装配式复合墙板抗风性能研究

装配式复合墙板抗风性能研究

谷海静,胡纯兵

浙江国开建设有限公司 温州  325000  浙江伟丰建设有限公司  杭州  311251

摘要：目前装配式建筑在我国建筑领域中的占比逐年增加，但是在工程实际当中，装配式建筑的围护体系却问题频频。围护墙板作为维护体系的核心部件，其自身的安全性逐渐引起了学者专家的关注。围护体系用的最广泛的便是围护挡板，在实际使用中围护挡板主要承受的是风荷载的作用，目前国内市面上常见的围护挡板只能对环境的适应性较差在全国范围内不具有普遍性，而且其自身的工程性能也不理想仍需进一步提升。本文以装配式复合墙板作为研究对象切入，在试验时内对其进行抗风性能试验，主要的变量为复合墙板之间的连接方式，分析墙板产生破坏原因和裂缝发展规律，并深入分析不同参数对墙板抗风性能的影响规律，探讨墙板在正常风载作用下的安全性。

关键词：装配式复合墙板；抗风性能；安全性

Study on wind resistance of fabricated composite wallboard

Abstract：At present, the proportion of prefabricated building in the field of construction is increasing year by year in our country, but in practice, the enclosure system of prefabricated building has many problems. As the core component of maintenance system, the safety of the wall panel has gradually attracted the attention of scholars and experts. The most widely used enclosure system is the enclosure baffle, in the actual use of the enclosure baffle is mainly under the role of wind load, the common enclosure baffle in the domestic market can only be universal to the poor adaptability of the environment, and its own engineering performance is not ideal and still needs to be further improved. In this paper, the assembled composite wall panel is applied as a research object. In the test, the wind resistance test is performed, the main variables are the connection mode between the composite wall panels, and the analysis of the wall panels produce damage causes and crack development law, and indepth Analysis of different parameters on the resistance of wall panel wind resistance, explore the safety of wall panels under normal wind.

Keyword：fabricated composite wallboard; Wind resistance performance; Safety

现浇结构由于其自身整体性较强且抗震性能较好，在我国乃至世界范围的建筑行业得到了广泛的应用，但是现浇结构也因为其作业方式的特点有着不可避免的缺陷，例如所有现浇工序都需在施工现场完成、湿作业工作量大等，极大地制约了现浇产业的发展。因而工厂预制、标准化生产的装配式结构成为建筑行业的一颗新星，极大地弥补了现浇结构的不足，装配式结构不仅很大程度上减少了混凝土结构现场的工作量，而且进一步降低了空气污染、提高了工作效率，大大减少了企业的人工成本[1]。自2017年至今国家及住建部门也发布了一系列的文件推进装配式产业的发展，因而我国这几年在装配式产业中也取得了不菲的成绩，而装配式结构在发展的过程中离不开围挡体系的保护，但是围挡体系也是装配式结构当中最容易出现问题的一环，其安全性直接关乎结构体系内部相关人员的安全性，国内针对装配式符合墙板的研究也取得了较多的成果。刘泓

