建筑輕質(zhì)條板隔墻推廣應(yīng)用中存在的幾個(gè)問題探討

肖永華， 周 練， 唐麗娜， 李 莉

(1.宏宇科創(chuàng)工程設(shè)計(jì)有限公司，四川新都 610500；2.四川省建筑設(shè)計(jì)研究院、四川省建筑工業(yè)化工程技術(shù)研究中心，四川成都 610000)

2013年以來，國(guó)家先后頒布了國(guó)辦發(fā)〔2013〕1號(hào)《綠色建筑行動(dòng)方案》等系列文件，將“建筑工業(yè)化、住宅產(chǎn)業(yè)化”作為建筑業(yè)節(jié)能減排、行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要部署，將“深化墻材革新、大力發(fā)展裝配式建筑”作為建筑行業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)任務(wù)。建筑隔墻作為非結(jié)構(gòu)構(gòu)件，是建筑的重要組成部分，隔墻革新是建筑墻材革新的重點(diǎn)，隔墻板材化、施工裝配化是提高建筑裝配率、推動(dòng)建筑工業(yè)化、促進(jìn)建筑經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。輕質(zhì)條板具有輕質(zhì)高強(qiáng)、生產(chǎn)工業(yè)化、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格模數(shù)化、施工裝配化、施工速度快、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，深度契合國(guó)家“節(jié)能減排”的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和“深化墻材革新、建筑工業(yè)化”的建筑產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)導(dǎo)向，正大規(guī)模推廣應(yīng)用。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，僅2018年僅四川省就有超過4000×104m2的建筑使用了輕質(zhì)條板隔墻，預(yù)計(jì)到2020年，將有上億平方米建筑使用輕質(zhì)條板隔墻。

雖然，目前建筑輕質(zhì)條板隔墻正在大規(guī)模應(yīng)用，但是也存在抗震安全性隱患以及墻面開裂多的難題。本文經(jīng)過廣泛的實(shí)際工程調(diào)研，對(duì)目前建筑輕質(zhì)條板隔墻產(chǎn)業(yè)化推廣應(yīng)用中存在的幾個(gè)抗震關(guān)鍵問題進(jìn)行梳理和探討，擬為下一步研究和改進(jìn)提供思路和路徑。

1 缺乏科學(xué)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

我國(guó)是一個(gè)多地震國(guó)家，2008年以來，先后發(fā)生了汶川8.0級(jí)地震、青海玉樹7.1級(jí)地震、蘆山7.0級(jí)地震等，僅2018年我國(guó)發(fā)生地震高達(dá)542次，其中僅四川就51次，人民生命財(cái)產(chǎn)損失慘重。大量的地震災(zāi)害調(diào)研與研究表明，建筑隔墻作為建筑房屋的重要組成部分，在地震作用下其自身的震損及其對(duì)主體結(jié)構(gòu)造成的不利影響均是造成人民生命財(cái)產(chǎn)損失的重要原因。因此，建筑輕質(zhì)條板隔墻的抗震安全性也不容忽視。

我國(guó)對(duì)于傳統(tǒng)的砌體填充墻在地震作用下對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的影響已有大量研究，JGJ 3-2010《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》[1]也規(guī)定了砌體填充墻-混凝土結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化的抗震設(shè)計(jì)方法，即通過結(jié)構(gòu)自振周期的折減來考慮砌體填充墻對(duì)混凝土主體結(jié)構(gòu)的抗震性能影響，并給出了不同的結(jié)構(gòu)形式下的周期折減系數(shù)。而建筑輕質(zhì)條板隔墻對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗震性能影響研究甚少，對(duì)建筑輕質(zhì)條板隔墻與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)協(xié)同工作機(jī)理和抗震設(shè)計(jì)理論缺乏系統(tǒng)地研究，相關(guān)的抗震設(shè)計(jì)方法也尚屬空白?，F(xiàn)行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 51231-2016《裝配式混凝土建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[2]仍沿用砌體填充墻的設(shè)計(jì)理念，采用周期折減方法對(duì)建筑輕質(zhì)條板隔墻-鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，其安全性和合理性尚待研究。因?yàn)椋ㄖp質(zhì)條板隔墻無論是產(chǎn)品本身還是與主體結(jié)構(gòu)的連接構(gòu)造方式均與傳統(tǒng)砌體填充墻大大不同，且輕質(zhì)條板隔墻的連接存在多樣化[3]，已有的研究也表明即使是同一種輕質(zhì)條板，不同的連接方式也將對(duì)主體結(jié)構(gòu)有不同的影響[4-5]。此外，建筑輕質(zhì)條板隔墻不僅對(duì)主體結(jié)構(gòu)的剛度產(chǎn)生影響，還對(duì)主體結(jié)構(gòu)的受力形態(tài)產(chǎn)生影響，剛度和受力形態(tài)的影響隨著抗震工作階段不同，影響也呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化。因此，不能簡(jiǎn)單地采用周期折減方法來考慮建筑輕質(zhì)條板隔墻對(duì)主體結(jié)構(gòu)的影響，且不能采用單一周期折減系數(shù)來考慮建筑輕質(zhì)條板隔墻對(duì)主體結(jié)構(gòu)剛度全過程影響。應(yīng)系統(tǒng)研究建筑輕質(zhì)條板隔墻-鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)協(xié)同工作機(jī)理，針對(duì)不同的輕質(zhì)條板、不同的連接方式、不同的抗震工作階段，提出不同的設(shè)計(jì)方法方為適宜。

