裝配式鋼結構鋼梁包覆與墻體填充關鍵節點樣板制作及擬靜力試驗研究

王從章，張奎，高思東，王友光

（1.安徽富煌鋼構股份有限公司，安徽 合肥 238076；2.阜陽市重點工程建設管理處，安徽 阜陽 236000）

1 引言

圖1 學校單體鋼框架結構

圖2 學校建筑群實體遠景效果

2022 年初安徽省省政府出臺關于促進建筑業改革發展的政策措施。旨在大力推進裝配式鋼結構在建筑工程、市政工程、公共建筑、工業建筑、基礎設施建設項目中推廣應用，并采取一系列舉措推動裝配式保溫一體化墻板、高性能混凝土、高強鋼筋和消能減震、預應力技術及組合結構體系在裝配式建筑中的應用[1]。作為裝配式鋼結構公共建筑試點項目，阜陽職業技術學院新校區建設項目整個建設過程積累了豐富的經驗。該項目位于阜陽市清河西路南側、雙清路北側、學苑路東側、河西路西側，項目規劃總占地面積743842m2，其中高等院校用地661789 m2，規劃建筑面積476600 m2。本期由安徽富煌鋼構股份有限公司承建的總建筑面積約296262 m2，包括教學區、學生生活區、體育運動區以及智能化工程、室外配套工程等。項目主要采用鋼框架體系，圍護系統采用ALC 板+保溫裝飾一體板，內墻采用ALC 條板局部蒸壓加氣混凝土砌塊，樓板采用壓型鋼板。

裝配式鋼結構住宅中的鋼梁包覆關鍵節點需要進行包覆處理。鋼梁包覆目的是獲得良好的防火、保溫、隔聲性能[2]，同時更有效地節省室內使用空間，使鋼結構住宅在舒適性上滿足居住要求，為鋼結構住宅建筑的推廣應用提供保障。目前國內并沒有統一規范要求且沒有能夠普遍推廣的好的做法。

2 試驗樣板制作

裝配式鋼結構住宅建筑與混凝土剪力墻住宅建筑結構層間位移角控制要求不同。剪力墻一般按照1/1000 控制，裝配式鋼結構框架一般按照1/300 控制。較大的層間位移角對填充墻和包梁材料適應結構變性能力要求不同。為更好地解決裝配式鋼結構建筑墻體和梁包覆開裂問題，需要根據工程項目開展相關實驗。

2.1 墻體填充試驗制作

墻體建筑做法采用ALC 砌體砌筑，專用成品水泥砂漿玻纖網抹面，墻體中布設拉結筋，墻體砌筑制作工藝按照以下步驟進行。

按設計節點及方案要求排版。

嚴格落實施工的操作工藝和施工技術質量檢查標準，砌筑時應優先選擇砌筑轉角砌塊，再砌筑中間部位砌塊，應砌一皮再校一皮，應拉線控制砌塊標高和砌筑面平整度，砌塊排列非必要不鑲磚，當必須鑲磚時，應整磚平砌，盡量分散，鑲砌磚強度應大于砌塊強度等級。

蒸壓砂加氣混凝土砌塊檢測試驗的各項指標應符合砌體要求的技術標準，砌筑前應按墻段測量尺寸和砌塊規格并進行排列擺塊，不足整塊的應鋸截成需要尺寸，不得小于砌體單元長度的1/3，蒸壓砂加氣混凝土砌塊豎直灰縫寬度不得大于20mm，水平灰縫寬度不得大于15mm，砂漿應飽滿。

砌筑墻體前，應在墻底部先砌3 皮煤矸石實心磚，規格200mm×95mm×53mm，灰縫可控制在10mm 左右。衛生間、風機房、開水間、泵房、水暖井、制冷機房、變電所、鍋爐房、弱電機房、強弱電井、強弱電間、消防控制室等墻根部澆筑同墻厚300mm 高C20 混凝土，如用于洗浴或長時間有水房間（衛生間、開水間、泵房、鍋爐房等）時，根部混凝土墻體上加砌500mm 高混凝土空心磚墻體。消防泵房、消防控制室出入口設置100mm 高C20 混凝土防水坎，強弱電井、水暖間、變電所、弱電機房、制冷機房、水泵房的出入口設置300mm高C20混凝土防水坎。

