装配式混凝土填充墙对框架结构抗震性能影响的实践研究

杜佼DU Jiao

（云南经济管理学院，昆明 650031）

0 引言

装配式混凝土填充墙结构可以分为全装配式结构以及部分装配式结构。而在框架结构中，起到分隔作用的建筑墙主要由加气混凝土砌块，或者多孔砖组建而成，装配式填充墙与传统砌体填充墙相比，可操作性、工业程度高，而预制混凝土墙板的隔热性能佳，在运输过程中产生的损耗率小。而且在工厂生产过程中能够与主体预制构件沟通生产，保证质量，而在管理过程中也可灵活管理，与其他形式的填充墙相比，此种填充墙形式更为便捷。填充墙作为框架结构的非受力构件，虽然不起支撑和抗剪切的作用，但在实际中仍然会受到框架结构体系的影响，许多性能都会发生相应的改变。

1 装配式混凝土填充墙现状

随着时代的发展，墙体材料品质也在随之不断提升，而与发达的工业国家相比，墙体材料的质量及性能等多个方面还较为落后，因此就应当加大力度开发节能、功能性强以及与我国可持续发展战略相符合的墙体材料。随着建筑行业生产技术的不断创新与发展，建筑墙体结构建设也随之发生改变，尤其是在当下建筑工业化的背景下，填充墙是建筑工程建设的重要环节，其建造形式多种多样，而在装配式混凝土建筑中，填充墙发展主要概况如下：

随着技术的不断创新，墙体材料质量越来越高，而墙体材料的厚度则越来越薄，整体较为轻便，更易于安装，能够有效提高工程建设速度，而新型墙体材料会使得现场施工作业量减少，相应的人力成本会降低，工地文明也就会相应提高，因此在建筑施工中越来越常见。

虽然墙板采购的实际价格高于砌块，但墙板能够有效减少成本的支出，给工程建设带来不菲的经济效益，而墙体变薄也会相应的增加建筑面积，质量的减轻也能够减少对墙体结构荷载因素，而墙体机构的抗震性能也不会降低，可以保证其强稳定性，综合考虑墙板的价格更优于砌砖[1]。

就广州和深圳两地来看，砌块仍然占据了墙体安装的较大比例，各地区将板块用量明显高于新型墙体材料的使用，墙板的整体占用比较低。而造成这种情况的主要因素是由于与新型墙体材料使用过程相比，采用砌块的方式能够使得施工更加高效，而且应用到的施工技术也与传统黏土施工方法大致相同，因此在摒弃传统的方法后，砌块成为主要方法。分析世界发展情况可以得知，发达国家的人工费用占比更高，而墙板都可以实现按片安装，有效降低成本的支出，因此墙板的使用也越来越广泛。就美国与德国等国家来看，其使用墙板的占有率更高，而且在面临地震灾害危险时，墙体结构抗震性能良好，而就目前我国发展趋势来看，墙板在我国应用中具有广阔的市场前景，随着建筑行业的稳步发展，墙体材料的选择也逐步向墙板的方向发展与探索。

2 填充墙基本类型

2.1 GRC 轻质多孔板

GRC 轻质多孔板主要由耐碱玻璃纤维等材料组织，而后在应用硫酸盐水泥作为主要支撑，经过技术操作，可以形成具有多个圆孔的条板[2]。最开始GRC 轻质多孔板更适用于非承重的内隔墙之内，目前逐步应用到了建筑项目中的外围护墙体中。

2.2 石膏空心条板

石膏空心条板的主要材料为石膏组成的空心板，而石膏包括天然石膏以及化学石膏。而石膏空心条板又分为石膏珍珠岩空心条板以及石膏粉煤灰硅酸盐空心条板，一般多用于公有建筑以及工建筑的非承重墙。

2.3 蒸压加气混凝土板

蒸压加气混凝土板组成结构包括石膏、钙质材料、硅质材料等，同时需要钢筋等支撑。此种混凝土板自重轻，绝热性能好，且隔音效果较佳。除此之外，在生产此条板时，会在其中添加混凝土等多种材料，所以其稳定性不断提升，防护性能更高，承载能力强，能够将其用围屋面板、内墙板以及外墙板。

