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1、桁架式连接件在夹心保温外墙板中的受力分析及设计应用摘要：预制夹心保温外墙板主要由预制混凝土外墙板、夹心保温层、内叶墙板 通过保温连接件组合而成。保温连接件是预制夹心保温外墙板最关键的连接部件， 其材料力学性能、热工性能对墙体受力安全、保温产生重大影响。桁架式不锈钢 连接件又因其承载力高、耐腐蚀性及抗火性能好且安装方便等优点，在装配式建 筑中得到了广泛应用。本文系统介绍了桁架式不锈钢连接件用于预制夹心保温外 墙板中设计技术要点：连接件保护层厚度、在墙板中布置原则及各工况下的受力 特点；并结合设计工程详细讲解连接件在各受工况受力计算。期望能为预制夹心 保温外墙板桁架式不锈钢连接件工程提供设计参考。
2、关键词：预制混凝土外挂墙、夹心保温层、不锈钢合金金属连接件、桁架式。前言：目前全国已有30多个省市出台了装配式建筑专门的指导意见和相关配套措施，不少地 方更是对装配式建筑的发展提出了明确要求。越来越多的市场主体开始加入到装配式建筑的 建设大军中。发展装配式建筑是建造方式的重大变革，是推进供给侧结构性改革和新型城镇 化发展的重要举措，有利于节约资源能源、减少施工污染、提升劳动生产效率和质量安全水 平。而外挂墙板是装配式建筑必须解决的首要问题：保温、防水及外脚手架，这些都是住宅 建设过程中废工且容易出质量隐患的地方。预制夹心保温外墙板主要由预制混凝土外叶板 （一般厚度为60mm）、夹心保温层（厚度
3、根据建筑节能保温计算确定，一般为30-60mm）、 内叶板通过保温连接件组合而成。保温层夹置于预制内外叶墙板中间，可以有效保护保温材 料并显著提高其耐久性和抗火性能。彻底解决高层住宅外墙开裂渗水及保温脱落问题，提高 建筑品质降低建筑全生命周期成本。保温连接件是预制夹心保温外墙板最关键的连接部件，其材料力学性能、热工性能对墙 体受力安全、保温均产生重大影响。现价段我国住宅建设工程中采用较多的预制夹心保温混 凝土外墙体的连接件主要有两种：1、玻璃纤维增强复合材料连接件（简称FRP，一种主要以 玻璃纤维和树脂的合成材料）；2、不锈钢合金金属连接件。如图1所示，相比FRP连接件， 不锈钢合金金属连接件
4、具有更好的强度、耐腐蚀性及抗火性能。在不锈钢连接件中，桁架式 不锈钢连接件又因其安装方便、承载力高等优点，在国内外得到广泛应用。图1 FRP连接件和不锈钢合金金属连接件1桁架式不锈钢连接件设计技术要点1.1桁架式不锈钢连接件组成形式桁架式不锈钢连接件由中间弯曲的不锈钢腹杆和两侧螺纹钢弦杆通过焊接而成，不锈钢 腹杆桁架穿过保温层，单个波段（600mm）不锈钢斜腹杆的抗拉承载力设计值Nrd=5.6KN，两侧螺纹钢弦杆锚固在混凝土墙板内，锚固深度一般大于25mm,如图2所示。该形式 连接件国内已有学者进行落地试验证明其具有较高的抗拔、抗剪强度、抗弯性能1。根据上述连接件布置原则，初步在预制外墙板中布
5、置连接件。然后分析连接件的受力作 用及可能出现的荷载工况组合，分别验算取包络设计。并根据计算结果适当调整布置方案，合理的连接件布置方案可保证预制夹心保温混凝土外墙板具有较好的受力性能和连接件足够 的安全系数。1.3桁架式不锈钢连接件受力分析不锈钢桁架式连接件用于提供预制夹心保温混凝土内外叶墙板间的结构相互作用，使内 外叶墙板传递因以下典型施加于结构的效应而产生的荷载和位移；主要效应有：吊装和运输、 混凝土层自重、温度收缩变形、风荷载、水平地震作用、模板粘结力。结构效应可能在预制 夹心保温混凝土内外叶墙板间建筑生命周期的不同阶段期间进行组合。预制板的设计须能使 其承受最不利组合效应。a,在制造、
6、吊装、运输阶段，桁架连接件将承受三明治板的自重在吊装和运输期间产生 的拉力，一旦预制夹心保温墙板吊离模板时，连接件内的拉力将等于悬挂于其下层的板自重， 如图4所示。另需注意在运输阶段，连接件自重荷载会因动力系数而增加，装配式混凝土 结构技术规程（JGJ1-2014）6.2.2节规定动力系数为1.5。图5承受混凝土自重的条件下连接件受力分析简图c,风荷载:预制夹心保温混凝土外叶板受到风作用，该作用通常为垂直于板面的均布压力 或吸力荷载。均布荷载从混凝土外层通过保温层传递至内层和支撑件。因此保温层须有足够 的抗压强度。因风吸力产生的拉力荷载由斜腹杆抵抗（如图6）。两种情况下，风荷载均将 导致外叶板
