)


構(gòu)造設(shè)計(jì)為60 mm外葉板+40 mmXPS保溫層+60 mm內(nèi)葉板,見(jiàn)圖1。內(nèi)、外葉板與夾心保溫板之間通過(guò)PDM-90連接件連接。墻板外側(cè)采用GRC裝飾線(xiàn)腳實(shí)現(xiàn)建筑外立面線(xiàn)條造型設(shè)計(jì)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(jìn)入板縫向室內(nèi)流動(dòng)滲透,墻板上下拼縫內(nèi)側(cè)用A級(jí)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(jìn)入腐蝕鋼結(jié)構(gòu)主體。海天機(jī)電輕質(zhì)墻板生產(chǎn)線(xiàn),墻板設(shè)備,隔墻板設(shè)備,復(fù)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(jìn)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(diǎn)設(shè)計(jì)


外掛墻板通過(guò)鋼連接組件與鋼結(jié)構(gòu)梁采用四點(diǎn)簡(jiǎn)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(fēng)荷載以及水平地震力。節(jié)點(diǎn)采用上拉下?lián)蔚倪B接形式,外掛墻板上部?jī)蓚€(gè)節(jié)點(diǎn)為平面外約束點(diǎn),通過(guò)可調(diào)角碼實(shí)現(xiàn)墻板上下、左右安裝位置調(diào)節(jié),下部?jī)蓚€(gè)節(jié)點(diǎn)分別為水平滑動(dòng)承重鉸支座和承重鉸支座。外掛墻板下部節(jié)點(diǎn)通過(guò)預(yù)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(yù)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(biāo)高。外掛墻板上部節(jié)點(diǎn)通過(guò)預(yù)埋螺栓套筒將連接組件與墻板固定,為提高上部節(jié)點(diǎn)的抗拉拔能力,套筒預(yù)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(jì)


(1)普通混凝土

外掛墻板內(nèi)外葉混凝土板強(qiáng)度等級(jí)為C30,為保證外掛墻板質(zhì)量,首件制作時(shí)對(duì)同配合比混凝土進(jìn)行力學(xué)性能、工作性及耐久性能試驗(yàn),試驗(yàn)配合比及試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1、表2。



(2)輕骨料混凝土


由于普通混凝土表觀(guān)密度較大,生產(chǎn)的構(gòu)件自重大,生產(chǎn)脫模、吊裝運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)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(hù)結(jié)構(gòu),不承擔(dān)主體結(jié)構(gòu)的荷載,對(duì)安裝節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)方面也會(huì)增加難度。因此,針對(duì)大面積外墻掛板,為了減輕其自重,緩解運(yùn)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(guò)試驗(yàn)研究,設(shè)計(jì)了密度1 600級(jí),強(qiáng)度等級(jí)LC30的輕骨料混凝土,其配合比及試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)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(guò)程可采用插入式振動(dòng)器振搗混凝土?xí)r,其插入的距離以30 cm為宜,混凝土應(yīng)振到停止下沉,無(wú)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(guò)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(jiàn)圖4。



2.2.2   質(zhì)量控制


(1)外掛墻板外觀(guān)質(zhì)量和外形尺寸要求較高,墻板外表面應(yīng)光潔平整,不得有疏松、蜂窩等缺陷。墻板模板采用平澆,整個(gè)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(guān)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(jī)電輕質(zhì)墻板生產(chǎn)線(xiàn),墻板設(shè)備,隔墻板設(shè)備,復(fù)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(yīng)嚴(yán)格按照順序拆除模具。脫模起吊時(shí),同條件養(yǎng)護(hù)混凝土立方體抗壓強(qiáng)度應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定,且不宜小于15 MPa,運(yùn)輸、起吊強(qiáng)度不應(yīng)低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%。海天機(jī)電輕質(zhì)墻板生產(chǎn)線(xiàn),墻板設(shè)備,隔墻板設(shè)備,復(fù)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(guò)程中容易產(chǎn)生表面小氣泡,拆模時(shí)混凝土容易有小損傷。對(duì)缺棱掉角、表面氣孔等外觀(guān)缺損應(yīng)進(jìn)行修補(bǔ)。海天機(jī)電輕質(zhì)墻板生產(chǎn)線(xiàn),墻板設(shè)備,隔墻板設(shè)備,復(fù)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(yīng)用