2 輕質(zhì)條板隔墻抗震連接風(fēng)險(xiǎn)

輕質(zhì)條板隔墻要實(shí)現(xiàn)抗震可靠，必須滿足三個(gè)條件：

(1)輕質(zhì)條板之間連接可靠；

(2)輕質(zhì)條板與主體結(jié)構(gòu)之間連接可靠；

(3)考慮輕質(zhì)條板隔墻影響的結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算模型與實(shí)際受力狀態(tài)一致。

2.1 輕質(zhì)條板之間的連接

10J 113-1[3]《內(nèi)隔墻-輕質(zhì)條板》等國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中，輕質(zhì)條板之間水平連接采用企口加專用砂漿連接，用意在利用企口限制墻板平面外位移，但并未對(duì)企口樣式和榫槽(頭)寬度、深度等參數(shù)做統(tǒng)一規(guī)定。實(shí)際工程中，企口做法多樣化、隨意化(圖1)，企口深度往往在10 mm以下，但是經(jīng)廣泛的工程調(diào)研，輕質(zhì)條板隔墻安裝完成后，輕質(zhì)條板之間的拼縫寬度多為10 mm～15 mm不等，因此，企口無法具有限制墻板平面外位移的功能，由于拼縫處砂漿強(qiáng)度在地震作用下首先發(fā)生破壞，則輕質(zhì)條板水平連接的平面外可靠性無法保證。因此，建議結(jié)合地震作用下輕質(zhì)條板水平拼縫的抗剪性能分析，研究輕質(zhì)條板企口樣式、榫槽(頭)深度、寬度以及墻板水平連接拼縫寬度等參數(shù)，并在相關(guān)產(chǎn)品和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中做出統(tǒng)一規(guī)定，確保企口能真正發(fā)揮限制輕質(zhì)條板平面外位移的作用。

圖1 輕質(zhì)條板企口示例

2.2 輕質(zhì)條板與主體結(jié)構(gòu)之間的連接

JGJ/T 157-2014《建筑輕質(zhì)條板隔墻技術(shù)規(guī)程》[6]等國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定輕質(zhì)條板上端采用連接件與主體結(jié)構(gòu)連接，下端與主體結(jié)構(gòu)連接僅采用砂漿連接，但是廣泛調(diào)研發(fā)現(xiàn)下端砂漿連接施工質(zhì)量難以控制，且砂漿強(qiáng)度低，在地震作用下，砂漿連接容易發(fā)生破壞，因此，由于輕質(zhì)條板水平連接的平面外可靠性無法保證，在地震作用下，輕質(zhì)條板存在僅上端單邊平面外受力、發(fā)生平面外翻轉(zhuǎn)或倒塌風(fēng)險(xiǎn)(圖2)[4]，危及人民生命財(cái)產(chǎn)安全。

圖2 輕質(zhì)條板地震作用下發(fā)生平面外翻轉(zhuǎn)