2.4 轻质陶粒混凝土条板

此种条板的主要胶结原材料为硅酸盐水泥，同时其基料选择轻质陶粒，将其制作为实心条板[3]。一般此种板材常应用到公共建筑物的非承重墙，又或者作为阳台栏板、管道井。此种条板主要特点为自重小、所以安装等环节则更为轻便；同时也会与主体结构之间形成较大拉力，进而增强墙体结构的整体性能，抗震性能良好；可按照需求裁锯、钉，更方便铺设水电线管，以及安装门窗等多个节点的处理工作；吊挂荷载更大，能够实现吊挂壁橱以及板式暖气片等等；抗冲击性能更佳，在运输与安装过程中出现的损坏率较低。而在实际应用到装配式建筑时，也可以提高框架结构的抗震性能，保证建筑物的稳定性。

2.5 预制混凝土墙板

此种墙板主要是需要根据使用需求，并交由预制厂提前生产的一种墙板。而在具体安装过程中，则需要应用到机械设备逐步进行吊装作业，另外在此类墙板在生产过程中需要提前埋下水电管线，进而减少后续所需人工工作量，更能够保证建筑工作效率。

此类墙板具有良好的隔热性能，且稳定性较强，强度高，在运输过程中很少会出现损坏的情况，满足填充墙对墙体材料的各项需求。而且预制混凝土墙板能够使用到内隔墙之中，也可以应用到分户墙之中。而且墙板的生产环节可以得到有效控制，这主要是由于预制厂在生产过程中未对其质量环节进行精准把控，而在管理时也能够更有效的管理分包单位。与传统建造建筑物相比，预制墙体系能够有效加快工程施工速度，但装配式建筑，在建设过程中，需要使用到大型机械设备进行吊装作业，而对于预制混凝土板而言，使用设备吊装生产效率高效[4]。

3 混凝土框架-填充墙结构有限元模型分析

当前混凝土结构有限元分析软件主要为ATENA，在分析混凝土的实际结构时，专业性更强。

混凝土材料的生产环节较为复杂，属于非线性材料的一种，如果混凝土在超强负载的作用下，会导致其模拟过程难度增加，而ATENA 则能够为混凝土材料模型提供丰富的材料信息，进而支持模型的构建与分析，准确预测出结构以及其构件的受力情况，为提高建筑物抗震性能提供有利条件。混凝土材料模型包括受拉状态下本构模型、混凝土受压状态下本构模型、钢筋本构模型以及接触面模型。

ATENA 软件中主要检测混凝土所受的应力，如果应力超过标准之后，其现象结构，这也就代表墙体结构会受压损坏。而这种情况大多是出现于应力垂直面之中。而峰值后受到压力影响，其能量也会消失于此平面之中。而在达到峰值之前，各个曲线之间也会出现部分重合，注重超过应力，其试件高度等多项内容也会随之增加。之间产生的斜率也就自然减少。如若使用剪切带理论可以发现，混凝土超过峰值应力值后则会出现局部应变，各试件都会发生位移，这也就说明混凝土出现了破坏[5]。此软件能够准确测量出框架结构的抗震性能，为后续建设提供依据，保证装配式建筑的综合质量。

4 墙体破坏情况分析

通过对实验构件破坏情况的调查结果来看，墙体出现这种现象的主要因素是由于砌块墙出现开裂、梁端部出现裂缝、梁端部裂缝增多、砌块脱落等多种情况导致。这与地震导致的墙体破坏大致相同，通过对墙体破坏情况的分析，可以为提高其抗震性能作数据支持。主要破坏过程包括：弹性阶段、弹塑性阶段、承载力下降阶段。

通过大量研究数据可以发现，如果出现地震等情况，填充墙及混凝土框架由于内部填充较为复杂，会受到多个条件因素的影响，而各个因素包括砌块强度、才材料质量，施工技术等等。具体的破坏形式也可分为5 种类型。

