繆建楊

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近年來，國家和地方各級政府密集出臺裝配式建筑的發(fā)展規(guī)劃和裝配率要求，預制混凝土構(gòu)件的應用呈現(xiàn)出快速上升的趨勢。根據(jù)功能定位，預制混凝土掛板可以分為圍護板和裝飾板這2類。裝飾板單純地起到建筑墻體裝飾功能，一般被用于混凝土剪力墻或者砌體墻外側(cè)。本文的研究是圍繞裝飾預制混凝土掛板進行展開的。在上海浦東國際機場衛(wèi)星廳及捷運車站工程中，地上建筑首層0～4.0 m高度之間外墻立面上設(shè)有預制清水混凝土掛板。單塊掛板高不超過4.0 m，寬不超過3.6 m，預制掛板厚120 mm。

預制清水混凝土掛板在構(gòu)件廠混凝土一次澆筑成形，施工現(xiàn)場按節(jié)點安裝，構(gòu)件表面不做任何外裝飾，直接采用混凝土成形的自然質(zhì)感表面作為飾面。并且由于其工業(yè)化的生產(chǎn)方式，清水飾面質(zhì)量往往優(yōu)于現(xiàn)澆清水混凝土，因此不同于普通混凝土，預制清水混凝土掛板表面平整光滑、色澤均勻、棱角分明、無碰損和污染。清水混凝土具有樸實無華、自然沉穩(wěn)的外觀韻味，與生俱來的厚重與清雅，是一些現(xiàn)代建筑材料無法效仿和媲美的。

預制混凝土掛板施工屬于裝配式結(jié)構(gòu)的范疇，其與主體結(jié)構(gòu)的連接構(gòu)造是該領(lǐng)域的重點及難點。在施工過程中，對于掛板外飾面的保護有著很高的要求，必須避免在安裝過程中發(fā)生損傷和破壞，同時還要保證預制混凝土掛板安裝后的安全性以及耐久性?；陬A制混凝土掛板安裝的基本要求，其施工過程難度大，操作復雜，合理的掛板連接構(gòu)造可以降低施工難度，節(jié)約工程成本。

預制混凝土掛板與主體結(jié)構(gòu)的連接方式，一般有先掛式和后掛式這2種。所謂先掛式連接，即先將預制構(gòu)件在結(jié)構(gòu)部位采用臨時支撐系統(tǒng)安裝到位，然后利用兩邊的錨筋與主體的柱、梁結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆成一體；所謂后掛式連接，即先進行主體結(jié)構(gòu)的施工，然后逐層進行預制外墻的安裝，連接方式主要采用預埋螺栓或預埋件焊接連接。其中，后掛式連接分為點支撐和線支撐，點支撐連接方式屬于柔性干式連接方式，目前預制混凝土掛板裝配式工程中的干式連接方式應用較少，缺少相應的施工經(jīng)驗。

結(jié)合上海浦東國際機場衛(wèi)星廳及捷運車站工程實際，對預制混凝土掛板施工工藝進行了技術(shù)攻關(guān)，從預制掛板與主體結(jié)構(gòu)的施工特點與難點出發(fā)，結(jié)合工程實施過程中的具體情況，創(chuàng)新了鋼牛腿和混凝土牛腿的細部節(jié)點構(gòu)造，有效解決了外墻掛板與主體結(jié)構(gòu)的連接牢固以及預制混凝土掛板安裝的位置、標高、垂直度、變形控制等諸多難題[1]。

1 預制混凝土掛板連接構(gòu)造的特點

連接構(gòu)造決定了預制混凝土掛板結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性和使用耐久性，根據(jù)以往的施工方法，預制混凝土掛板的連接可以分為濕連接和干連接這2大類[2]。濕連接是在需要相互連接的構(gòu)件之間澆筑混凝土或者灌注水泥漿，使構(gòu)件黏結(jié)。而干連接是在待連接的構(gòu)件中植入鋼構(gòu)件，通過鋼構(gòu)件之間的螺栓連接或者焊接，達到相互連接的目標。