此外，實(shí)際工程中輕質(zhì)條板隔墻連接方法存在多樣化，如鋼筋連接、L型鋼板卡連接、管卡連接、U型卡件連接等(圖3)，其與結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)模型是否一致、可靠性以及適用性都尚待進(jìn)一步研究與考證。同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)，輕質(zhì)條板采用鋼筋與主體結(jié)構(gòu)連接，在地震作用下，由于鋼筋對(duì)輕質(zhì)條板平面外約束弱，輕質(zhì)條板易發(fā)生平面外翻轉(zhuǎn)或倒塌破壞，而非平面內(nèi)破壞，對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)危害嚴(yán)重[4]。

綜上，下一步應(yīng)通過專項(xiàng)抗震性能試驗(yàn)，研究輕質(zhì)條板采用不同連接方法與主體結(jié)構(gòu)連接的抗震安全性，通過地震作用下輕質(zhì)條板的破壞形態(tài)和破壞演化機(jī)理以及主要影響因素分析，結(jié)合工程生產(chǎn)實(shí)踐，提出抗震性能好、施工簡(jiǎn)易的連接方法。

(a)鋼筋連接

(b)L型鋼板卡連接

(c)L型管卡連接

(d)U型卡件連接

2.3 連接件

要保證輕質(zhì)條板隔墻的抗震安全性，輕質(zhì)條板與主體結(jié)構(gòu)的連接件的抗震性能也至關(guān)重要。現(xiàn)行JGJ/T 157-2014《建筑輕質(zhì)條板隔墻技術(shù)規(guī)程》[6]、10J 113-1《內(nèi)隔墻-輕質(zhì)條板》[3]中的相關(guān)規(guī)定未考慮連接件的抗震性能需求，統(tǒng)一規(guī)定輕質(zhì)隔墻板與主體結(jié)構(gòu)的連接卡件厚度不應(yīng)小于1.5mm，甚至10J 113-1《內(nèi)隔墻-輕質(zhì)條板》[3]圖集中直接統(tǒng)一規(guī)定抗震卡件厚度為1.5 mm、長(zhǎng)度為60 mm，如圖4所示，與現(xiàn)行JGJ 339-2015《非結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[7]要求在特定情況下進(jìn)行抗震連接件的抗震驗(yàn)算設(shè)計(jì)不匹配，存在抗震連接件性能不滿足抗震需求的風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)JGJ 339-2015《非結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[7]，對(duì)抗震設(shè)防烈度為7°、厚度為100 mm、寬度為600 mm、高度為3 m及以下的灰渣混凝土空心條板的抗震連接件進(jìn)行試算，當(dāng)連接件長(zhǎng)度為150 mm時(shí)，厚度高達(dá)3.5 mm。在實(shí)際工程調(diào)研中也發(fā)現(xiàn)厚度為1.5 mm的連接件在施工較小的外力作用下就極易發(fā)生變形(圖5)，更談不上在地震作用下滿足抗震承載力需求。

圖4 抗震卡件

圖5 1.5 mm的連接件施工變形

因此，下一步應(yīng)根據(jù)不同的連接方法，研究輕質(zhì)條板隔墻的破壞模式，建立相應(yīng)的計(jì)算模型，根據(jù)JGJ 339-2015《非結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[7]的相關(guān)規(guī)定，進(jìn)行輕質(zhì)條板與主體結(jié)構(gòu)之間的連接件的抗震承載力驗(yàn)算設(shè)計(jì)，確定抗震連接件的厚度，修訂相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和圖集。

3 輕質(zhì)條板自身抗震性能不足

要保證條板隔墻的抗震安全性，輕質(zhì)條板自身的抗震性能也至關(guān)重要。但GB/T 23451-2009《建筑用輕質(zhì)隔墻條板》[8]、JG/T 169-2016《建筑隔墻用輕質(zhì)條板通用技術(shù)要求》[9]、JGJ/T 157-2014《建筑輕質(zhì)條板隔墻技術(shù)規(guī)程》[6]等現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)規(guī)定未考慮輕質(zhì)條板自身的抗震性能需求。

