10 外挂墙板设计

10.1 一般规定

10.1.1 外挂墙板有许多种类型,其中主要包括:梁式外挂板、柱式外挂板和墙式外挂板,他们之间的区别主要在于挂板在建筑中所处的位置不同,因此导致设计计算和连接节点的许多不同。鉴于我国对各种外挂墙板所做的研究工作和工程实践经验都比较少,本章涉及的内容基本上仅限于墙式外挂板,即非承重的、作为围护结构使用的、仅跨越一个层高和一个开间的外挂墙板。
    对预制构件而言,连接问题始终是最重要的问题,外挂墙板也不例外。外挂墙板与主体结构应采用合理的连接节点,以保证荷载传递路径简捷,符合结构的计算假定。同时,对外挂墙板除应进行截面设计外,还应重视连接节点的设计。连接节点包括有预埋件及连接件。其中预埋件包括主体结构支承构件中的预埋件,以及在外挂墙板中的预埋件,通过连接件与这两种预埋件的连接,将外挂墙板与主体结构连接在一起。对有抗震设防要求的地区,应对外挂墙板和连接节点进行抗震设计。

10.1.2 外挂墙板与主体结构之间可以采用多种连接方法,应根据建筑类型、功能特点、施工吊装能力以及外挂墙板的形状、尺寸以及主体结构层间位移量等特点,确定外挂墙板的类型,以及连接件的数量和位置。对外挂墙板和连接节点进行设计计算时,所取用的计算简图应与实际连接构造相一致。

10.1.4 外挂墙板的支承构件可能会发生扭转和挠曲,这些变形可能会对外挂墙板产生不良影响,应尽量避免。当实在不能避免时,应进行定量的分析计算。
    美国预制/预应力混凝土协会PCI的资料表明,如果从制作外挂墙板浇筑混凝土之日起,至完成外挂墙板与主体结构连接节点的施工之间的时间超过30d时,由于混凝土收缩形成的徐变影响可以忽略。
    当支承构件为跨度较大的悬臂构件时,其端部可能会产生较大的位移,不宜将外挂墙板支承在此类构件上。

10.1.5 目前,美国、日本和我国的台湾地区,外挂墙板与主体结构的连接节点主要采用柔性连接的点支承的方式。一边固定的线支承方式在我国部分地区有所应用。鉴于目前我国有关线支承的科研成果还偏少,因此本规程优先推荐了柔性连接的点支承做法。
    1 点支承的外挂墙板可区分为平移式外挂墙板(图6a)和旋转式外挂墙板(图6b)两种形式。它们与主体结构的连接节点,又可以分为承重节点和非承重节点两类。
    一般情况下,外墙挂板与主体结构的连接宜设置4个支承点:当下部两个为承重节点时,上部两个宜为非承重节点;相反,当上部两个为承重节点时,下部两个宜为非承重节点。应注意,平移式外挂墙板与旋转式外挂墙板的承重节点和非承重节点的受力状态和构造要求是不同的,因此设计要求也是不同的。


图6 外挂墙板及其连接节点形式示意

    2 根据现有的研究成果,当外挂墙板与主体结构采用线支承连接时,连接节点的抗震性能应满足:①多遇地震和设防地震作用下连接节点保持弹性;②罕遇地震作用下外挂墙板顶部剪力键不破坏,连接钢筋不屈服。连接节点的构造应满足:
        1)外挂墙板上端与楼面梁连接时,连接区段应避开楼面梁塑性铰区域。
        2)外挂墙板与梁的结合面应做成粗糙面并宜设置键槽,外挂墙板中应预留连接用钢筋。连接用钢筋一端应可靠地锚固在外挂墙板中,另一端应可靠地锚固在楼面梁(或板)后浇混凝土中。
        3)外挂墙板下端应设置2个非承重节点,此节点仅承受平面外水平荷载;其构造应能保证外挂墙板具有随动性,以适应主体结构的变形。