现浇挤塑板夹心混凝土墙体技术的应用与研究

现浇挤塑板夹心混凝土墙体技术的应用与研究

张新强

中国水利水电第八工程局有限公司 湖南 长沙 410004

摘要：装配式建筑具有现场湿作业少、施工速度快和对环境污染小等优点，符合我国建筑工业化和绿色建筑的发展趋势。然而在装配式结构体系中，常规采用的砌体填充墙具有粘结力较低、渗漏风险高、抗震抗裂性能差、砌筑工作繁重等缺点。为提升装配式建筑的整体性能，本文提出了现浇挤塑板夹心混凝土墙体技术，该技术可作为装配式结构体系中砌体填充墙的替代措施。本文首先对现浇挤塑板夹心混凝土墙体技术的特点、墙体构造、工艺流程以及墙体应用情况进行了描述，然后通过有限元分析方法对比在装配式剪力墙结构中分别采用现浇挤塑板夹心混凝土填充墙和砌体填充墙时墙体的抗震性能和整体性。分析结果表明采用现浇挤塑板夹心混凝土填充墙可显著提升墙体抗震性能以及整体性，降低外墙渗漏风险。最后希望本文研究可为现浇挤塑板夹心混凝土墙体技术的推广和应用提供依据和参考。

关键词：装配式建筑；现浇挤塑板夹心混凝土墙体；砌体；抗震性能

Abstract：Prefabricated building has the advantages of less wet operation, fast construction speed and less environmental pollution, which is in line with the development trend of building industrialization and green building in China. However, in the prefabricated structure system, the conventional masonry infilled wall has some disadvantages, such as low cohesive force, high leakage risk, poor seismic and crack resistance, heavy masonry work and so on. In order to improve the overall performance of prefabricated buildings, this paper puts forward the technology of cast-in-place extruded board sandwich concrete wall, which can be used as an alternative measure of masonry infill wall in prefabricated structure system. This paper first describes the characteristics, wall structure, technological process and wall application of the cast-in-place extruded plate sandwich concrete wall technology, and then compares the seismic performance and integrity of the wall when the cast-in-place extruded plate sandwich concrete infilled wall and masonry infilled wall are respectively used in the prefabricated shear wall structure through the finite element analysis method. The results show that the seismic performance and integrity of the wall can be significantly improved, and the leakage risk of the external wall can be reduced. Finally, it is hoped that this study can provide the basis and reference for the promotion and application of cast-in-place extruded plate sandwich concrete wall technology.

Key words: prefabricated building; Cast in situ extruded board sandwich concrete wall; Masonry; Seismic performance.

引言

当前，随着我国社会的发展以及经济的增长，人口红利消失导致的劳动力短缺、人工成本增加以及传统施工方式导致的资源浪费、环境污染等问题阻碍了建筑行业的发展。在此背景下，装配式混凝土结构成为我国建筑结构发展的重要方向之一。装配式混凝土结构是以预制构件为主要受力构件，并经装配或连接而成的混凝土结构，本文简称为装配式结构。

装配式结构具有以下特点：（1）大量的建筑构件由车间生产完成。构件种类主要有：外墙板，内墙板，叠合板，阳台，空调板，楼梯，预制梁，预制柱等；（2）现场主要是装配作业，现场湿作业大量减少；（3）采用建筑和装修一体化设计、施工，理想状态是装修可随主体施工同步进行；（4）设计标准化和管理信息化。采用标准构件，可提高生产效率，从而降低相应的构件成本，最后再配合工厂的数字化管理，使得性价比很高；（5）符合绿色建筑的要求。因为装配式施工更能符合绿色施工的节地、节能、节材、节水和环境保护等要求，降低对环境的负面影响，包括降低噪音、防止扬尘、减少环境污染、清洁运输、减少场地干扰、节约水、电、材料等资源和能源，遵循可持续发展的原则。（6）节能环保，节约资源。装配式结构可以连续地按顺序完成工程的多个或全部工序，从而减少进场的工程机械种类和数量，消除工序衔接的停闲时间，实现立体交叉作业，减少施工人员，从而提高工效、降低物料消耗、减少环境污染，为绿色施工提供保障。另外，装配式结构在较大程度上减少建筑垃圾(约占城市垃圾总量的30%―40%)，如废钢筋、废铁丝、废竹木材、废弃混凝土等。（7）可模性好。新搅拌的混凝土是具有可塑性的，可根据需要设计制成各种形状和大小的结构或构件。