蒸壓砂加氣混凝土砌塊砌筑時，應逐皮均勻連續砌筑。首先把平整的一面設為正面，砌塊底面水平下落至鋪好的砂漿上，對準位置同時準線校正平整度，用靠尺檢查砌體垂直度，小偏差可采用瓦刀等工具校正。

砌筑蒸壓加氣混凝土磚的過程中，考慮磚原材料中有氣孔，為防止砂漿過量地填入孔洞中，配制砂漿時，可適當提高砂漿的稠度。

砌筑蒸壓砂加氣混凝土砌塊至梁或樓板底部時，按設計要求預留20mm 空隙。養護一周后，墻體砂漿強度達到設計要求，沉降穩定，再繼續施工斜砌磚，斜砌磚可采用蒸壓粉煤灰實心磚砌筑，斜砌磚應切割成50 °左右的斜角，補砌砂漿需要擠壓飽滿，對減少墻體產生裂縫發揮重要作用。

墻體砌筑至有構造柱位置時，馬牙槎按規定留設，馬牙槎要做到先退后進，每砌300mm 高退60mm 或者進60mm，進退尺寸為60mm，構造柱平面定位應以經過審核的各樓層構造柱平面定位圖和設計文件要求為準。

圖3 拉結筋與鋼柱連接節點

圖4 拉結筋規格

過梁可采用預制和現澆兩種方式，構造柱需要在兩側砌筑墻體并預留形成，構造柱施工注意要點：砌筑前，先對構造柱位置及鋼梁底部進行粗糙度處理，然后進行構造柱縱筋和箍筋鋼筋綁扎；砌筑后，及時清理造柱馬牙槎，用水沖洗。為保證不漏漿，構造柱模板要貼設海綿膠條。澆筑前，先澆筑5mm同標號砂漿。澆筑時利用振搗器保證灌入混凝土密實度。

窗臺壓頂、圈梁、過梁澆筑混凝土時，使用振動棒充分振搗，采用木抹子等工具壓實抹平。混凝土澆筑完12h 后，通過對混凝土表面進行灑水養護，常溫下每日上、下午澆水二次，養護時間不短于1周。

砌筑過程砌塊渣及落地灰，需要清掃處理，采用集中裝車或裝袋運輸至專業回收站，禁止從樓上肆意拋扔，避免造成環境污染和安全隱患。

墻體中拉結筋可采用預留和鋼筋鋼柱焊接施工工藝與框架柱進行連接，與構造柱相連的拉結筋應按照設計要求預留不小于錨固長度的鋼筋，不應將拉結筋彎曲使用。

根據墻體砌筑工藝要注意的要點：墻體縱橫交叉T 型及轉角處，應留槎，沿墻高每隔50 公分放兩根直徑為6mm 鋼筋，間距10cm，埋設長度以留槎處，每邊不小于1m，末端彎鉤90°；蒸壓砂加氣混凝土砌塊施工時，兩砌塊之間最小搭砌長度不大于150cm，砌筑完成后嚴禁墻體之間有通縫情況；現場混凝土攪拌時，要嚴格控制水泥、沙、石子等的配合比，砂漿配合比應由有相應資質的實驗室經試配完成后確定，攪拌時嚴格按計量配制，保證配合比無誤，在攪拌棚明顯處懸掛各砂漿及混凝土配比指示牌，現場外加劑、水泥、沙均要過秤進行攪拌；砌塊砌筑時應向砌筑灑水養護及墻體砌筑完畢后，對整面墻進行為期5d 的澆水養護；施工時，嚴格控制門窗洞口的預留位置，每層施工前應由項目部技術人員對施工放線進行指導并檢查，檢查合格后需進行復檢，驗線合格方可進行砌體施工；施工過梁，兩端擱置墻體的搭接不小于25cm，其中，窗臺板兩端擱置墻體內的長度不小于60cm；墻體施工完成一定體量時，要根據專項方案要求對墻體進行及時勾縫處理；在整個砌體施工過程中，嚴格控制墻體鋼筋焊接長度、焊腳尺寸等指標；在整個砌體施工過程中，應嚴格控制墻體偏差。