其中，對(duì)輕質(zhì)條板抗震性能至關(guān)重要的指標(biāo)“抗彎破壞荷載”，國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定僅與墻板厚度有關(guān)：現(xiàn)行GB/T 23451-2009《建筑用輕質(zhì)隔墻條板》[8]和10J 113-1《內(nèi)隔墻-輕質(zhì)條板》[3]規(guī)定90 mm、120 mm的輕質(zhì)隔墻板的抗彎破壞荷載/板自重倍數(shù)≥1.5，150 mm厚輕質(zhì)隔墻板的抗彎破壞荷載/板自重倍數(shù)≥1，現(xiàn)行JG/T 169-2016《建筑隔墻用輕質(zhì)條板通用技術(shù)要求》[9]規(guī)定厚度為90 mm(100 mm)、120 mm、150 mm的輕質(zhì)隔墻板的抗彎破壞荷載/板自重倍數(shù)≥1.5，厚度為180 mm、210 mm輕質(zhì)隔墻板的抗彎破壞荷載/板自重倍數(shù)≥2.0。但是，根據(jù)JGJ 339-2015《非結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[7]3.2.1條，在地震作用下，決定作用在輕質(zhì)條板上的水平地震作用大小的因素包括：墻板厚度、墻板種類(面密度)、抗震設(shè)防烈度、墻板使用位置、墻板構(gòu)成建筑空間功能等有關(guān)。而作用下墻板上的水平地震作用荷載，是產(chǎn)生墻板面外彎矩的主要荷載，因此現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)僅僅從墻板厚度的角度規(guī)定“抗彎破壞荷載”要求，其是否滿足地震作用下抗震承載力要求尚待進(jìn)一步研究考證。根據(jù)JGJ 339-2015《非結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[7]，對(duì)抗震設(shè)防烈度為7 °、厚度為100 mm、寬度為600 mm、高度為3 m及以下的灰渣混凝土空心條板進(jìn)行抗震承載力需求試算，結(jié)果是為了滿足抗震承載力需求，其抗彎破壞荷載/板自重倍數(shù)應(yīng)不低于2.4倍。同時(shí)，從以上規(guī)定還會(huì)發(fā)現(xiàn)國(guó)家現(xiàn)行各標(biāo)準(zhǔn)對(duì)厚度大于等于150 mm的輕質(zhì)條板，存在“抗彎破壞荷載”規(guī)定不一致的現(xiàn)象。

下一步，應(yīng)根據(jù)國(guó)家現(xiàn)行JGJ 339《非結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[7]，對(duì)不同種類、不同抗震設(shè)防烈度、不同建筑空間功能的輕質(zhì)條板的抗震承載力需求進(jìn)行系統(tǒng)分析，修訂輕質(zhì)條板產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于“抗彎破壞荷載”的相關(guān)規(guī)定，保證墻板自身的抗震性能。此外，還應(yīng)重視墻板與主體結(jié)構(gòu)連接處，墻板局部承壓、應(yīng)力集中，墻板局部受壓承載力是否滿足要求的問題。

4 結(jié)束語

本文針對(duì)目前輕質(zhì)條板隔墻產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用現(xiàn)狀，提出一下抗震關(guān)鍵問題，探討了下一步研究與改進(jìn)路徑：

(1)輕質(zhì)條板性能及連接方法與傳統(tǒng)砌體不同，對(duì)主體結(jié)構(gòu)的影響不同，目前缺乏條板隔墻對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震性能影響的系統(tǒng)研究，對(duì)其協(xié)同工作機(jī)理認(rèn)識(shí)不足，仍沿用砌體填充墻中的剛度折減法進(jìn)行設(shè)計(jì)，其安全性和合理性尚待研究，應(yīng)根據(jù)輕質(zhì)條板及連接方法的特性，提出輕質(zhì)條板—鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)適宜的設(shè)計(jì)方法。

(2)國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)和圖集中，輕質(zhì)條板隔墻的連接構(gòu)造做法依據(jù)不夠充分；實(shí)際工程中，輕質(zhì)條板隔墻的連接構(gòu)造做法隨意化，多樣化，存在抗震安全性風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)進(jìn)一步研究不同的連接方法對(duì)輕質(zhì)條板隔墻抗震性能的影響，提出抗震性能好、生產(chǎn)施工便捷的連接方法和構(gòu)造措施。

(3)國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)和圖集中對(duì)輕質(zhì)條板自身及其與主體結(jié)構(gòu)的連接件性能的相關(guān)規(guī)定未考慮抗震性能需求，存在輕質(zhì)條板產(chǎn)品及其抗震連接件產(chǎn)品性能不滿抗震要求的風(fēng)險(xiǎn)，下一步應(yīng)對(duì)輕質(zhì)條板自身及其與主體結(jié)構(gòu)的連接件進(jìn)行抗震性能分析與設(shè)計(jì)，修訂相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。