[摘要] 裝配式混凝土夾心保溫外牆板由內外葉預製混凝土板、保溫牆連接件和夾心保溫層組成。其中，保溫牆連接件是實現內外葉預製混凝土板良好連接、保證外牆板具有良好受力性能的關鍵部件。保溫牆連接件具有強度高、抗火性能和耐腐蝕性能好等優點，是目前工程中普遍採用的保溫牆連接件之一。這其中，桁架式不鏽鋼連接件又因其較高的承載力和較為便捷的施工性能而得到越來越廣泛的應用。系統介紹了桁架式不鏽鋼連接件的設計與施工技術要點，並通過國內外典型工程的介紹對上述技術要點做了更為詳細的闡述。
1、桁架式不鏽鋼保溫牆連接件設計技術要點
桁架式不鏽鋼連接件由兩側弦杆及中間腹杆組成，中間腹杆為不鏽鋼材質，兩側弦杆根據應用環境不同，可選用普通螺紋鋼或不鏽鋼螺紋鋼，弦杆與腹杆通過焊接連接。兩側弦杆錨固在內外葉混凝土板內，中間斜腹杆穿過保溫層，該產品具有抗剪、抗拉強度高及導熱性能低、抗彎性能強等特點。
圖1芬蘭佩克PD型保溫牆連接件
桁架式不鏽鋼連接件從20世紀60年代開始，在歐洲廣泛應用（見圖1）。連接件的耐久性和牆板的隔熱性能也經歷了項目的實際考驗，芬蘭佩克公司在2013年對1棟1970年住宅樓的夾心保溫外牆進行紅外線成像測試（見圖2），當時室內外溫差約為30℃，從紅外線熱成像顯示可以發現保溫層位置沒有熱橋現象，保溫性能良好。
圖2對採用桁架式不鏽鋼連接件的保溫牆板 紅外線熱成像測試
2. 桁架式不鏽鋼保溫牆連接件設計方法概述
桁架式不鏽鋼連接件計算按照非組合計算，即外葉板僅起到保護保溫層的作用，不參與內葉板的內力組合，內、外葉板變形相對獨立，外葉板的自重及受到的荷載組合通過連接件傳遞至內葉板。桁架式不鏽鋼連接件具有較好的抗剪、抗彎性能的同時也有較好的延性及適應變形的能力，因此能夠消除外葉板在溫度變形時產生的應力，可以自由膨脹，桁架式不鏽鋼連接件在歐洲近50年的實踐應用可以證明非組合計算理論。下面以芬蘭佩克公司的PD型桁架式不鏽鋼連接件為例，簡要介紹設計方法。
PD型桁架式不鏽鋼連接件單個波段的標準長度為600mm，兩側弦杆在混凝土板的錨固深度應≥25mm，桁架寬度根據保溫層厚度選取，相應地斜腹杆與弦杆的夾角α也會隨保溫層的厚度發生改變。單個波段斜腹杆的抗拉承載力設計值NRd=5.6kN, 混凝土強度等級至少為C30。因此，連接件的抗拉、抗剪承載力根據α的三角函數關係可以求得（見圖3）。
圖3. PD型桁架式不鏽鋼連接件基本尺寸及承載力
3. 桁架式不鏽鋼保溫牆連接件在不同工況下受力分析
預製夾心外牆板在製作、運輸、安裝以及正常使用等狀態下，外葉板處在不同工況荷載作用下，連接件的受力也會不同，因此需要分別做受力分析。例如，在正常使用狀態下，只考慮外葉板自重荷載，即連接件承受豎向剪力，由斜腹杆的受拉承載力NRd和斜腹杆與豎向的夾角α計算豎向抗剪承載力，同時外葉板自重的偏心彎矩產生的壓力由保溫板承擔（見圖4）。
圖4. 正常使用狀況下連接件受力模型
考慮脫模起吊工況，此時連接件需要承擔外葉板自重和模板的吸附力，同時也需要考慮一定的脫模起吊動力系數1.2~1.3。此時牆板處於平躺狀態，PD型連接件主要承受垂直牆板面的拉拔力，斜腹杆受拉承載力NRd沿起吊方向的分力抵抗這部分荷載。需要注意的是，在此工況內，連接件的作用相當於起吊預埋吊釘，因此作為起吊預埋作用時，安全儲備必須＞3倍（見圖5）。
