装配式内隔墙与砌筑式内隔墙整体性对比试验分析

马广生，杨涛，曹明国，范传祺，赵晔

（中建八局第一建设有限公司，山东 济南 250100）

1 对比试验背景

从中国的传统认知方面来讲，“秦砖汉瓦”构筑了华夏文明，所以人们对砌筑墙体有所依赖，尤其是内隔墙，总认为砌筑的墙体质量可靠。而随着我国建材业和施工技术的进步，装配式建筑工程质量有了重大突破，是今后建筑设计的首选。为了证明这一点，中建八局第一建设有限公司就装配式内隔墙与砌筑式内隔墙整体性做了对比试验，并进行了安全性分析。

2 对比试验

2.1 试验依据

主要技术指标依据《建筑用轻质隔墙条板》（GB/T23451-2009）和《装配式建筑用轻质隔墙板》（T/CBMF86-2020）、《抽样标准》（GB/T2828-2016）。

2.2 试验原理

为研究隔墙条板本体的性能，将隔墙条板组装成墙体，根据结构力学原理和原位实验片墙试件的特点，采用对比、单推加载实验，以获取传统增压加气混凝土墙体和隔墙条板组装成墙体的应变、位移和裂缝宽度等数据，经对比分析后，进一步证明隔墙条板组装成墙体的可靠性（蒸压加气混凝土砌块墙是传统做法，无需再证明其性能，通过对条板片墙的实验所获得数据与蒸压加气混凝土砌块墙实验所获得数据进行对比、分析，即可得出结论）。

2.3 实验方法

实验方法采用原位单推加载实验。

2.4 实验片墙设计

实验片墙有两种，一种为MU5.0蒸压加气混凝土砌块、M5砌筑砂浆、复合网格布满贴、20厚混合预拌砂浆抹灰片墙（简称：“MSW”，英文表述：“Masonry Sheet Wall”，中 文 表 述 ：“ 砌 筑 片墙”），如MSW片墙正面示意图见图1所示。另一种是条板片墙（简称：“SW”，英文表述：“Strip Wall”），外刮内墙腻子两道，如SW片墙正面示意图见图2所示。

图1 砌筑片墙正面示意图

图2 条板片墙正面示意图

原位对比实验所用片墙分别为蒸压加气混凝土砌块片墙、条板片墙，共计6面。3面做蒸压加气混凝土砌块片墙，编 号 分 别 为 ：MSW-1、MSW-2、MSW-3 和 SW-1、SW-2、SW-3。逐一实验采集实验数据，进行对比分析。

2.5 实验设备及装置

实验设备详见实验设备、仪器一览表（表1）。

实验设备、仪器一览表 表1

图3 加载位置示意图

2.6 加载制度

加载初始以0.1kN为一等级进行预加载，预加载至0.5kN后，应检查位移计、应变片、压力传感器与静态应变采集仪的连接是否正常，并查看计算机显示初始数据是否合理，确认无误后，继续加载。

继续加载采用分步加载，每次施加0.5kN，并持荷3min，当每次加载后，计算机显示加载数值稳定时，静态应变采集仪对各类数据自动记录，同时实验人员进行裂缝位置标注，并用裂缝测量仪进行测量、记录。

当加载至墙体完全断裂，静态应变采集仪所显示数据不再增大，反而减小时，即停止加载。

2.7 实验设计

2.7.1 测量内容

平面位移。平面位移主要测量加载时墙体的位移量。

2.7.2 裂缝检测

实验片墙制作时，在墙体表面绘制100mm×100mm的方格网，以直观显示裂缝所处相对位置。当每次加载发现墙体出现裂缝后，应用彩笔将裂缝走向在一侧进行标记，并测量裂缝宽度，同时记录加载数值和裂缝宽度。

2.7.3 应力应变

主要采集墙体每次加载的应变数值。

2.7.4 测点布置

应变片布置。墙体应变片双面布置，每个实验片墙粘贴18个墙体应变片。墙体应变片粘贴于填充墙表面，用于采集墙体垂直和水平两个方向的应变。如应变片布置图（图4）和墙体应变片编号图（图5、图6）所示。

图4 应变片布置图

图5 墙体中部应变片编号图

图6 墙体两边应变片编号图

2.7.5 位移计布置

位移计主要测量墙体的位移。竖直方向中间部分设三个位移计，第一个置于墙面顶端以下0.5m，第二个置于墙面中间，第三个置于墙面底端以上0.5m。墙体两边设6个位移计，每三个为一组，分别设置在竖直方向中间部位与框架柱之间的墙体中心，并将每组的三个位移计位置与上面所设位移计位置平行。见位移计布置图、位移计编号图如图7、图8所示。

图7 位移计布置图

图8 位移计编号图

2.8 实验过程

2.8.1 实验初始

以0.1kN为一个等级进行预加载，预加载至0.5kN后，经检查确定位移计、应变片、压力传感器与静态应变采集仪的连接正常，计算机显示初始数据合理，按照加载制度继续加载，并记录原始数据。

2.8.2 实验描述

当加载至1.5kN时墙体受力较小，未出现墙体裂缝现象；墙体的位移量和应变较小；当加载至4.5kN～7.5kN时，非加载面墙体出现裂缝。

所有片墙的裂缝一般在加载至4.5kN时，出现水平方向裂缝，裂缝一般延伸至框架柱，裂缝最大宽度0.24mm。

墙面第一条竖向裂缝通常在荷载到达6.5kN时出现，由单侧填充墙中部产生，裂缝宽度也随荷载的增加而增大。随着荷载等级提高，墙体裂缝逐渐增加，出现斜裂缝，竖向裂缝逐渐发展为主裂缝。