7、弯曲。图6、风吸力和风压力作用下连接件计算简图d,温度收缩变形：作为建筑围护结构，预制夹心外墙板在各个季节均日夜受到频繁的温 度变化。且预制夹心外墙板温度梯度主要取决于外叶板的日或年温度波动。线性温度变化导 致预制混凝土外叶板的的局部变形（夏季膨胀和冬季收缩），变形幅度取决于季节和环境温 差大小。此时不锈钢连接件斜腹杆需抵抗混凝土外叶板的温度收缩挠曲变形效应。如图7所 示。图7、收缩、温度变形作用下连接件计算简图2.1工程概况启迪水木园项目位于合肥市经开区宿松路与海恒街家口西北侧，地上部分建筑面积约22 万平米采用装配整体式剪力墙结构，预制率50% （据合建（2013）15号文规定的预制率算
8、法），主要为28-32F高层建筑，地震设防烈度：7度0.10g。外墙采用预制夹心保温混凝土 墙板，连接件采用PDM-80不锈钢桁架式连接件，保温板采用30厚xps挤塑聚苯板，预制内 外叶墙板分别为200mm、60mm。2.2连接件计算现以1#楼YWQ1L墙体为例，介绍连接件设计计算方法：YWQ1L墙体高2915mm,长 3580mm（含两侧PCF板），如图8所示：图9 YWQ1L墙体PDM连接件剖面图由前文所述，对于PDM-80连接件斜腹杆的抗拉承载力设计值=5.6KN，故竖向抗拉承载 力=xcos20=5.26KN;水平抗拉承载力=xsin20=1.92KN。外墙板自重Gk=15.65KN,
9、面积A=10.44 E。验算工况1：平面内竖向荷载（自重+竖向地震力）按7度区地震影响系数max=0.08,平面内竖向地震力：=0.08x5x0.65xGk=4.07KN。与自重的组合值为：1.2x15.65+1.3x4.07=24.08KN。该墙板连接件竖向承载力设计值：5.26x4x4+5.26x8=126.24KN24.08KN。故竖向承载力 满足承载力要求，且安全系数为5.25。验算工况2：平面内水平荷载（平面内水平地震力）平面内水平地震力=0.08x5xGk=6.26KN。据同济大学Peikko连接件静力性能试验研究报告2：桁架式连接件在桁架平面外的 抗剪承载力约为平面内的1/3。故
10、该墙板连接件平面内水平承载力设计值：（5.26x4x4+5.26x8） =42.08KN6.26KN。满 足承载力要求。验收工况3：墙板脱模起吊验算模板附着吸附系数取1.5KN/E，并取动力系数为1.5。故脱模起吊时需考虑的荷载 F=1.4X1.5X1.5x15.65+1.4x1.5x10.44=71.22KN。该墙板连接件脱模起吊工况承载力设计值为： 1.92x4x4x2+1.92x2x4x2+3.5x10=127.16KN71.22KN。满足承载力要求。验算工况4：平面外水平力（负风压+水平地震力）最高处风压取值2KN/此与水平地震力的组合值为：1.4x2x10.44+1.3x6.26=3
11、7.36KN。该 墙板连接件脱模起吊工况承载力设计值为：1.92x4x4x2+1.92x2x4x2+3.5x10=127.16KN 37.36KN。满足承载力要求。验算工况5：温度变形夏季温度线性变形外叶板最高温度：80C，外叶板最低温度：-30C，取墙板中心桁架连接件中间波段斜 腹杆D1，D2分析计算（最大变形）计算D1：T=Ti-Tref= 57.5C其中Ti为外叶板最高温度80C，Tref为墙板生产是参考温度22.5C同理可计算冬季温度变形应力。通过计算发现，温度变形引起的斜腹杆拉力远小于单个 桁架斜腹杆的抗拉强度设计值为5.6KN，故满足设计要求。2.3计算结果分析通过以上对连接件在墙
12、板平面内竖向荷载、平面内水平荷载、脱模起吊、平面外水平力、 温度变形等工况内力分析，可以发现:温度应力对桁架的承载力影响较小，脱模起吊工况下连 接件承受内力最大，而其他组合荷载的安全系数达5倍以上。由此可见，桁架式金属连接件 用于预制夹心保温墙板中具有较大的承载力安全余度。3总结本文系统介绍了桁架式不锈钢连接件用于预制夹心保温外墙板中设计技术要点：连接件 保护层厚度、在墙板中布置原则及各工况下的受力特点，并结合设计工程计算了解到：连接 件受力控制工况为脱模起吊工况，温度应力对桁架的承载力影响较小可以忽略连接件在墙板 平面内和平面外竖向荷载、风荷载及地震荷载组合的工况下的安全系数达5倍以上。桁架式不锈钢连接件具有较高的受力性能，且具有优越耐久性及抗火性能。可以在预制 夹心保温外墙板工程中推广使用。参考文献：1薛伟辰.预制混凝土夹心保温外挂墙体桁架式不锈钢连接件抗拔与抗剪性能试验研究J 施工技术，2018（6）： 95-992同济大学Peikko连接件静力性能试验研究报告2014（6）3朱斌,施华飞.预制混凝土夹心保温外墙板桁架式不锈钢连接件施工及质量控制技术J施 工技术，2018（6）： 108-1124杨思忠，任成传，齐博磊，等.结构装饰保温一体化预制外墙板制造关键技术J.施 工技术，2015,44 （4）： 102-106.