[2]等人对一种新型复合墙板模拟实际风载作用，测试其在受风载作用时的挠度和抗弯强度，对该复合墙板在实际工况中的安全性进行了综合性评价，该新型复合墙板能够满足正常风载情况下的安全性要求，是一种较为理想的围护墙板材料；刘泰玉[3]等人通过改变龙骨间距和边界条件做了多组平行试验，采用均布堆载方式模拟实际风载作用，对复合墙板进行风载试验，并通过有限元分析对影响复合墙板抗风性能的参数进行了分析；侯和涛[4]等人通过改变复合墙板的配筋率和墙板尺寸参数去探究其对墙板抗风性能的影响，其试验结果中墙板破坏的形态与配筋率之间存在较大的关联性，配筋率较小时墙板发生脆性破坏，随着配筋率逐渐增大至合适范围墙板破坏形态则由脆性破坏变为延性破坏；胡肖静[5]等人通过相关理论计算提出复合墙板挠度计算式，为后续复合墙板受载作用时的内力计算和挠度计算提供了依据；林敬木[6]等人采用通过有限元软件对复合墙板单体受载情况进行模拟，建立复合墙板的有限元模型，通过试验验证模型的准确性，分析不同参数对复合墙板抗风性能的影响；Yaip[7]等人通过12组平行实验测试复合墙板不同参数对其抗风性能的影响，主要考虑有腹板高度及厚度、墙板厚度和是否带窗等几种情况，在正常荷载时该墙板无明显破坏，复合墙板整体承载力随着腹板厚度的增大而增大，而墙板厚度对其承载力的影响则不明显，该类复合板可用于城市建筑当中；Tian Y S[8]等人研究了不同龙骨高度时复合墙板抗风性能的变化，墙板的承载力随着龙骨高度的增加而增加，能够满足工程实际需求；Zwanzig S D[23]等人对某种复合墙板进行了简单的堆载试验，研究了其在受风载作用时的安全性，并通过有限元软件建立墙板单体模型，分析了龙骨间距、材料类型等参数对墙板抗风性能的影响。

围护挡板在实际工作当中主要受到风载的作用，国内大部分围挡墙板在恶劣工况下的安全性仍有待商榷，本文以国内某建材公司研发的复合墙板为研究对象，通过堆载法模拟墙板在实际工况中受到的风载作用，测试其受风载作用时的抗风性能，研究围挡墙板受风载作用时的裂缝发展及分布规律、龙骨应变、墙板极限承载力等相关性能指标，对比不同连接方式对墙板性能的影响，为高层建筑中该类装配式复合墙板抗风设计和安全行评价提供参考。

1 试验构件制作及测点设置

1.1复合墙板选择

本文所用复合墙板为国内某公司研发的新型复合墙板，这种墙板主要是将工农业废料进行筛选、粉碎，通过特定工艺成型得到目标墙板，不仅节约了资源还提高了废弃资源利用率，更加的节能、环保、健康，其构造也比较简单可以提高施工效率。该类墙板的耐火等级为A1级，抗水性及抗冻性也符合国家标准，对其抗风性能的研究却较少，因而本文研究成果具有较强的现实意义。

1.2墙板试件制作

在工程实际当中围护墙板主要承受风荷载的作用，在风载作用下墙板会产生受弯变形，因此本文通过研究受弯状态下复合墙板的性能变化去模拟墙板在风载作用下的状态，设计两组对照试验，主要改变的参数为复合墙板的连接方式（普通螺栓连接和栓焊连接），复合墙板的宽、高、厚分别为3600mm、2820mm、231mm，试件W1为栓焊W2为普通螺栓连接，具体连接方式如图1所示。

图1 复合板节点连接示意图

复合板主要分为内层板、保温层和外层板三部分，钢管龙骨用电木连接置于墙板内部，龙骨与墙板之间通过自攻螺丝连接，自攻螺丝间距为200mm，具体布置如图2所示。

图2 复合墙板自攻螺丝布置图

将角钢焊接在钢梁和龙骨上，通过角钢和螺杆墙板顶部和底部与钢梁连接在一起，复合墙板做好如图3所示。

图3 墙板成品图

2实验加载

2.1加载装置

本次试验加载装置为实验室室内装置，具体尺寸如图4所示，加载装置由墙板和钢板框架组成，将试验墙板放入钢板框架内然后通过夹具固定，进行堆载试验时将墙板和钢框架水平放置在地面上，进行试验。

图4 加载装置示意图

图5 加载现场图

2.2测点布置及加载

在工程实际当中围挡墙板中的龙骨承受了绝大部分的荷载，龙骨分为大、小龙骨两种，在试验时对大小龙骨的应变分别量测，并布置位移计量测复合墙板受载后的位移变化情况。

加载试验的加载方案共分为两个过程，初始过程是荷载由零到正常工况荷载，后一过程为正常工况荷载到墙板极限荷载。起终复合墙板正常工况下的荷载大小可根据《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2012)进行计算。为了使加载过程与实际工况更加接近，本文采用重物堆载法加载，为了保证均布荷载分布的准确率，本文通过对墙板进行网格划分的方法，将加载块均匀的放在网格内逐级加载，每级加载后待位移和应变稳定后再继续加载。