但是，因为我国的装配式结构发展时间较短，相关规范及标准尚不完善，导致在建设过程中的安全、进度和质量等方面仍存在一定的缺陷，比如在装配式结构中常采用砌体填充墙。然而装配式建筑中含砌体部分具有很多缺点：（1）砌体结构自重大；（2）砌体砂浆和砖石砌块之间的粘结力较弱，因此无筋砌体的抗拉抗弯及抗剪强度低，抗震及抗裂性能较差，对装配式建筑结构的整体性能有较大影响；（3）砌体结构砌筑工作繁重，与装配式结构中的绿色、效率等理念不符；（4）砌块砖结构的粘土砖用量很大，往往占用农田，影响农业生产，不符合装配式结构中的节能、环保要求；（5）砌体部分属于二次结构，不随主体施工同步进行，对成本、工期具有较大影响；（6）对于砌体部分无法进行标准化的管理和信息化，生产效率及性价比低下。因此，为提升装配式建筑的整体性能，本文提出了现浇挤塑板夹心混凝土墙体技术，该技术可作为装配式结构体系中砌体填充墙的替代措施。

建筑外墙是建筑的主要组成部分，其结构形式和使用的材料对建筑能耗指标和室内居住舒适性具有一定影响。此外，外墙在住宅建筑的围护结构能耗中占比高达34%。传统的砌体外墙存在力学性能差、抗渗性差以及保温隔热性能差等缺点，而采用本文提出的现浇挤塑板夹心混凝土墙体，可提高外墙的力学性能和抗渗性，墙体中的挤塑板可提高墙体的保温隔热性能。

已有学者介绍了各种墙体的技术以及应用。周双科等人对现浇夹芯混凝土填充墙的防火性能、保温性能及存在的问题进行了分析。王洪飞介绍了现浇混凝土结构复合墙体自保温系统及其技术性能特点，对自保温系统的结构构造型式、防火安全性能、热工计算等研究内容进行了分析。张波等人针对现浇混凝土节能墙体中由于钢丝网架密布导致混凝土无法振动密实的问题，提出了采用自密实混凝土的方案，并对其进行试验，配制出了优质、高效的自密实混凝土。然而很少有学者介绍现浇挤塑板夹心混凝土墙体，并对其有限元分析。

基于以上背景，本文首先对现浇挤塑板夹心混凝土墙体技术的特点、墙体构造、工艺流程以及墙体应用情况进行了描述，又通过有限元分析方法对比在装配式剪力墙结构中分别采用现浇挤塑板夹心混凝土填充墙和砌体填充墙时墙体的抗震性能和整体性。最后，希望本文可为现浇挤塑板夹心混凝土墙体技术的推广和应用提供依据和参考。

1. 现浇挤塑板夹心混凝土墙体介绍

1.1 现浇挤塑板夹心混凝土墙体特点

相较于传统的砌体填充墙，现浇挤塑板夹心混凝土填充墙具有以下特点：

（1）施工周期短

现浇空心混凝土墙体在装配式建筑施工时，相较于传统的砌体墙，由二次结构转为一次成型，有效提高了高层建筑施工的速度，降低了施工所需的时间，节省了工期，加快了进度。

（2）施工工艺简单

随现场墙柱钢筋绑扎同步完成，且操作简单，材质轻便，易于搬运，极大的提高了工人的施工效率，并提高了建筑企业的经济效益。

（3）墙体性能优良

相比于砌体墙，现浇空心混凝土墙体的性能更为优良，结构更为合理，安全更有保障，且经过计算与实际检验，现浇空心混凝土墙体的容重ρ≤1400Kg/m³，且受力性能远远超过砌体墙，满足了高层装配式建筑对稳定性的要求。

1.2

现浇挤塑板夹心混凝土墙体构造

现浇挤塑板夹心混凝土墙体主要是由挤塑板、挤塑板限位短钢筋、水平钢筋、竖向钢筋和混凝土组成。其中水平钢筋两端锚入墙内，并在与墙体的两侧与墙柱结合处放置结构拉缝板。竖向钢筋的侧钢筋锚入梁内。浇筑时，自下而上一次浇筑成型。现浇挤塑板夹心混凝土墙体的构造示意图见图1。

