【钢管连接件】预制芯柱式普通-泡沫混凝土复合外墙板技术研究

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预制芯柱式普通-泡沫混凝土复合外墙板技术研究

麻建锁李雪娜蔡焕琴

（河北建筑工程学院土木工程学院，张家口河北 075000）

摘要：为了解决当前广大农村住宅的保温性能差，提高农村住宅的抗震性能，本文依据装配式建筑的设计要求及功能要求，提出了一种预制芯柱式普通-泡沫混凝土复合外墙板，选用自主研发的泡沫混凝土作为复合外墙板的保温层，提出了一种新的结构受力形式，既将复合外墙板的结构层采用芯柱式钢筋承受力。保温层的泡沫混凝土与芯柱式结构层的混凝土通过两者的粘结力及拉筋将两者形成一个整体，采用的泡沫混凝土质轻，与同等厚度的预制夹芯板相比很大程度的减小了重量，提高了外墙板的抗震性能。生产工艺简单，连接采用螺栓连接，连接可靠，易操作，实现了建筑物的拆装方便的目标，符合装配式建筑的理念。

关键词：芯柱式，结构保温一体化，预制复合墙板，制备工艺

0 前言

装配式钢筋混凝土剪力墙是一种良好的抗侧力构件，虽然刚度大但延性相对较差；同时，装配式钢筋混凝土剪力墙自身不具备保温性能，后续施工还需做墙体保温系统，施工繁琐；并且随着时间的推移，保温层易从结构层上损坏脱落，导致建筑保温性能减弱，保温层维修耗时费工。还有，现阶段装配式钢筋混凝土剪力墙的上下连接多采用套筒灌浆连接，套筒造价高并且灌浆密实度难以保证，导致上下墙体的连接存在严重隐患。目前，为提高装配式剪力墙连接的可靠性及施工便捷性，达到结构保温一体化的目标，有必要研究一种制作简单、安装速度快、安全可靠的装配式自保温外墙板。本人针对现阶段装配式建钢筋混凝土剪力墙存在的节能缺陷及施工缺陷，提出了一种芯柱式预制普通-泡沫混凝土复合外墙板（以下简称普通-泡沫混凝土复合外墙板），重点介绍了普通-泡沫混凝土复合外墙板的设计、制备工艺研究。

1、普通-泡沫混凝土复合外墙板的设计

1.1普通-泡沫混凝土复合墙板的设计原则

（1）普通-泡沫混凝土复合墙板由泡沫混凝土作为保温层，普通混凝土作为结构受力层两者复合而成；（2）由泡沫混凝土保温层与普通混凝土结构层复合而成的外墙板的厚度小于等于同等设计条件下的预制三明治墙板的厚度；（3）普通-泡沫混凝土复合外墙板的保温性能良好，满足65%节能标准。（4）普通-泡沫混凝土复合外墙板工厂制备工艺简单，现场安装方便。

1.2 普通-泡沫混凝土复合墙板的优化设计

1.2.1 普通-泡沫混凝土复合墙板的保温层材料及板型优化设计

依据普通-泡沫混凝土复合墙板的设计原则，从保温材料和结构层进行了优化设计，见图1。

通过对复合墙板传热系数的理论计算进行了泡沫混凝土材料的研制，选取了铁尾矿砂、废弃红砖颗粒、水泥、发泡剂、稳泡剂原材料，通过机械发泡的方法制备了一种新型的高强泡沫混凝土，经实验测试，其容重在861kg/m~1234kg/m，100mm×100mm×100mm立方体试块的抗压强度≥7MPa，导热系数≤0.164W/（㎡·K），满足65节能标准，同时具有良好的隔音性能，其抗火等级达到了B1。普通-泡沫混凝土复合墙板的结构层部分由普通混凝土与内置的芯柱钢骨架和水平钢筋组成，普通-泡沫混凝土复合墙板结构层与泡沫混凝土保温层两者通过设置凹凸或者斜插钢筋来加强粘结强度。