第一，对角压碎模式。这种模式就是指在放在角落里的搁块被碾碎。而造成此种原因主要是由于各个框架节点之间交错布置，而墙体的结构强度性能有限，进而导致框架构件强度较为集中[6]。第二，对角斜压破坏模式。此种模式下填充墙砌块组成结构被损坏。这种情况主要是由于墙体厚度薄，进而时刻脚底出现扭曲、断裂、压碎的情况。第三，剪切滑移模式。这种模式是指在水平灰缝的影响下，填充墙会逐步出现滑移的情况，而裂缝墙体结构的刚度值为零，墙体结构的支撑力降低，进而使得在力的影响下墙体结构出现损坏。造成这种情况也与砂浆粘结强度之间有关，而框架强度较高导致，整体结构的脆性较强。第四，对角开裂模式。此种模式是指裂缝会沿着对角开裂加大。而在此时也会随之出现斜压杆传力，出现力的影响与框架结构薄弱有着关联，构架强度高的部位，比如砂块和砂浆的强度较高。第五，框架破坏模式。此种模式下墙体并未受到破坏，而其框架梁则受到影响。此种模式破坏机理主要与对角开裂模式无较大差异，与砂浆强度以及气砌块安装强度之间有着紧密关联，进而使得墙体结构性能逐渐降低。

对于混凝土框架-砌块填充墙结构来看，其破坏类型较为复杂，而且并不是以单一类型出现，大多数是在两种及以上的组合。而在上述提到的模式中，1、3、4 更为常见，而在实验地震危害时，此三种情况结合出现也更为普遍。随着填充墙的损坏，墙体框架结构的破坏程度也会随之加大，而在破坏的影响下塑性铰位置逐渐显现出来[7]。而受到地震因素的影响，墙体框架结构之间会出现力的反应，如斜压破坏以及剪切破坏等多项因素，其中剪切破坏影响最为严重。由于会受到施工及设计等多种因素的影响，砌块填充墙结构受力以及抗震性能也会随之受到影响，进而出现薄弱层，而对于墙体结构来看，灰缝是最容易出现薄弱层的位置。而在外部力的影响下，如地震等，强度低的灰缝会受到力的影响，导致裂缝逐渐加大，受到力也越来越集中。而裂缝则也会沿着灰缝方向开裂，进而使其出现剪切破坏。

5 砌块填充墙体施工方法

在实践与理论的基础上总结了施工流程，为了提高建筑施工的整体效率，建设施工周期就要结合国内外先进的装配式砌块墙施工经验，选择最为便捷的施工方法。砌块及砌体结构墙首先要按照标准进行设计，在工厂使用机械及组成墙面平均数值使用机械设备完成吊装作业，在各项数据符合标准之后，将填充墙以及墙体框架结构与框架柱连接形成整体，保证墙体结构的抗震效果及墙体稳定性。

5.1 施工流程 装配式混凝土砌块具体操作流程规范分为以下几点：墙构件吊装、顶缝处理、绑扎剪力墙钢筋、结点处理、水电安装、叠合梁构件安装、叠合梁楼板安装、浇筑混凝土养护及绑扎楼板钢筋。

5.2 施工准备

5.2.1 墙片制作 首先做好砌筑准备，将薄膜铺设到相应区域之内，薄膜的主要作用就是铺设砂浆，并预先留好绑扎带孔洞[8]。其次，砌块砌筑。砌块移动需要使用砌墙机进行操作，此设备可以将砌块放置到固定区域内，而后在人工辅助的作用下，将其精准放在砂浆之上，每完成一层砌筑作业后，要认真检查其平整度。如果不符合施工标准，则需要及时进行调整，在调整过程中可以应用橡胶锤来完成平整作业，而后再进行后续操作。最后，做好养护。在完成砌筑之后，可以使用钢条绑扎，并将其放置在工厂内做好养护工作。

5.2.2 墙片准备 在墙片绑扎过程中要注意：首先，选择塑料材料作为钢条底座并联在其底部，此环节对平整度的要求较高。在确保施工条件后，可将钢条放置在底座之上，之后在相应开展砂浆铺设及砌筑墙板等环节。其次，钢条与钢条之间的距离应当在1.2 米以内，而在绑扎钢条时，需确保其位置与地面之间的垂直角度，切记不可倾斜。最后，对于有门墙片的绑扎工作而言，首先就应当应用螺栓确定其支撑力，而螺栓需要与墙片底梁之间相连接。

