装配式钢结构钢梁包覆与墙体填充关键节点样板制作及拟静力试验研究

王从章，张奎，高思东，王友光

（1.安徽富煌钢构股份有限公司，安徽 合肥 238076；2.阜阳市重点工程建设管理处，安徽 阜阳 236000）

1 引言

图1 学校单体钢框架结构

图2 学校建筑群实体远景效果

2022 年初安徽省省政府出台关于促进建筑业改革发展的政策措施。旨在大力推进装配式钢结构在建筑工程、市政工程、公共建筑、工业建筑、基础设施建设项目中推广应用，并采取一系列举措推动装配式保温一体化墙板、高性能混凝土、高强钢筋和消能减震、预应力技术及组合结构体系在装配式建筑中的应用[1]。作为装配式钢结构公共建筑试点项目，阜阳职业技术学院新校区建设项目整个建设过程积累了丰富的经验。该项目位于阜阳市清河西路南侧、双清路北侧、学苑路东侧、河西路西侧，项目规划总占地面积743842m2，其中高等院校用地661789 m2，规划建筑面积476600 m2。本期由安徽富煌钢构股份有限公司承建的总建筑面积约296262 m2，包括教学区、学生生活区、体育运动区以及智能化工程、室外配套工程等。项目主要采用钢框架体系，围护系统采用ALC 板+保温装饰一体板，内墙采用ALC 条板局部蒸压加气混凝土砌块，楼板采用压型钢板。

装配式钢结构住宅中的钢梁包覆关键节点需要进行包覆处理。钢梁包覆目的是获得良好的防火、保温、隔声性能[2]，同时更有效地节省室内使用空间，使钢结构住宅在舒适性上满足居住要求，为钢结构住宅建筑的推广应用提供保障。目前国内并没有统一规范要求且没有能够普遍推广的好的做法。

2 试验样板制作

装配式钢结构住宅建筑与混凝土剪力墙住宅建筑结构层间位移角控制要求不同。剪力墙一般按照1/1000 控制，装配式钢结构框架一般按照1/300 控制。较大的层间位移角对填充墙和包梁材料适应结构变性能力要求不同。为更好地解决装配式钢结构建筑墙体和梁包覆开裂问题，需要根据工程项目开展相关实验。

2.1 墙体填充试验制作

墙体建筑做法采用ALC 砌体砌筑，专用成品水泥砂浆玻纤网抹面，墙体中布设拉结筋，墙体砌筑制作工艺按照以下步骤进行。

按设计节点及方案要求排版。

严格落实施工的操作工艺和施工技术质量检查标准，砌筑时应优先选择砌筑转角砌块，再砌筑中间部位砌块，应砌一皮再校一皮，应拉线控制砌块标高和砌筑面平整度，砌块排列非必要不镶砖，当必须镶砖时，应整砖平砌，尽量分散，镶砌砖强度应大于砌块强度等级。

蒸压砂加气混凝土砌块检测试验的各项指标应符合砌体要求的技术标准，砌筑前应按墙段测量尺寸和砌块规格并进行排列摆块，不足整块的应锯截成需要尺寸，不得小于砌体单元长度的1/3，蒸压砂加气混凝土砌块竖直灰缝宽度不得大于20mm，水平灰缝宽度不得大于15mm，砂浆应饱满。

砌筑墙体前，应在墙底部先砌3 皮煤矸石实心砖，规格200mm×95mm×53mm，灰缝可控制在10mm 左右。卫生间、风机房、开水间、泵房、水暖井、制冷机房、变电所、锅炉房、弱电机房、强弱电井、强弱电间、消防控制室等墙根部浇筑同墙厚300mm 高C20 混凝土，如用于洗浴或长时间有水房间（卫生间、开水间、泵房、锅炉房等）时，根部混凝土墙体上加砌500mm 高混凝土空心砖墙体。消防泵房、消防控制室出入口设置100mm 高C20 混凝土防水坎，强弱电井、水暖间、变电所、弱电机房、制冷机房、水泵房的出入口设置300mm高C20混凝土防水坎。