本文提出的普通-泡沫混凝土复合墙板，包括墙体和预埋于墙体之内的墙体竖向拼接连接件，墙体由钢筋混凝土结构层和泡沫混凝土保温层复合而成，结构层包括结构层钢骨架和结构层混凝土，保温层的材料为自主研制的泡沫混凝土，普通-泡沫混凝土复合墙板的结构层钢骨架包括沿墙体的高度方向通高、沿墙体的宽度方向间隔设置的一组竖向的芯柱钢筋笼组成，其芯柱钢筋笼的高度不大于墙体的高度，结构层钢骨架还包括沿墙体的宽度方向通长、沿墙体的高度方向分

层间隔设置的一组水平钢筋，水平钢筋包括埋入芯柱钢筋笼前后两侧结构层混凝土内、两端均伸出墙体两侧的两道长钢筋，伸出混凝土部分的水平钢筋端部成90度弯钩，两根钢筋形成闭合环，见图2。

1.2.2 普通-泡沫混凝土复合墙板的连接设计

本文设计的普通-泡沫混凝土复合墙板包括上下墙体的连接和左右两块墙板的连接。

普通-泡沫混凝土复合墙板的上下墙板的竖向连接采用预埋钢构件的连接形式，在普通-泡沫混凝土复合墙板芯柱钢筋笼的顶部和底部预埋相对应的墙体顶部连接件和墙体底部连接件，使得芯柱钢筋笼的顶部预埋连接件插入相配合使用的墙体底部连接件，通过栓焊连接的形式将上下墙体连接在一起。

普通-泡沫混凝土复合墙板顶部连接件包括顶部钢管、顶部法兰环板和顶部加劲板，所述顶部法兰环板水平围合顶部钢管一周、位于顶部钢管的顶端，所述顶部法兰环板上沿墙体的宽度方向相对开有安装槽口，顶部法兰板上间隔均布有第一螺栓孔，所述顶部加劲板竖向焊接在顶部钢管与顶部法兰环板下侧之间、紧贴安装槽口，顶部加劲板上间隔设有一列第二螺栓孔，

所述墙体底部连接件包括底部钢管、底部法兰环板、底部上加劲板和底部下加劲板，底部钢管的外径与顶部钢管的内径相适应，底部法兰环板水平围合底部钢管一周、与底部钢管的底端之间预留有一截安装段，底部法兰环板上间隔均布有与第一螺栓孔相配合的第三螺栓孔，底部上加劲板和底部下加劲板成对上下对齐设置，底部上加劲板竖向焊接在底部钢管与底部法兰环板的上侧之间，底部下加劲板竖向焊接在底部法兰环板的下侧，底部下加劲板的长度小于安装段的长度，底部下加劲板上间隔设有一列与第二螺栓孔相配合的第四螺栓孔，底部下加劲板与底部钢管之间预留有安装缝，该安装缝的宽度与顶部钢管的壁厚相适应，安装槽口的宽度与底部下加劲板的厚度相适应，顶部钢管的管壁上对应底部下加劲板的插入位置开有插槽，顶部钢管和底部钢管埋入墙体部分的表面还设有抗剪键，抗剪键的设置提高了钢管连接件与混凝土的粘结力，提高了连接的可靠性，顶部加劲板沿墙板的宽度方向、在顶部钢管的两侧对称设置两块，相应的底部加劲上板和底部加劲下板沿墙板的宽度方向、在底部钢管的两侧也分别对称设置两块，安装槽口在顶部加劲板上、对应底部加劲下板的位置设置错开的两道，用来插入加劲板。普通-泡沫混凝土复合墙板上下预埋的连接件详图见图3。

普通-泡沫混凝土复合墙板顶部钢管的下部插入芯柱钢筋笼的顶部中心，普通-泡沫混凝土复合墙板顶部钢管的上部、顶部法兰环板和设置第二螺栓孔部分的顶部加劲板露出墙板的顶部，普通-泡沫混凝土复合墙板底部钢管的上部插入芯柱钢筋笼的底部中心，普通-泡沫混凝土复合墙板底部钢管的上部、底部法兰环板、部分的底部上加劲板和全部的底部下加劲板露出墙板的底部，通过上下钢管连接件的插入，将上下两片墙板连接成为一个整体，等上部墙体底部的钢管插入下部墙体顶部的钢管后，通过螺栓将上下加劲板的焊接将上下墙板竖向连接在一起即可。上下墙板连接件连接后示意图和墙板连接后的竖向剖面图见图4。

