兩種預(yù)制混凝土掛板與主體結(jié)構(gòu)的連接構(gòu)造

繆建楊

上海建工七建集團(tuán)有限公司 上海 200050

近年來，國家和地方各級(jí)政府密集出臺(tái)裝配式建筑的發(fā)展規(guī)劃和裝配率要求，預(yù)制混凝土構(gòu)件的應(yīng)用呈現(xiàn)出快速上升的趨勢(shì)。根據(jù)功能定位，預(yù)制混凝土掛板可以分為圍護(hù)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(yù)制混凝土掛板進(jìn)行展開的。在上海浦東國際機(jī)場衛(wèi)星廳及捷運(yùn)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(yù)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(yù)制掛板厚120 mm。

預(yù)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(diǎn)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(yù)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(shí)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(yù)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(diǎn)及難點(diǎn)。在施工過程中，對(duì)于掛板外飾面的保護(hù)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(shí)還要保證預(yù)制混凝土掛板安裝后的安全性以及耐久性。基于預(yù)制混凝土掛板安裝的基本要求，其施工過程難度大，操作復(fù)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(yù)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(yù)制構(gòu)件在結(jié)構(gòu)部位采用臨時(shí)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(jìn)行主體結(jié)構(gòu)的施工，然后逐層進(jìn)行預(yù)制外墻的安裝，連接方式主要采用預(yù)埋螺栓或預(yù)埋件焊接連接。其中，后掛式連接分為點(diǎn)支撐和線支撐，點(diǎn)支撐連接方式屬于柔性干式連接方式，目前預(yù)制混凝土掛板裝配式工程中的干式連接方式應(yīng)用較少，缺少相應(yīng)的施工經(jīng)驗(yàn)。

結(jié)合上海浦東國際機(jī)場衛(wèi)星廳及捷運(yùn)車站工程實(shí)際，對(duì)預(yù)制混凝土掛板施工工藝進(jìn)行了技術(shù)攻關(guān)，從預(yù)制掛板與主體結(jié)構(gòu)的施工特點(diǎn)與難點(diǎn)出發(fā)，結(jié)合工程實(shí)施過程中的具體情況，創(chuàng)新了鋼牛腿和混凝土牛腿的細(xì)部節(jié)點(diǎn)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(yù)制混凝土掛板安裝的位置、標(biāo)高、垂直度、變形控制等諸多難題[1]。

1 預(yù)制混凝土掛板連接構(gòu)造的特點(diǎn)

連接構(gòu)造決定了預(yù)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(yù)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(dá)到相互連接的目標(biāo)。

預(yù)制混凝土掛板與主體結(jié)構(gòu)連接構(gòu)造的設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集08SJ110-2 08SG333《預(yù)制混凝土外墻掛板》也指出預(yù)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(diǎn)分為承重連接節(jié)點(diǎn)與非承重連接節(jié)點(diǎn)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(yīng)主體結(jié)構(gòu)變形的原理，預(yù)制混凝土掛板的連接構(gòu)造節(jié)點(diǎn)可以分為3種類型（圖1）。

圖1 預(yù)制混凝土掛板連接構(gòu)造節(jié)點(diǎn)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(diǎn)在豎向發(fā)生不同的小位移，適應(yīng)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(yīng)結(jié)構(gòu)的層間旋轉(zhuǎn)變形，還需要通過非承重節(jié)點(diǎn)發(fā)生橫向位移達(dá)到適應(yīng)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(diǎn)和銷軸等連接件，保證預(yù)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(yù)制混凝土掛板連接構(gòu)造的設(shè)計(jì)

預(yù)制混凝土掛板連接構(gòu)造的設(shè)計(jì)須適應(yīng)工程工況[3-5]，滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般要求：

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

2）掛板連接構(gòu)造節(jié)點(diǎn)在其所處的環(huán)境中，應(yīng)當(dāng)具備耐久性，具有防銹防腐蝕保護(hù)措施。

3）對(duì)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(jì)應(yīng)當(dāng)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(diǎn)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(jì)需要控制掛板從產(chǎn)品加工、成品運(yùn)輸、吊裝到定位調(diào)節(jié)整個(gè)生產(chǎn)和施工過程的工程成本，滿足經(jīng)濟(jì)性原則。

2.1 鋼牛腿連接

鋼牛腿作為一種應(yīng)用廣泛的連接構(gòu)件，在預(yù)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(diǎn)由鋼牛腿、埋件、螺栓、墊片和螺母構(gòu)成。鋼牛腿預(yù)埋于預(yù)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(yù)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(dāng)主體結(jié)構(gòu)發(fā)生層間變形時(shí)，若該連接節(jié)點(diǎn)承受過大荷載，則可以在上下前后左右3個(gè)方向產(chǎn)生一定的位移，達(dá)到適應(yīng)結(jié)構(gòu)變形、避免掛板脫落的目的。