1.3墙体施工工艺流程

在装配式混凝土结构中，现浇挤塑板夹心混凝土墙体施工工艺流程如下：

场地内垃圾、杂物清理→已完成工程验收、测量放线 →梁上预留现浇空心混凝土外墙竖向筋和剪力墙（框柱）上水平预留筋→绑扎外侧竖向和水平筋→80mm厚XPS挤塑板放置、固定→绑扎内侧竖向和水平筋→PVC结构拉缝板放置、固定→固定拉筋→铝模安装→混凝土浇筑、振捣密实→模板拆除、养护。

2. 工程应用

2.1工程概况

某市某高层装配式住宅及裙楼工程项目，占地面积56261.25㎡，建筑总面积为208298.33㎡，地上建筑面积共计154798.33㎡，住宅面积150573.21㎡，地下建筑面积53500㎡。工程共计10栋33层建筑，建筑高度97.50m；2栋29层住宅，建筑高度85.90m；1栋6层的社区配套用房；3栋商业及配套；4栋单层配电室；纯地下室地下1层。建筑类别为一类，抗震设防烈度为七度，设计使用年限50年。工程剪力墙的标准厚度为200mm，整体采用预制装配整体式、现浇剪力墙结构进行施工。

本工程主体结构部分二层及二层以上楼板采用预制非预应力钢筋混凝土叠合板，二层及二层以上楼梯采用预制装配式楼梯，一层及一层以上飘窗采用预制，内围护墙采用蒸压陶检钢筋混凝土轻质墙板，外围护墙采用免抹灰现浇空心混凝土外墙。

2.2 现浇挤塑板夹心混凝土墙体应用概况

本工程采用的挤塑板尺寸为300mm×600mm×80mm。固定用水平横向短钢筋为φ8，长度为250mm；水平纵向短钢筋为φ12@150mm，穿过挤塑板，长度为170mm。水平纵向短钢筋在水平钢筋之上采用绑扎固定，同时，水平横向短钢筋在水平纵向短钢筋之上采用绑扎固定，固定挤塑板，防止挤塑板在施工、浇筑过程中产生位移，保证成型质量，墙体具体构造如图2所示。在墙体施工过程中需要用到的材料见表1。

表1 墙体施工所需材料

2.3 现浇挤塑板夹心混凝土墙体应用效果

在某市某高层装配式住宅及裙楼工程项目中应用了现浇挤塑板夹心混凝土墙体，应用效果如图3所示。

3. 现浇挤塑板夹心混凝土墙体整体性及抗震性能分析

剪力墙结构中的填充墙常采用砌体，而本文提出了一种现浇挤塑板夹心混凝土填充墙体。为研究现浇挤塑板夹心混凝土墙体的整体性和抗震性能，采用有限元分析方法，分别对填充墙采用现浇挤塑板夹心混凝土墙体的剪力墙以及填充墙采用砌体的剪力墙进行了滞回分析。

3.1 有限元模型建立

剪力墙模型取自一装配式剪力墙结构的外墙，墙体长7800mm，高2900mm，厚200mm，其中填充墙长1800mm，高2300mm，厚200mm。建立的剪力墙模型如图4所示，建立的挤塑板夹心混凝土墙体模型如图5所示。有限元模型中的混凝土墙体、砌体墙以及挤塑板均采用缩减积分实体单元C3D8R，墙内钢筋采用桁架单元T3D2。钢筋本构采用理想弹塑性模型，并采用随动强化准则。混凝土采用塑性损伤模型，受拉和受压应力应变关系根据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)确定，并引入混凝土损伤指标。单独建立钢筋模型并嵌入到混凝土墙体中，填充墙与剪力墙之间设置接触。最后，在墙体顶部施加轴向荷载以及往复水平荷载，从而研究墙体的抗震性能。

3.2 墙体破坏模式

图6为剪力墙的受压损伤云图。由图可知，不管填充墙采用的是挤塑板夹心混凝土墙体，还是采用砌体，剪力墙的破坏模式基本是一致的。剪力墙的墙角部位破坏严重，由于剪力墙受到剪切作用，所以剪力墙的损伤呈现对角分布。