預制混凝土掛板與主體結(jié)構(gòu)連接構(gòu)造的設(shè)計必須考慮到主體結(jié)構(gòu)的變形，諸如結(jié)構(gòu)沉降、層間位移等。國家建筑標準設(shè)計圖集08SJ110-2 08SG333《預制混凝土外墻掛板》也指出預制混凝土掛板與主體結(jié)構(gòu)的連接宜采用柔性連接方式。掛板的連接節(jié)點分為承重連接節(jié)點與非承重連接節(jié)點這2類，分別起到支撐掛板質(zhì)量和結(jié)構(gòu)變形調(diào)節(jié)的作用。根據(jù)適應主體結(jié)構(gòu)變形的原理，預制混凝土掛板的連接構(gòu)造節(jié)點可以分為3種類型（圖1）。

圖1 預制混凝土掛板連接構(gòu)造節(jié)點示意

1）旋轉(zhuǎn)型連接方式。該連接方式通過非承重連接節(jié)點在豎向發(fā)生不同的小位移，適應主體結(jié)構(gòu)的層間旋轉(zhuǎn)變形。

2）平移旋轉(zhuǎn)型連接方式。這種連接方式的要求更高，不僅需要適應結(jié)構(gòu)的層間旋轉(zhuǎn)變形，還需要通過非承重節(jié)點發(fā)生橫向位移達到適應結(jié)構(gòu)層間平移的目的。

3）固定型連接方式。此類連接方式通過承重連接節(jié)點和銷軸等連接件，保證預制混凝土掛板固定在主體結(jié)構(gòu)上，多用于混凝土裝飾板。

2 預制混凝土掛板連接構(gòu)造的設(shè)計

預制混凝土掛板連接構(gòu)造的設(shè)計須適應工程工況[3-5]，滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般要求：

1）安全性是預制混凝土掛板連接構(gòu)造的基本要求，構(gòu)造節(jié)點必須承擔結(jié)構(gòu)在使用壽命內(nèi)的各種載荷，包括掛板自重、風載荷、主體結(jié)構(gòu)變形引起的應力作用等。

2）掛板連接構(gòu)造節(jié)點在其所處的環(huán)境中，應當具備耐久性，具有防銹防腐蝕保護措施。

3）對于形狀不規(guī)則的掛板（如帶有門窗洞口的掛板、L形板等）需考慮到連接構(gòu)造的穩(wěn)定性要求，防止掛板在安裝與使用過程中發(fā)生失穩(wěn)脫落。

4）連接構(gòu)造的設(shè)計應當使掛板的安裝更為便捷，連接件具有可替代性，并且需要綜合考慮施工空間、外墻砌筑、墻體防水保溫等工序的配合。

5）構(gòu)造節(jié)點具有隱蔽的要求，必須隱藏于掛板內(nèi)側(cè)被遮擋的空間或者掛板周邊結(jié)構(gòu)中，避免影響建筑的外觀效果。

6）連接構(gòu)造的設(shè)計需要控制掛板從產(chǎn)品加工、成品運輸、吊裝到定位調(diào)節(jié)整個生產(chǎn)和施工過程的工程成本，滿足經(jīng)濟性原則。

2.1 鋼牛腿連接

鋼牛腿作為一種應用廣泛的連接構(gòu)件，在預制混凝土掛板的連接構(gòu)造中同樣適用。如圖2所示，掛板連接節(jié)點由鋼牛腿、埋件、螺栓、墊片和螺母構(gòu)成。鋼牛腿預埋于預制混凝土掛板內(nèi)側(cè)立面，橫向鋼板開有平行于掛板方向的長條形通孔。埋件由鋼板面板、錨固鋼筋和螺栓套筒焊接而成，預埋于結(jié)構(gòu)柱或者外墻構(gòu)造柱外立面。鋼牛腿作為連接件，其橫向鋼板開有垂直于墻面的長條形通孔，豎向鋼板開有豎直方向的長條形通孔，通過螺栓連接分別與鋼牛腿及埋件固定。當主體結(jié)構(gòu)發(fā)生層間變形時，若該連接節(jié)點承受過大荷載，則可以在上下前后左右3個方向產(chǎn)生一定的位移，達到適應結(jié)構(gòu)變形、避免掛板脫落的目的。

圖2 預制混凝土掛板鋼牛腿連接構(gòu)造節(jié)點

在掛板調(diào)整到位后進行掛板背面的牛腿焊接，如果牛腿勁板高度發(fā)生誤差，重疊的利用氣割割除、短缺的利用短鋼筋填充，先對4只牛腿進行點焊，然后對掛板進行復測、校正。預制板與主體結(jié)構(gòu)連接部位的鋼牛腿間，通過校正后產(chǎn)生的空隙要墊實，墊片采用厚1～3 mm的薄鋼板。確認無誤后進行全面焊接，焊接的質(zhì)量要達到設(shè)計要求。埋件焊接后立即進行隱蔽驗收，合格后進行防護處理，要求敲清焊渣后做1道防銹底漆、2道面漆。