蒸压砂加气混凝土砌块砌筑时，应逐皮均匀连续砌筑。首先把平整的一面设为正面，砌块底面水平下落至铺好的砂浆上，对准位置同时准线校正平整度，用靠尺检查砌体垂直度，小偏差可采用瓦刀等工具校正。

砌筑蒸压加气混凝土砖的过程中，考虑砖原材料中有气孔，为防止砂浆过量地填入孔洞中，配制砂浆时，可适当提高砂浆的稠度。

砌筑蒸压砂加气混凝土砌块至梁或楼板底部时，按设计要求预留20mm 空隙。养护一周后，墙体砂浆强度达到设计要求，沉降稳定，再继续施工斜砌砖，斜砌砖可采用蒸压粉煤灰实心砖砌筑，斜砌砖应切割成50 °左右的斜角，补砌砂浆需要挤压饱满，对减少墙体产生裂缝发挥重要作用。

墙体砌筑至有构造柱位置时，马牙槎按规定留设，马牙槎要做到先退后进，每砌300mm 高退60mm 或者进60mm，进退尺寸为60mm，构造柱平面定位应以经过审核的各楼层构造柱平面定位图和设计文件要求为准。

图3 拉结筋与钢柱连接节点

图4 拉结筋规格

过梁可采用预制和现浇两种方式，构造柱需要在两侧砌筑墙体并预留形成，构造柱施工注意要点：砌筑前，先对构造柱位置及钢梁底部进行粗糙度处理，然后进行构造柱纵筋和箍筋钢筋绑扎；砌筑后，及时清理造柱马牙槎，用水冲洗。为保证不漏浆，构造柱模板要贴设海绵胶条。浇筑前，先浇筑5mm同标号砂浆。浇筑时利用振捣器保证灌入混凝土密实度。

窗台压顶、圈梁、过梁浇筑混凝土时，使用振动棒充分振捣，采用木抹子等工具压实抹平。混凝土浇筑完12h 后，通过对混凝土表面进行洒水养护，常温下每日上、下午浇水二次，养护时间不短于1周。

砌筑过程砌块渣及落地灰，需要清扫处理，采用集中装车或装袋运输至专业回收站，禁止从楼上肆意抛扔，避免造成环境污染和安全隐患。

墙体中拉结筋可采用预留和钢筋钢柱焊接施工工艺与框架柱进行连接，与构造柱相连的拉结筋应按照设计要求预留不小于锚固长度的钢筋，不应将拉结筋弯曲使用。

根据墙体砌筑工艺要注意的要点：墙体纵横交叉T 型及转角处，应留槎，沿墙高每隔50 公分放两根直径为6mm 钢筋，间距10cm，埋设长度以留槎处，每边不小于1m，末端弯钩90°；蒸压砂加气混凝土砌块施工时，两砌块之间最小搭砌长度不大于150cm，砌筑完成后严禁墙体之间有通缝情况；现场混凝土搅拌时，要严格控制水泥、沙、石子等的配合比，砂浆配合比应由有相应资质的实验室经试配完成后确定，搅拌时严格按计量配制，保证配合比无误，在搅拌棚明显处悬挂各砂浆及混凝土配比指示牌，现场外加剂、水泥、沙均要过秤进行搅拌；砌块砌筑时应向砌筑洒水养护及墙体砌筑完毕后，对整面墙进行为期5d 的浇水养护；施工时，严格控制门窗洞口的预留位置，每层施工前应由项目部技术人员对施工放线进行指导并检查，检查合格后需进行复检，验线合格方可进行砌体施工；施工过梁，两端搁置墙体的搭接不小于25cm，其中，窗台板两端搁置墙体内的长度不小于60cm；墙体施工完成一定体量时，要根据专项方案要求对墙体进行及时勾缝处理；在整个砌体施工过程中，严格控制墙体钢筋焊接长度、焊脚尺寸等指标；在整个砌体施工过程中，应严格控制墙体偏差。