圖2 預(yù)制混凝土掛板鋼牛腿連接構(gòu)造節(jié)點(diǎn)

在掛板調(diào)整到位后進(jìn)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(duì)4只牛腿進(jìn)行點(diǎn)焊，然后對(duì)掛板進(jìn)行復(fù)測、校正。預(yù)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(shí)，墊片采用厚1～3 mm的薄鋼板。確認(rèn)無誤后進(jìn)行全面焊接，焊接的質(zhì)量要達(dá)到設(shè)計(jì)要求。埋件焊接后立即進(jìn)行隱蔽驗(yàn)收，合格后進(jìn)行防護(hù)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(jī)場衛(wèi)星廳及捷運(yùn)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(yù)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(yù)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(yù)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(jí)角焊縫。

安裝時(shí)，先將掛板完全放置于牛腿上，再焊接上部拉結(jié)點(diǎn)。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(dāng)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(dāng)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(diǎn)構(gòu)造及施工流程

本文根據(jù)實(shí)際工況設(shè)計(jì)了一種適用該工程的預(yù)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(diǎn)，承受掛板質(zhì)量，如圖4所示。

圖3 預(yù)制混凝土掛板剖面示意

圖4 預(yù)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(yù)埋于牛腿表面。在預(yù)制混凝土掛板底部預(yù)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(shí)現(xiàn)掛板的底部支撐。清水混凝土掛板安裝前，復(fù)核對(duì)應(yīng)位置埋件的位置、型號(hào)、尺寸以及結(jié)構(gòu)軸線，確認(rèn)無誤后方可進(jìn)行安裝。

頂部拉結(jié)作為非承重節(jié)點(diǎn)，承受水平向風(fēng)載荷，并且可以通過小位移適應(yīng)主體結(jié)構(gòu)變形。根據(jù)預(yù)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(shí)現(xiàn)形式。

當(dāng)l0較大時(shí)，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(shí)可實(shí)現(xiàn)2個(gè)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(yù)埋在預(yù)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(yù)埋套筒固定，實(shí)現(xiàn)預(yù)制混凝土掛板的頂部拉結(jié)。這種構(gòu)造設(shè)計(jì)使得掛板在因主體結(jié)構(gòu)變形承受過大荷載時(shí)，可以在上下左右2個(gè)方向發(fā)生一定的位移，避免掛板從結(jié)構(gòu)脫落。

為實(shí)現(xiàn)掛板在上下左右前后3個(gè)方向的位移，該構(gòu)造節(jié)點(diǎn)可以進(jìn)行一定的優(yōu)化，如圖6所示。

圖6 l0較大時(shí)可實(shí)現(xiàn)3個(gè)方向位移的頂部拉結(jié)

在圖6中，鋼牛腿預(yù)埋于預(yù)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(yù)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(dāng)l0較小時(shí)，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(shí)可實(shí)現(xiàn)2個(gè)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(yù)埋于預(yù)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(diǎn)同樣使得預(yù)制混凝土掛板可以在2個(gè)方向進(jìn)行位移調(diào)整，達(dá)到適應(yīng)主體結(jié)構(gòu)變形的目的。

若對(duì)連接件進(jìn)行優(yōu)化，將其拆分為鋼牛腿與鋼板，可以實(shí)現(xiàn)掛板在3個(gè)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(shí)可實(shí)現(xiàn)3個(gè)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(yù)埋件，用電焊先稍作固定，再次細(xì)看是否因焊接作用引起構(gòu)件微量變化，若無變化，方可進(jìn)行全面焊接作業(yè)，最后焊接上部拉結(jié)點(diǎn)。焊接完成后，對(duì)埋件及焊縫進(jìn)行防腐蝕處理：需在除銹后進(jìn)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(yīng)進(jìn)行補(bǔ)漆處理，補(bǔ)漆完成后進(jìn)行封閉漆涂裝。

3 結(jié)語

本文介紹的2類預(yù)制混凝土掛板的連接構(gòu)造節(jié)點(diǎn)，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(gè)支點(diǎn)位于預(yù)制掛板內(nèi)側(cè)，均是承重連接節(jié)點(diǎn)，同時(shí)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(diǎn)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(diǎn)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(yù)制掛板在主體結(jié)構(gòu)發(fā)生微變形時(shí)具有調(diào)節(jié)適應(yīng)能力。

上海浦東國際機(jī)場衛(wèi)星廳及捷運(yùn)車站工程實(shí)施過程中，因地制宜地靈活運(yùn)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(shì)明顯。