图7为挤塑板夹心混凝土填充墙和砌体填充墙的应力云图。由图可知，在同样的荷载作用下，挤塑板夹心混凝土填充墙中的最大应力还未超过混凝土的抗压强度，所以该墙体基本还没有产生破坏，而砌体填充墙大部分区域的最大应力已到达砌体的抗压强度，说明砌体填充墙大部分区域已产生破坏。因此，在地震作用下，砌体填充墙更易发生破坏，从而导致墙体开裂，影响使用，最终产生不必要的维修和加固成本。

3.3整体性分析

图8（a）为填充墙采用挤塑板夹心混凝土的剪力墙的应力云图。由图可知，在荷载作用下除了剪力墙中产生了较大应力外，挤塑板夹心混凝土填充墙中也产生了应力，此时填充墙和剪力墙共同受力，说明采用挤塑板夹心混凝土作为填充墙的墙体具有很好的整体性。图8（b）为填充墙采用砌体的剪力墙的应力云图，由图可知，在荷载作用下剪力墙中产生了较大应力，而砌体填充墙中应力很小，说明采用砌体作为填充墙的墙体的整体性较差。

实际的混凝土墙体以及砌体墙的变形较小，为便于观察，将两个墙体在同一荷载作用下的变形放大5倍，图9为填充墙的变形图。由图可知，在同样的荷载作用下，砌体填充墙与剪力墙之间多处出现较大的缝隙，而挤塑板夹心混凝土填充墙和剪力墙之间的缝隙很小。因此，当填充墙采用挤塑板夹心混凝土时，墙体具有较好的整体性和抗渗性。

3.4 墙体抗震性能分析

本文主要通过墙体滞回曲线和累计耗能来分析其抗震性能。分别采用挤塑板夹心混凝土和砌体作为填充墙的墙体的滞回曲线对比如图10所示。由图可知，两种墙体的滞回曲线均具有一定的捏缩。采用挤塑板夹心混凝土作为填充墙的墙体的承载力高于采用砌体作为填充墙的墙体的承载力。分别采用挤塑板夹心混凝土和砌体作为填充墙的墙体的累计耗能对比如图11所示。由图可知，采用挤塑板夹心混凝土作为填充墙的墙体的累计耗能明显高于采用

砌体作为填充墙的墙体的累计耗能。因此，相比于砌体作为填充墙的墙体，挤塑板夹心混凝土作为填充墙的墙体具有更好的抗震性能。

4. 结语

(1) 随着我国经济的发展，各类房屋建筑结构体系应运而生。装配式建筑因具有现场湿作业少、施工速度快和对环境污染小等优点，更加符合我国建筑工业化和绿色建筑的发展趋势。因此，装配式结构将是我国建筑结构发展的重要方向之一。

（2）砌体结构本身具有造价低、取材方便、施工简单的优势，一般作为围护墙、分隔墙等非承重结构，它被广泛运用于各类工程。在装配式剪力墙结构中也常采用砌体填充墙。然而在装配式结构体系中，常规采用的砌体填充墙具有粘结力较低、渗漏风险高、抗震抗裂性能差、砌筑工作繁重等缺点。为提升装配式建筑的整体性能，本文提出了现浇挤塑板夹心混凝土墙体技术，该技术可作为装配式结构体系中砌体填充墙的替代措施。本文对现浇挤塑板夹心混凝土墙体技术的特点、墙体构造、工艺流程以及墙体应用情况进行了描述。

（3）本文通过有限元分析方法对比了在装配式剪力墙结构中分别采用现浇挤塑板夹心混凝土填充墙和砌体填充墙时墙体的抗震性能和整体性。分析结果表明采用现浇挤塑板夹心混凝土填充墙可显著提升墙体抗震性能以及整体性，降低外墙渗漏风险。因此，建议在装配式混凝土结构中淘汰砌体填充墙，采用现浇挤塑板夹心混凝土墙体作为填充墙。

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作者简介

姓名：张新强

出生年月：1972.12，性别：男，民族：汉，

籍贯（湖南省岳阳市湘阴县），

学历：大专，职称：高级工程师，

研究方向：房屋建筑