图5 梁包覆节点

2.2 梁包覆关键节点制作

参考国内相关钢梁钢柱包覆技术研究思路[3]，设计钢梁腹板空腔实体填充加砌块方法，具体包括以下几点：

①H 型钢梁先进行薄涂膨胀型防火涂料喷涂5mm左右；

图6 正方向推1/500

图7 重新往复加载±1/500

②填充蒸压加气混凝土砌块，砌筑采用专用砂浆，强度不低于7.5MPa；

③砌筑面粉土2cm 专用砂浆，强度不低于7.5MPa；

④整个梁包覆范围覆盖玻纤网格布，梁与楼板交界面25cm 范围，梁与墙板25cm 范围全部覆盖，网格布容重不低于160g/m2；

⑤余下包覆业主可以根据装修情况自行考虑。

3 试验过程及结果

参照国内相关钢结构变形监测方法[4]，开展组织试验。

3.1 层间位移角为1/500

①正方向推1/500，没有出现裂纹；

图8 重新往复加载±1/300

图9 正方向推1/200

图10 重新往复加载±1/200

②重新往复加载±1/500 后，停于1/500 在墙体右上方，梁柱交接钢梁下翼缘出现0.17mm裂纹，斜向上45°往内侧延伸130mm，平均宽度0.15mm，另外在该位出现一条宽度小于0.1mm 细微裂纹，长约30mm(宽度仪无法准确捕捉测量)墙体左上方，梁柱交接下翼缘出现0.15mm 裂纹，斜向上45°往内侧延伸130mm。

3.2 层间位移角为1/300

往复加载±1/300停于1/300没有发生新的变化，裂纹宽度长度均同上一级相同，没有新的裂纹出现。

3.3 层间位移角为1/200

往复加载±1/200，停于1/200，原右上方裂纹闭合，长度没有延伸。左上方沿梁柱交接钢梁下翼缘出现0.2mm 宽裂纹，斜向上15°往内侧延伸700mm。

3.4 层间位移角为1/100

往复加载±1/100，停于1/100，四个梁柱交接位区域，墙面右上400×400、左 上400×400、右 下600×600、左 下600×600 空 鼓 区 域，其 中 右 上200×200、左上200×300 砂浆层表面剥落掉下，网格布漏出。墙面呈现钢框架对角线45°斜裂缝。

图11 重新往复加载±1/100

3.5 层间位移角为1/50

整个过程墙面砂浆表面层不停掉落，墙面整体出现空鼓，沿对角线墙面断裂，砂浆层炸开，钢梁与填充墙交接处出现水平通常裂缝。

4 结论

通过对保温装饰一体板与ALC 条板基墙连接关键技术研究，得出以下结论：

①对应层间位移角为1/500、1/300、1/200，钢梁包覆范围没有影响观感裂纹，同时填充墙范围没有影响观感裂纹，填充墙体在钢结构规范结构要求范围内，包覆节点和墙体做法均满足居住使用功能要求；

图12 重新往复加载±1/50

②对应层间位移角为1/100、1/50，钢梁包覆范围出现影响观感斜裂纹，同时填充墙范围出现影响观感斜裂纹并出现空鼓剥落，此时，包覆节点和墙体做法均无法满足居住使用功能要求；

③墙体砌筑及钢梁包覆过程中，拉结钢筋需要焊接到钢柱或钢梁上，双面焊接的长度不小于5倍钢筋直径；

④《住宅工程质量通病防治技术规程》（J1176-01 DB34/1659-01）第5.2中砌体工程裂缝防治，第5.3 中抹灰工程裂缝防治；《砌体结构工程施工质量验收规范》（GB 50203-2011）第9 章填充墙砌体工程；《建筑工程裂缝防治技术规程》（JGJ／T317-2014）均给出裂纹防治措施，但并没有给出裂纹限值，参考《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）按照结构构件要求，对应层间位移角，满足要求，该种做法较国内外钢梁包板做法[5]使用效果更好。