[摘要] 装配式混凝土夹心保温外墙板由内外叶预制混凝土板、保温墙连接件和夹心保温层组成。其中，保温墙连接件是实现内外叶预制混凝土板良好连接、保证外墙板具有良好受力性能的关键部件。保温墙连接件具有强度高、抗火性能和耐腐蚀性能好等优点，是目前工程中普遍采用的保温墙连接件之一。这其中，桁架式不锈钢连接件又因其较高的承载力和较为便捷的施工性能而得到越来越广泛的应用。系统介绍了桁架式不锈钢连接件的设计与施工技术要点，并通过国内外典型工程的介绍对上述技术要点做了更为详细的阐述。
1、桁架式不锈钢保温墙连接件设计技术要点
桁架式不锈钢连接件由两侧弦杆及中间腹杆组成，中间腹杆为不锈钢材质，两侧弦杆根据应用环境不同，可选用普通螺纹钢或不锈钢螺纹钢，弦杆与腹杆通过焊接连接。两侧弦杆锚固在内外叶混凝土板内，中间斜腹杆穿过保温层，该产品具有抗剪、抗拉强度高及导热性能低、抗弯性能强等特点。
图1芬兰佩克PD型保温墙连接件
桁架式不锈钢连接件从20世纪60年代开始，在欧洲广泛应用（见图1）。连接件的耐久性和墙板的隔热性能也经历了项目的实际考验，芬兰佩克公司在2013年对1栋1970年住宅楼的夹心保温外墙进行红外线成像测试（见图2），当时室内外温差约为30℃，从红外线热成像显示可以发现保温层位置没有热桥现象，保温性能良好。
图2对采用桁架式不锈钢连接件的保温墙板 红外线热成像测试
2. 桁架式不锈钢保温墙连接件设计方法概述
桁架式不锈钢连接件计算按照非组合计算，即外叶板仅起到保护保温层的作用，不参与内叶板的内力组合，内、外叶板变形相对独立，外叶板的自重及受到的荷载组合通过连接件传递至内叶板。桁架式不锈钢连接件具有较好的抗剪、抗弯性能的同时也有较好的延性及适应变形的能力，因此能够消除外叶板在温度变形时产生的应力，可以自由膨胀，桁架式不锈钢连接件在欧洲近50年的实践应用可以证明非组合计算理论。下面以芬兰佩克公司的PD型桁架式不锈钢连接件为例，简要介绍设计方法。
PD型桁架式不锈钢连接件单个波段的标准长度为600mm，两侧弦杆在混凝土板的锚固深度应≥25mm，桁架宽度根据保温层厚度选取，相应地斜腹杆与弦杆的夹角α也会随保温层的厚度发生改变。单个波段斜腹杆的抗拉承载力设计值NRd=5.6kN, 混凝土强度等级至少为C30。因此，连接件的抗拉、抗剪承载力根据α的三角函数关系可以求得（见图3）。
图3. PD型桁架式不锈钢连接件基本尺寸及承载力
3. 桁架式不锈钢保温墙连接件在不同工况下受力分析
预制夹心外墙板在制作、运输、安装以及正常使用等状态下，外叶板处在不同工况荷载作用下，连接件的受力也会不同，因此需要分别做受力分析。例如，在正常使用状态下，只考虑外叶板自重荷载，即连接件承受竖向剪力，由斜腹杆的受拉承载力NRd和斜腹杆与竖向的夹角α计算竖向抗剪承载力，同时外叶板自重的偏心弯矩产生的压力由保温板承担（见图4）。
图4. 正常使用状况下连接件受力模型
考虑脱模起吊工况，此时连接件需要承担外叶板自重和模板的吸附力，同时也需要考虑一定的脱模起吊动力系数1.2~1.3。此时墙板处于平躺状态，PD型连接件主要承受垂直墙板面的拉拔力，斜腹杆受拉承载力NRd沿起吊方向的分力抵抗这部分荷载。需要注意的是，在此工况内，连接件的作用相当于起吊预埋吊钉，因此作为起吊预埋作用时，安全储备必须＞3倍（见图5）。
图5. 脱模起吊状况下连接件受力模型
考虑起吊、运输、安装工况时，连接件需承受外叶板自重及相应的动力系数，动力系数根据不同的起吊设备选取，此时连接件的受力模型类似于正常使用状态，连接件主要承受竖向剪力，可按同理验算。在考虑风压、风吸工况时，外叶板承受垂直于墙面的荷载，此时连接件受力模型类似于脱模起吊工况，连接件主要承受拉拔力，可按同理验算。考虑地震作用时，可把竖向地震作用与自重组合后验算，连接件承载力满足要求并且有足够的安全储备，可把平面外水平地震作用与风荷载组合后验算，连接件拉拔承载力满足要求并有足够的安全储备（见图6）。
图6. 风荷载作用状况下连接件受力模型
考虑间接变形时，主要是收缩变形及温度变形。通常外叶板边缘位置变形较大，产生的弯矩通过连接件端部位置的斜腹杆受拉抵抗这部分弯矩，因此连接件与混凝土板边缘的距离需要满足要求（见图7）。
图7. 收缩、温度变形状况下连接件受力模型
由上述分析可以看出，桁架式不锈钢连接件的受力模型相当复杂，同时在实际工程中，由于墙板上有门窗洞口的存在，会造成各种工况下偏心弯矩的存在，因此对桁架式不锈钢连接件应尽量做到均匀布置，减小偏心弯矩的影响。同时，根据实际工程应用经验分析，最不利工况为正常使用状态及脱模起吊状态，因此通常只需关注上述工况下的连接件受力情况、对连接件在混凝土板中的受剪及受拉拔承载力复核即可。
4. 桁架式不锈钢保温墙连接件布置设计步骤
第1步选择连接件型号，上文提到过桁架式不锈钢连接件的宽度型号根据保温板的厚度选择，通常宽度为保温板厚度+50mm，可满足连接件在两侧混凝土板的锚固要求。连接件的长度根据墙板的高度选取合适长度，为600mm（单波段长度）的倍数，此时可知单波段斜腹杆沿水平及竖直方向承载分力值。
第2步根据PD型连接件布置基本原则和构造要求，均匀布置连接件，连接件与墙板左、右边缘的距离R应满足300mm≥R≥100mm; 连接件与墙板上、下边缘的距离V应满足250mm≥V≥20mm; 连接件之间的距离应≥100mm，且宜≤600mm，上述要求可保证桁架式连接件在混凝土的锚固承载力，同时可限制外叶板翘曲。当墙板高度＞3 600mm时，只能布置长度最多为3 000mm的桁架连接件，上下端部剩余空间采用垂直的销钉拉结，可保证上下端部的自由收缩变形。当墙板中有门窗洞口，且洞口一侧的宽度为300~600mm时，需在此空间内至少布置2根桁架式连接件，防止外叶板在此处压屈变形（见图8）。
图8. PD型桁架式不锈钢连接件布置
第3步根据初步的布置图及连接件的承载力设计值，分别验算上文提到的几种工况，且具备足够的安全系数。根据计算结果调整布置方案，同时复核墙板初始深化图，避开一些可能会引起位置冲突的预埋件，绘制桁架式连接件的节点剖面图及技术要求。
下期内容
《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研究 （下）》
- 桁架式不锈钢连接件施工技术要点
- 桁架式不锈钢连接件项目分享