当复合墙板出现贯通裂缝、跨中挠度超出极限值、钢管龙骨发生屈服时停止加载，试验结束记录此时的各项数据。

图6 墙板网格划分示意图

3试验结果分析

3.1试验现象及过程分析

两个复合墙板的弹性工作区基本都在3KN/m2之前，当加载持续增加至5 KN/m

2时能够听到墙板内部有轻微响声，加载到5.5 KN/m2时，由于自攻丝和墙板四角相互挤压而产生裂缝，板面整体和龙骨都未发生破坏，如图7所示。

图7 板角破坏图

进一步对W2进行加载，当荷载超过7.5 KN/m2时墙板开始出现微裂缝，加载至9 KN/m2时方钢龙骨屈服，墙板变形量也超出规定值。

3.2龙骨应变分析

通过对事先安装在试件上的应变片数据进行整理，去除离群和无效数据后各龙骨的应变-时间曲线如图8所示。其中1-1和1-2分别表示大龙骨和小龙骨，图中其余编号规则相同。

W1应变

W2应变

图8 各试件龙骨应变图

如图所示，当荷载小于5.5 KN/m2时，两个试件的龙骨应变与时间基本呈线性增长，大龙骨的应变大于小龙骨，荷载到9 KN/m2时试件W2龙骨屈服，由于栓焊连接更为稳定，因而W1的应变比W2的应变略小一点。

3.3复合墙板跨中荷载-位移曲线分析

通过分析复合墙板的跨中-位移曲线对复合墙板在受载时的挠度大小进行判断，评估其安全性，两个试件的跨中-位移曲线如图9所示。可以看出W1的承载力比W2要高，主要原因在于W1采用栓焊连接，当跨中位移达到安全使用限值时，W1和W2所受的荷载值分别为4 KN/m2和3.6 KN/m2，根据《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2012)计算可知该类复合墙板正常工况荷载值为1.27 KN/m2，对应图中位移值可知，该墙板在正常荷载情况下安全性有保证且有较高的安全系数。对照我国不同地区建筑物复合墙板所受到风载标准值表可知本文研究的新型复合墙板可满足国内90%地区150米及以下高度的建筑物安全使用要求。

图9 荷载-位移曲线

4 结论

本文以国内某建材公司研发的复合墙板为研究对象，通过堆载法模拟墙板在实际工况中受到的风载作用，测试其受风载作用时的抗风性能，研究围挡墙板受风载作用时的裂缝发展及分布规律、龙骨应变、墙板极限承载力等相关性能指标，对比不同连接方式对墙板性能的影响，。结果表明栓焊连接的墙板各方面性能都较普通螺栓连接的墙板要好，在正常工况使用该类墙板能够满足安全性要求，有着更高的安全系数，可以在以后的工程中进行推广使用，本文研究结果可为高层建筑中该类装配式复合墙板抗风设计和安全行评价提供参考。

参考文献

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[2]刘泓, 闫煦, LIUHong,等. EPS发泡砂浆灌浆墙板力学性能研究[J]. 低温建筑技术, 2014, 36(4):3.

[3]刘泰玉. FCP复合墙板抗弯性能研究[D]. 沈阳建筑大学, 2015.

[4]侯和涛, 胡肖静, 李国强,等. 节能复合墙板的极限承载力[J]. 建筑材料学报, 2009, 12(1):6.

[5]胡肖静. 钢结构住宅节能复合墙板的理论与试验研究[D]. 山东大学, 2009.

[6]林敬木. 腹板开孔轻钢龙骨围护墙体抗弯与抗冲击性能研究[D]. 哈尔滨工业大学, 2014.

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[9] Zwanzig S D . Numerical simulation of phase change material composite wallboard in a multi-layered building envelope.[D]. University of Louisville.  2012.