超大型GRC幕墻板的應用結構淺析

王建杰

通過分析國內外現有的GRC幕墻的使用情況，要做成超大型GRC幕墻板，板框架體系是解決這種方案的結構方式，下面介紹這種結構方式研究情況。

這種板框架結構體系是由截然不同的四個部分組成：板的面板、面板連接到板框架的錨固件、板框架本身以及將板框架連接到結構上的連接件。錨固件在板平面內是柔性的（除承擔重力和地震荷載），以便對面板的體積變化提供最小的面內約束，當然它們必須把風荷載傳遞到板的框架，板框架必須聚集所有荷載并通過連接件將荷載傳遞到主體結構，在這個體系中，面板從不直接與主體結構連接。板框架概念的提出是研究背負鋼架的基礎。

1、關于GRC幕墻的面板荷載的分析

GRC幕墻板面層料沒有用玻璃纖維增強，所以不考慮它對面板強度的貢獻。面板對于風荷載是直接向前，面板跨躍在錨固件之間，它能夠被模擬作為一個在一排柔性錨固件上的梁，或者作為雙向板體系，具有作用類似于柱頭的粘結盤，這取決于面板構造。考慮非典型錨固空間和邊緣條件，因為它們將影響面板的承載能力，GRC板的無支撐邊緣會彎曲或翹曲，這對板的排布以及難看的接縫提出問題，建議從面板邊緣到錨固件之間的距離保持相等而且要短，使翹曲降到最小化，這對有不同料層性能的兩種材料面板尤其重要。

考慮板框架內構件的剛度變化，因為它可導致承載與它的輔助面積不成比例，也可能影響面板設計。最高風荷載經常是負壓，拐角處的渦流傾向于對板的一面形成負壓，同時對另一面形成正壓。

有這樣形狀的板，其面板重心在錨固件上方或下方，可引起高的軸向應力。即使低的應力徐變也能隨時將板扭曲，除了在兩個端部的末尾，都用相似于柔性錨固件的C型鋼筋進行控制。同時仍然在凸起處提供承載能力。

面板分析必須用適當的計算荷載組合考慮所有的應力源，有些應力是彎曲力，有些是軸性力。因為抗拉強度小于抗彎強度，因為不同的荷載用不同的荷載系數，不論是荷載和還是應力都不能直接添加，應該用適當的程序進行組合。

2、面板與板框架的錨固

可使面板面內體積變化約束最小的方式實現面板與板框架的錨固是重要的。應該檢驗每個錨固件在所有三個軸向的作用力：垂直于面板、面內垂直、面內水平。所有的錨固件都承受風荷載并垂直于地震荷載，所以要提高它在垂直于面板的軸向上的剛度。重力錨固件垂直承載，但是容易變形以允許面內水平位移。抗震錨固承受面內水平力，應該提供最小的垂直約束。通常認為面板的體積變化位移在它的中心處為零，與它到中心點的距離成比例增加。

面板不應作為與板框架關聯的復合材料體系的一部分起作用，或者被假設作為一部分起作用； 所以除了上述說明以外，良好設計的錨固體系的水平剪切力非常之小。

柔性錨固件的應用

主要柔性錨固件荷載是由風荷載造成的，對于有面層料的面板，如果各層的體積變化不相等，將會有約束彎曲的力作用在錨固件上和粘結盤上。 對于所有的面板，柔性錨固件對面內體積變化提供最小的約束。

用一種面板與板框架連接的方法，面板的重量通過柔性錨固件的彎曲被傳遞到框架上，為保證結構的整體性，錨固件必須有足夠的剛度和強度承擔被分布的重量與風荷載，同時仍然保持足夠的柔韌性以允許在沒有超約束的情況下面板面內體積變化位移，當與其它應力組合時，也在可接受極限內。

柔性錨固件型式，盡管有很多變化，但通常都用光圓鋼筋制造，由風荷載、間距、從面板到框架的距離、是否提供有獨立的重力錨固件等因素確定鋼筋的直徑；應該研究錨固件的柱強度和測向鎖扣。

如果柔性錨固件在屈服范圍，對于風荷載或其它循環位移，可能需要考慮低循環疲勞。

錨固件排列時趾點指向板的“中心”，如此初期干燥收縮將傾向于拉出錨固件的腿遠離壁骨。壓力能夠降低腿的有效長度，任何嚴格的防火保護或絕熱材料都應該用不約束位移的方式進行安裝。通過柔性錨固件和重力錨固件的柔性為GRC面板提供位移。在幾個工程中，把塑性套管套在錨固件的末端以允許粘結盤滑動，作為降低約束的方法。

3、重力錨固件和抗震錨固件

在較大尺寸較重的板中，如果僅用柔性錨固件把面板連接到板框架上，它們可能變得太強韌以至約束引起高的面板應力。

面板在其平面內的剛度相當大，如果板框架有足夠的剛度，用對角或鋼性的上部和/下部軌道，面板荷載可通過一系列的重力錨固件傳遞，通常用一個或每隔一個固定在壁骨上的桁架桿錨固件來實現。

如果框架被支撐在兩個連接件壁骨（或鋼管）上，那么對于在同樣的兩個構件上支撐面板靜荷載通常是有利的，這允許板框架的面內剛度較小，因為面板重量由連接件壁骨直接承擔并傳遞到結構連接件。在錨固件處或連接件處，可能需要對連接件壁骨（或鋼管）進行加強。這兩點的重力傳遞通常由鋼板重力錨固件來實現。通過調節鋼板的高度與厚度，不用犧牲水平柔性即可達到錨固件的垂直強度。通過在鋼板腿部開槽可獲得額外的柔韌性。通過在交叉的鋼板上打孔或開槽以增加它在粘結盤上承載面積，獲得額外承載力。

重力錨固件應該放置在一條水平線上，所以它們不會起相互相反的作用以約束由于溫度和水分變化引起的位移，重力錨固件應該被定位，以使得三維板的面板彎曲應力減到最小。靠近面板底部設置重力錨固件更為可取，如此它的自重進入壓縮狀態，雖然在其它地方還有另外的考慮。因為重力錨固件設置垂直‘中點位置，自此發出位移，把重力錨固件設置在中部高度有時是有利的。有永久壓縮應力是可取的，來自重力錨固件的懸掛板底部一半產生的拉伸應力通常是低的，盡管它停留在錨固件位置。

在地震區，必須在不過度約束體積變化的情況下得到面內抗震力，如果地震力由壁骨接受，可能需要對它弱小的軸向剛度進行研究。對于平坦的鋼板重力錨固件體系，可對一個不是兩個重力錨固件進行加強以承擔地震荷載，可以使用水平排列腿的平坦鋼板錨固件為板框架承擔縱向地震力。抗震錨固件通常被設置在水平“中點”位置，如此設置在板長度的中部是可取的。如果抗震錨固件不在同一水平線上作為面板的質量中心，將會有錨固件體系必須承擔的旋轉力。

參考文獻

[1]Recommended Practice for Glass Fiber Reinforced Concrete Panelsendprint