本文提出的普通-泡沫混凝土复合墙板的左右两块墙板的连接方式采用传统的预制剪力墙的连接形式，及左右墙体两侧伸出环状钢筋，每个高度的两片墙体左右伸出的环状钢筋叠加后插入竖向钢筋，随后支模板浇筑混凝土，将左右两片墙体连接在一起。

2 普通-泡沫混凝土复合墙板的制备工艺

普通-泡沫混凝土复合墙板是装配式建筑的预制构件，在预制构件厂采用平模的生产方式，其制备工艺步骤如下：

（1）按照设计尺寸制作墙体顶部连接件和墙体底部连接件；

（2）安装墙体的模具，并对模具进行清理后涂抹脱模剂；

（3）绑扎结构层钢骨架：按照设计尺寸进行芯柱钢筋笼和水平钢筋的绑扎；

（4）将墙体顶部连接件和墙体底部连接件在模具内的设计位置进行布置；

（5）在模具内浇筑结构层混凝土，然后振捣成型；

（6）在结构层混凝土的表面浇筑泡沫混凝土形成泡沫混凝土保温层，进行养护24小时成型脱模，自然养护达到要求后即可。

在普通-泡沫混凝土复合墙板制备的过程中注意事项包括：步骤（3）中，在芯柱钢筋笼内的顶部和底部的相应位置分别焊接定位十字筋，定位十字筋必须保证垂直于纵筋、与箍筋平行，且定位十字筋的四个端头分别与四根纵筋焊接；步骤（4）中，墙体顶部连接件和墙体底部连接件分别与定位十字筋焊接定位，保证两者焊接可靠。

3 普通-泡沫混凝土复合墙板的特点

（1）本文提出的普通-泡沫混凝土复合墙板，通过设置芯柱和水平钢筋作为墙体的受力钢筋，结合剪力墙与框架结构的共同优势，提高墙板的延性，从而提高了墙板的抗震性能。

（2）本文提出的普通-泡沫混凝土复合墙板，保温层采用自主研发的高强泡沫混凝土，在保证墙体结构保温同寿命的前提下，消除了建筑保温的火灾隐患并且能够满足适用于60％及以上节能的标准和50年以上的使用的寿命.

（3）本文提出的普通-泡沫混凝土复合墙板的混凝土结构层和混凝土保温层具有良好的粘结强度，界面连接可靠，降低了传统内保温和外保温做法的隐患，同时降低了同等厚度三明治外墙板的重量，提高了抗震性能。

（4）本文提出的普通-泡沫混凝土复合墙板的上下墙体之间的竖向连接采用方钢管进行连接，设置法兰板和加劲肋板的两道不同向的螺栓连接，在破坏力来临时使得薄弱区首先损坏；上方墙体方钢管的加劲肋板与下部墙体方钢管还进行了焊接，栓焊连接加强了节点连接的可靠性，方钢管之间的连接使得上下墙板的所有连接部分全部依靠钢结构连接节点连接，施工便捷安装迅速，并且钢构件不外漏起到了较好的保护钢材的作用。

4 结语

本文提出的普通-泡沫混凝土复合墙板，结合现阶段装配式建筑结构保温一体化的新目标，将保温与结构通过自主研发的高强泡沫混凝土和普通混凝土相结合，采用泡沫混凝土作为墙体保温层，新型的芯柱式钢筋骨架和水平钢筋作为结构层的受力钢筋，很好的将框架结构和剪力墙结构结合起来，提高了墙体的延性。同时，本文提出的本文提出的普通-泡沫混凝土复合墙板连接采用钢构件连接，更高程度的满足装配化，车间生产便捷，现场安装简单，易于推广。

参考文献

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