5.3 墙片装车

在进行墙片装车时，应当按照装车标准而展开，首先要确定二者之间的顺序，应用吊装设备将其放置在最外侧，确保墙片不可出现移动等情况；金属之间也要相应设置缓冲装置，金属包括集装箱、钢条等等[9]。

为了确保墙片之间不出现位移，要合理放置集装箱，分不同区域、分不同墙片规格，每个墙片两侧需相应设置挡板。另外，也可以在集装箱设置拴紧器，取10 个拴紧器，每一个拴紧器应当钩住集装箱底部的耳洞，而在集装箱两侧则放置五个拴紧装置，并交叉设置，进而防止在运输过程中出现一侧倾斜的现象。为了避免金属之间缓冲装置，需要相应设计缓冲装置设备。而墙片安装的钢梁则应使用拴紧器放置橡胶垫等固定设备，同时可以起到防护作用。而集装箱在运输时应当放在头部，并使用保护垫来起到防护作用。

5.4 施工准备

5.4.1 技术准备 在施工前首先要在构件图上定位好预埋件，并通过应用构件图将其直接反映出来。而构件模具的生产则要按照固定顺序完成，保证现场实际吊装计划相符合。在吊装墙前，工作人员需要了解施工图纸的实际情况，并进行细致的技术交底与图纸审查，保证每一施工人员都能够明确当下的施工策略。

在编制吊装方案过程中，要考虑各个设备的设立条件，并针对各杆件进行科学运算，尤其是对于吊装的安全性，则需要进行精准验算。而在进行调查作业过程中，墙片的应力务必要检测精准。而在具体吊装过程中，各个位置需要根据实际吊装点进行精准确定，切记不可随意变更吊装点[9]。

5.4.2 机械设备准备 首先，吊车要时时做好准备，并按照预先设计的图纸位置合理放置吊车。其次，卡车则应当与吊车的位置相对应，在进入场后直接调转车头即可。再次，准备好叉车，以此便于随时运输各个工具。最后，确定墙片的实际安装区域，并按照不同的安装标准确定好各个安装点，在确定完成后则应完成标号工作，保证二者清晰度，在完成编辑后，要与设计图纸进行再次核验，保证位置的准确性。

5.5 墙片吊装

5.5.1 墙片定位 确定好墙片位置，保证具体定位与设计图纸相一致。

5.5.2 放置垫片及铺设砂浆 在吊装墙片前，首先要按照图纸在墙片位置放置垫片，保证墙片的平整度，并在其顶面出设计标高。垫片具体位置应当使用水平仪测量好各个控制点的实际标高，根据最高点完成记录工作。最高点应为整个施工的标准，而后再选择垫片，垫片越薄越好，在控制点放置垫片时，要确保垫片的差值数。而在放置垫片时，则包括两种方法，其一直接完成放置，另一种则是在确定好了各控制点后，确定墙片的实际数量以及厚度，在安装墙片时在放置[10]。墙片应当相应放置两个垫片，而垫片适合放置在对角位置，从而在铺设砂浆时不会挡住墨线。而在放置两块垫片后，可以使用垂直检测值确定其是否在同一平面上。在完成操作之后要复合垫片的实际位置，并进行砂浆铺设作业，而在铺设过程中也要确保各个流程的合理性，以及砂浆铺设的均匀程度而垫片的位置也要预留出不铺设区域，切记留出墨线位置。只有合理按照步骤完成施工与安装，才能够确保墙体的稳定程度，进而增强其抗震性能，提高装装配式建筑的优势。

6 结束语

总而言之，当前建筑行业的主要发展方向仍然朝着现代化、工业化以及生态化的方向发展。砌块墙在装配式建筑中十分常见。而在普通建筑施工中，一般大多数使用的是现场混凝土砌块墙，但此种模式造价低，且隔音及隔热效果良好，但在实际施工中却存在人力资源成本过高的情况导致工期较长，施工建设进度以及施工成本难以得到控制，而受到天气等因素的影响也会难以进行。而装配式混凝土填充墙的逐步构建，能够有效提高其抗震性能，成本低，更适合应用到建筑行业之中。