2.2 混凝土牛腿連接

在上海浦東國際機場衛(wèi)星廳及捷運車站工程中，地上建筑首層0～4 m高度之間外墻立面上設(shè)有預制清水混凝土掛板，掛板形式多樣，均為落地式，外立面與地上建筑第2層邊梁外立面齊平，掛板上方有蜂窩鋁板幕墻。南指廊端頭清水掛板滿布且掛板尺寸種類較多，部分掛板預留開啟扇洞口。根據(jù)掛板尺寸劃分，掛板最大質(zhì)量為4.4 t。

該工程清水掛板與主體結(jié)構(gòu)連接采用底部混凝土牛腿支撐與上部拉結(jié)相結(jié)合的形式?；炷僚Ｍ冉孛娉叽鐬?00 mm×350 mm，與±0 m層結(jié)構(gòu)梁通過植筋方式連接。上部拉結(jié)需在＋4.00 m層結(jié)構(gòu)梁側(cè)或外墻構(gòu)造柱位置預埋埋件，墻面埋件通過槽鋼、鋼板等鋼構(gòu)件與掛板頂部埋件焊接，焊縫長度為1.5 cm，焊腳尺寸為6 mm，三級角焊縫。

安裝時，先將掛板完全放置于牛腿上，再焊接上部拉結(jié)點。根據(jù)掛板與＋4.00 m層梁底間距，將上部拉結(jié)分為2種形式：當掛板與梁底間距＜6 cm，考慮施工空間限制，采用鋼板將掛板頂部埋件與＋4.00 m層梁側(cè)埋件焊接；當掛板與梁底間距≥6 cm，采用槽鋼將掛板頂部埋件與墻面埋件鋼牛腿焊接。

2.3 連接節(jié)點構(gòu)造及施工流程

本文根據(jù)實際工況設(shè)計了一種適用該工程的預制混凝土掛板連接方式，如圖3所示。其由掛板底部混凝土牛腿支撐和頂部鋼構(gòu)件拉結(jié)這2部分組成。底部混凝土牛腿作為自重支點，承受掛板質(zhì)量，如圖4所示。

圖3 預制混凝土掛板剖面示意

圖4 預制掛板底部混凝土牛腿支撐

混凝土牛腿根據(jù)圖紙深化，與主體結(jié)構(gòu)一同澆筑，在相關(guān)結(jié)構(gòu)柱以及梁板封模前將角鋼埋件預埋于牛腿表面。在預制混凝土掛板底部預埋角鋼埋件，掛板被擱置于混凝土牛腿上并調(diào)整水平度、垂直度后，用鋼板分別與埋件焊接，實現(xiàn)掛板的底部支撐。清水混凝土掛板安裝前，復核對應位置埋件的位置、型號、尺寸以及結(jié)構(gòu)軸線，確認無誤后方可進行安裝。

頂部拉結(jié)作為非承重節(jié)點，承受水平向風載荷，并且可以通過小位移適應主體結(jié)構(gòu)變形。根據(jù)預制混凝土掛板上表面到上方結(jié)構(gòu)邊梁的距離l0，頂部拉結(jié)具有2種實現(xiàn)形式。

當l0較大時，掛板內(nèi)側(cè)具有足夠的施工操作空間，鋼構(gòu)件拉結(jié)置于結(jié)構(gòu)邊梁下方。其由埋件、連接件、螺栓及墊片組成，如圖5所示。

圖5 l0較大時可實現(xiàn)2個方向位移的頂部拉結(jié)

埋件由鋼板面板、錨固鋼筋和螺栓套筒組成，分別預埋在預制混凝土掛板上表面、結(jié)構(gòu)柱或者外墻構(gòu)造柱外立面。連接件為鋼牛腿，由2塊鋼板和2塊加勁板焊接而成，橫向鋼板一端開有平行于掛板方向的長條形通孔，豎向鋼板開有豎向的通孔，通過螺栓與埋件中的預埋套筒固定，實現(xiàn)預制混凝土掛板的頂部拉結(jié)。這種構(gòu)造設(shè)計使得掛板在因主體結(jié)構(gòu)變形承受過大荷載時，可以在上下左右2個方向發(fā)生一定的位移，避免掛板從結(jié)構(gòu)脫落。