3.1   工程概況


上海浦東新區(qū)宣橋05-02地塊項(xiàng)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(dá)6 036 m2,建筑高度達(dá)43.60 m,建筑層數(shù)為14層。外圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用以下兩種墻板形式:①80 mm預(yù)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(xiàng)目中將內(nèi)葉墻與外葉墻同厚,均為60 mm,與本項(xiàng)目其余樓號(hào)相比,建筑外墻厚度減少120 mm,提高了住宅得房率。海天機(jī)電輕質(zhì)墻板生產(chǎn)線(xiàn),墻板設(shè)備,隔墻板設(shè)備,復(fù)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(biāo)準(zhǔn)層每層轉(zhuǎn)角凸窗由于體積過(guò)大,采用普通混凝土?xí)霈F(xiàn)構(gòu)件自重過(guò)大,導(dǎo)致運(yùn)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(jiàn)圖5)及其他樓的外飾面豎向裝飾條(見(jiàn)圖6)采用輕骨料外掛墻板,構(gòu)件種類(lèi)共27種。



工程實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中裝配式構(gòu)件表面光滑,無(wú)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(yīng)用大大降低了結(jié)構(gòu)預(yù)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(jī)電輕質(zhì)墻板生產(chǎn)線(xiàn),墻板設(shè)備,隔墻板設(shè)備,復(fù)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(xué)性能試驗(yàn)驗(yàn)證


為了保證外掛墻板在風(fēng)荷載和地震荷載作用下建筑物結(jié)構(gòu)的安全性,開(kāi)展了墻體靜力試驗(yàn),對(duì)外掛墻體在平面外荷載作用下的開(kāi)裂荷載、變形等性能開(kāi)展研究。海天機(jī)電輕質(zhì)墻板生產(chǎn)線(xiàn),墻板設(shè)備,隔墻板設(shè)備,復(fù)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(shí)際應(yīng)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(jì)為60 mm外葉板+40 mmXPS保溫層+60 mm內(nèi)葉板。試驗(yàn)設(shè)計(jì)墻板水平放置于兩個(gè)混凝土支座上,通過(guò)支座上預(yù)埋鋼管模擬鋼梁,試驗(yàn)板中預(yù)埋連接件與支座預(yù)埋鋼管的連接節(jié)點(diǎn)按照實(shí)際工程應(yīng)用的連接方式連接。通過(guò)外掛墻板表面水平堆載模擬風(fēng)荷載和地震荷載,1~11 級(jí)采用堆砂法,從12 級(jí)開(kāi)始采用堆配重塊加載,圖7為試驗(yàn)加載示意圖及照片。



試驗(yàn)結(jié)果表明:


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

(2)開(kāi)裂后下層鋼筋未達(dá)到鋼筋屈服應(yīng)變;連接件弦桿和腹桿加載至最/大應(yīng)力時(shí)應(yīng)變均小于其屈服應(yīng)變。

(3)實(shí)測(cè)墻體開(kāi)裂荷載為平面外荷載設(shè)計(jì)值的5.8倍,能很好地滿(mǎn)足抗裂要求。

(4)墻體的抗彎剛度大,滿(mǎn)足正常使用階段變形要求。

綜上,該項(xiàng)目四點(diǎn)簡(jiǎn)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(chǔ)備,滿(mǎn)足工程設(shè)計(jì)要求。海天機(jī)電輕質(zhì)墻板生產(chǎn)線(xiàn),墻板設(shè)備,隔墻板設(shè)備,復(fù)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(yīng)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(jiàn)圖8),研發(fā)的外墻掛板整體技術(shù)在實(shí)際工程中應(yīng)用效果良好。



4   結(jié)語(yǔ)


(1)研發(fā)了適用于鋼結(jié)構(gòu)建筑的輕質(zhì)體薄的預(yù)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(yīng)用大大降低了預(yù)制構(gòu)件的自重,使得中小型吊裝設(shè)備可以滿(mǎn)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(jì)和社會(huì)效益。海天機(jī)電輕質(zhì)墻板生產(chǎn)線(xiàn),墻板設(shè)備,隔墻板設(shè)備,復(fù)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(yù)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(shí)際工程中的成功應(yīng)用可為其進(jìn)一步推廣應(yīng)用提供參考。海天機(jī)電輕質(zhì)墻板生產(chǎn)線(xiàn),墻板設(shè)備,隔墻板設(shè)備,復(fù)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。


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