圖5 梁包覆節點

2.2 梁包覆關鍵節點制作

參考國內相關鋼梁鋼柱包覆技術研究思路[3]，設計鋼梁腹板空腔實體填充加砌塊方法，具體包括以下幾點：

①H 型鋼梁先進行薄涂膨脹型防火涂料噴涂5mm左右；

圖6 正方向推1/500

圖7 重新往復加載±1/500

②填充蒸壓加氣混凝土砌塊，砌筑采用專用砂漿，強度不低于7.5MPa；

③砌筑面粉土2cm 專用砂漿，強度不低于7.5MPa；

④整個梁包覆范圍覆蓋玻纖網格布，梁與樓板交界面25cm 范圍，梁與墻板25cm 范圍全部覆蓋，網格布容重不低于160g/m2；

⑤余下包覆業主可以根據裝修情況自行考慮。

3 試驗過程及結果

參照國內相關鋼結構變形監測方法[4]，開展組織試驗。

3.1 層間位移角為1/500

①正方向推1/500，沒有出現裂紋；

圖8 重新往復加載±1/300

圖9 正方向推1/200

圖10 重新往復加載±1/200

②重新往復加載±1/500 后，停于1/500 在墻體右上方，梁柱交接鋼梁下翼緣出現0.17mm裂紋，斜向上45°往內側延伸130mm，平均寬度0.15mm，另外在該位出現一條寬度小于0.1mm 細微裂紋，長約30mm(寬度儀無法準確捕捉測量)墻體左上方，梁柱交接下翼緣出現0.15mm 裂紋，斜向上45°往內側延伸130mm。

3.2 層間位移角為1/300

往復加載±1/300停于1/300沒有發生新的變化，裂紋寬度長度均同上一級相同，沒有新的裂紋出現。

3.3 層間位移角為1/200

往復加載±1/200，停于1/200，原右上方裂紋閉合，長度沒有延伸。左上方沿梁柱交接鋼梁下翼緣出現0.2mm 寬裂紋，斜向上15°往內側延伸700mm。

3.4 層間位移角為1/100

往復加載±1/100，停于1/100，四個梁柱交接位區域，墻面右上400×400、左 上400×400、右 下600×600、左 下600×600 空 鼓 區 域，其 中 右 上200×200、左上200×300 砂漿層表面剝落掉下，網格布漏出。墻面呈現鋼框架對角線45°斜裂縫。

圖11 重新往復加載±1/100

3.5 層間位移角為1/50

整個過程墻面砂漿表面層不停掉落，墻面整體出現空鼓，沿對角線墻面斷裂，砂漿層炸開，鋼梁與填充墻交接處出現水平通常裂縫。

4 結論

通過對保溫裝飾一體板與ALC 條板基墻連接關鍵技術研究，得出以下結論：

①對應層間位移角為1/500、1/300、1/200，鋼梁包覆范圍沒有影響觀感裂紋，同時填充墻范圍沒有影響觀感裂紋，填充墻體在鋼結構規范結構要求范圍內，包覆節點和墻體做法均滿足居住使用功能要求；

圖12 重新往復加載±1/50

②對應層間位移角為1/100、1/50，鋼梁包覆范圍出現影響觀感斜裂紋，同時填充墻范圍出現影響觀感斜裂紋并出現空鼓剝落，此時，包覆節點和墻體做法均無法滿足居住使用功能要求；

③墻體砌筑及鋼梁包覆過程中，拉結鋼筋需要焊接到鋼柱或鋼梁上，雙面焊接的長度不小于5倍鋼筋直徑；

④《住宅工程質量通病防治技術規程》（J1176-01 DB34/1659-01）第5.2中砌體工程裂縫防治，第5.3 中抹灰工程裂縫防治；《砌體結構工程施工質量驗收規范》（GB 50203-2011）第9 章填充墻砌體工程；《建筑工程裂縫防治技術規程》（JGJ／T317-2014）均給出裂紋防治措施，但并沒有給出裂紋限值，參考《混凝土結構設計規范》（GB50010-2010）按照結構構件要求，對應層間位移角，滿足要求，該種做法較國內外鋼梁包板做法[5]使用效果更好。