為實現(xiàn)掛板在上下左右前后3個方向的位移，該構(gòu)造節(jié)點可以進行一定的優(yōu)化，如圖6所示。

圖6 l0較大時可實現(xiàn)3個方向位移的頂部拉結(jié)

在圖6中，鋼牛腿預埋于預制混凝土掛板內(nèi)側(cè)立面的頂部，橫向鋼板開有垂直于掛板方向的長條形通孔，外墻上的鋼牛腿的橫向與豎向鋼板均開有特定方向的通孔。預制混凝土掛板上的鋼牛腿與外墻上的鋼牛腿通過螺栓螺帽連接固定，與外墻上埋件通過螺栓套筒連接。

當l0較小時，結(jié)構(gòu)邊梁下方施工空間不足，拉結(jié)置于結(jié)構(gòu)外側(cè)，如圖7所示。

圖7 l0較小時可實現(xiàn)2個方向位移的頂部拉結(jié)

拉結(jié)裝置由埋件、連接件、螺栓及墊片構(gòu)成。埋件分別預埋于預制混凝土掛板上表面與結(jié)構(gòu)邊梁外立面。連接件由鋼板5E-1、5E-2和加勁板焊接而成，鋼板上開有長條狀通孔，加勁板、5E-1上的通孔位于5E-2兩側(cè)。連接件與埋件通過螺栓連接固定。該構(gòu)造節(jié)點同樣使得預制混凝土掛板可以在2個方向進行位移調(diào)整，達到適應主體結(jié)構(gòu)變形的目的。

若對連接件進行優(yōu)化，將其拆分為鋼牛腿與鋼板，可以實現(xiàn)掛板在3個方向的位移。在圖8中，鋼牛腿橫向鋼板開有垂直于掛板方向性的長條形通孔，豎向鋼板開有豎直方向的通孔；鋼板一端開有圓形通孔，與鋼牛腿通過螺栓螺帽連接固定，另一端開有平行于掛板方向的長條形通孔，與埋件通過螺栓連接固定。

圖8 l0較小時可實現(xiàn)3個方向位移的頂部拉結(jié)

掛板安裝就位校正全部完成以后，先連接牛腿與掛板下部預埋件，用電焊先稍作固定，再次細看是否因焊接作用引起構(gòu)件微量變化，若無變化，方可進行全面焊接作業(yè)，最后焊接上部拉結(jié)點。焊接完成后，對埋件及焊縫進行防腐蝕處理：需在除銹后進行底漆（環(huán)氧富鋅防銹漆，厚度80 μm）及封閉漆（環(huán)氧云鐵封閉漆，80 μm）涂裝；做過防銹底漆，若有損壞、返修、剝落或焊接過后的部位應進行補漆處理，補漆完成后進行封閉漆涂裝。

3 結(jié)語

本文介紹的2類預制混凝土掛板的連接構(gòu)造節(jié)點，可以歸類于平移旋轉(zhuǎn)型連接方式，且都屬于干連接。鋼牛腿連接構(gòu)造的4個支點位于預制掛板內(nèi)側(cè)，均是承重連接節(jié)點，同時起到掛板調(diào)整功能。這種連接構(gòu)造適用面廣泛，連接節(jié)點自然隱蔽，但需在掛板內(nèi)側(cè)的外墻上留洞作為安裝過程中掛板調(diào)節(jié)及連接施工的操作空間，故而墻體的防水保溫需要做在外墻內(nèi)側(cè)。

混凝土牛腿連接構(gòu)造的支點位于掛板上下表面，解決了作業(yè)空間的問題，不需要在外墻面開洞操作，不影響墻體防水保溫施工，可靈活地調(diào)整掛板高度及水平度，提高了定位精度。上部拉結(jié)采用螺栓連接，令預制掛板在主體結(jié)構(gòu)發(fā)生微變形時具有調(diào)節(jié)適應能力。

上海浦東國際機場衛(wèi)星廳及捷運車站工程實施過程中，因地制宜地靈活運用了鋼牛腿和混凝土牛腿的連接方式，提高了外墻觀感質(zhì)量，減少了質(zhì)量通病，節(jié)能環(huán)保優(yōu)勢明顯。