圖5. 脫模起吊狀況下連接件受力模型
考慮起吊、運輸、安裝工況時，連接件需承受外葉板自重及相應的動力系數，動力系數根據不同的起吊設備選取，此時連接件的受力模型類似於正常使用狀態，連接件主要承受豎向剪力，可按同理驗算。在考慮風壓、風吸工況時，外葉板承受垂直於牆面的荷載，此時連接件受力模型類似於脫模起吊工況，連接件主要承受拉拔力，可按同理驗算。考慮地震作用時，可把豎向地震作用與自重組合後驗算，連接件承載力滿足要求並且有足夠的安全儲備，可把平面外水平地震作用與風荷載組合後驗算，連接件拉拔承載力滿足要求並有足夠的安全儲備（見圖6）。
圖6. 風荷載作用狀況下連接件受力模型
考慮間接變形時，主要是收縮變形及溫度變形。通常外葉板邊緣位置變形較大，產生的彎矩通過連接件端部位置的斜腹杆受拉抵抗這部分彎矩，因此連接件與混凝土板邊緣的距離需要滿足要求（見圖7）。
圖7. 收縮、溫度變形狀況下連接件受力模型
由上述分析可以看出，桁架式不鏽鋼連接件的受力模型相當複雜，同時在實際工程中，由於牆板上有門窗洞口的存在，會造成各種工況下偏心彎矩的存在，因此對桁架式不鏽鋼連接件應儘量做到均勻佈置，減小偏心彎矩的影響。同時，根據實際工程應用經驗分析，最不利工況為正常使用狀態及脫模起吊狀態，因此通常只需關注上述工況下的連接件受力情況、對連接件在混凝土板中的受剪及受拉拔承載力複核即可。
4. 桁架式不鏽鋼保溫牆連接件佈置設計步驟
第1步選擇連接件型號，上文提到過桁架式不鏽鋼連接件的寬度型號根據保溫板的厚度選擇，通常寬度為保溫板厚度+50mm，可滿足連接件在兩側混凝土板的錨固要求。連接件的長度根據牆板的高度選取合適長度，為600mm（單波段長度）的倍數，此時可知單波段斜腹杆沿水平及豎直方向承載分力值。
第2步根據PD型連接件佈置基本原則和構造要求，均勻佈置連接件，連接件與牆板左、右邊緣的距離R應滿足300mm≥R≥100mm; 連接件與牆板上、下邊緣的距離V應滿足250mm≥V≥20mm; 連接件之間的距離應≥100mm，且宜≤600mm，上述要求可保證桁架式連接件在混凝土的錨固承載力，同時可限制外葉板翹曲。當牆板高度＞3 600mm時，只能佈置長度最多為3 000mm的桁架連接件，上下端部剩餘空間採用垂直的銷釘拉結，可保證上下端部的自由收縮變形。當牆板中有門窗洞口，且洞口一側的寬度為300~600mm時，需在此空間內至少佈置2根桁架式連接件，防止外葉板在此處壓屈變形（見圖8）。
圖8. PD型桁架式不鏽鋼連接件佈置
第3步根據初步的佈置圖及連接件的承載力設計值，分別驗算上文提到的幾種工況，且具備足夠的安全係數。根據計算結果調整佈置方案，同時複核牆板初始深化圖，避開一些可能會引起位置衝突的預埋件，繪製桁架式連接件的節點剖面圖及技術要求。
下期內容
《預製混凝土夾心保溫外牆板桁架式不鏽鋼連接件施工及質量控制技術研究 （下）》
- 桁架式不鏽鋼連接件施工技術要點
- 桁架式不鏽鋼連接件項目分享