裂缝一般有三种走向，一是水平裂缝，二是竖向裂缝，三是斜向裂缝。水平裂缝一般出现两条，分别置于非加载面墙体高度的三分之一处。竖向裂缝一般出现一条，置于加载荷载区域的非加载面的两侧约200mm～300mm范围内。斜向裂缝一般自非加载面荷载墙体高度的三分之一处，向墙体上下角呈45°延伸。

砌筑片墙位移。砌筑片墙自加载至1.5kN出现位移，最大位移量0.05mm，荷载加载6.5kN～9.5kN时，墙体完全破坏，加载终止，最大位移量26.5mm。

条板片墙位移。条板片墙自加载至2.5kN出现位移，最大位移量0.35mm，荷载加载 14.5kN～17.5kN时，加载终止，最大位移量9mm。

2.9 实验分析：荷载-位移平均曲线

2.9.1 砌筑片墙荷载-位移平均曲线

在加载过程中荷载在2.5kN以下时，墙体位移量发展平缓，墙体无裂缝出现，变形在弹性范围内。荷载从2.5kN加载至5.5kN，墙体未产生裂缝，墙体中部位移量发展较快，底部位移量发展依旧较为平缓。荷载由5.5kN加载至8.5kN，砌块片墙中部位移量增速及墙体顶部位移量增速提高，分析原因，由于填充墙顶部与梁底连接区薄弱，受力后墙顶砂浆受剪破坏，因而墙顶位移量发展增速。荷载由8.5kN加载至9.5kN，砌筑片墙完全破坏，墙体位移量出现跳跃增长，分析原因，由于墙体达到承载能力极限状态，墙体破坏，继续加载墙体位移量增加，荷载骤降，实验结束。砌筑片墙荷载—位移平均曲线，砌筑片墙荷载-位移平均值统计表（表2）和砌筑片墙荷载-位移平均曲线图（图9）所示。

砌筑片墙荷载-位移平均值统计表 表2

图9 砌筑片墙荷载-位移平均曲线图

2.9.2 条板片墙荷载-位移平均曲线

条板片墙位移计布置位置与砌筑片墙相同，在加载过程中荷载在7.5kN以下时，墙体的位移量发展平缓，墙体无裂缝出现，变形在弹性范围内。荷载从7.5kN加载至10.5kN，墙体产生裂缝，墙体中部位移量发展较快，分析原因，由于加载区域在墙体中部，其顶端位移量出现跳跃性增长，墙体两边顶部位移量发展依旧较为平缓。荷载由10.5kN加载至15.5kN，墙体位移量迅速发展，竖向主裂缝出现，墙体中部位移量明显增大，增速不变。荷载由15.5kN加载至17.5kN，墙体位移发展迅速，检查后发现条板未破坏，实验结束。见条板片墙荷载-位移平均值统计表（表3）和条板片墙荷载-位移平均值曲线图（图10）所示。

条板片墙荷载-位移平均值统计表 表3

图10 条板片墙荷载-位移平均值曲线图

2.9.3 荷载-位移平均曲线对比

荷载-位移平均曲线反映在相同荷载作用下，片墙位移量的大小，通过分析砌筑片墙及条板片墙的位移量，对比得到砌筑片墙与条板片墙的极限承载力以及刚度特征。实验所得墙体全部位移计位置的平均曲线见墙体最大位移平均值统计表（表4），墙体最大位移平均值曲线图（图11）所示。

墙体最大位移平均值统计表 表4

图11 墙体最大位移平均值曲线图

图11可以看出砌筑片墙与条板片墙在同等荷载作用下，墙体位移量随着荷载的增大，砌筑片墙的位移量大于条板片墙。且在荷载为9.5kN时，砌筑片墙的位移量突然增大，墙体破坏。

2.9.4 荷载-应力平均曲线

①墙体应力分析

墙体选取具有代表性的第二层应变片墙体数据进行分析。每个片墙第二层依照水平方向位置不同，非加载面记为“墙体A面”；加载面记为“墙体B面”，具体位置见墙体AB面示意图（图12）所示。

图12 墙体AB面示意图

砌筑片墙应力统计见砌筑片墙“墙体A面”应力数据统计表（表5）、砌筑片墙“墙体A面”的荷载-应力曲线图（图13）、砌筑片墙“墙体B面”应力数据统计表（表6）、砌筑片墙“墙体B面”的荷载-应力曲线图（图14）所示。

砌筑片墙“墙体A面”应力数据统计表 表5

砌筑片墙“墙体B面”应力数据统计表 表6

图13 砌筑片墙“墙体A面”的荷载-应力曲线图

图14 砌筑片墙“墙体B面”的荷载-应力曲线图

条板片墙应力统计见条板片墙“墙体A面”应力数据统计表（表7）、条板片墙“墙体A面”的荷载-应力曲线图（图15）、条板片墙“墙体B面”应力数据统计表（表8）、条板片墙“墙体B面”的荷载-应力曲线图（图16）：

条板片墙“墙体A面”应力数据统计表 表7

图15 条板片墙“墙体A面”的荷载-应力曲线图

图16 条板片墙“墙体B面”的荷载-应力曲线图

砌筑“墙体A面”和条板“墙体A面”各有3组原始数据，分别对各自3组数据求取平均值，得到两种片墙第二层的非加载面墙体等效应力值，并将两组数据绘制曲线图，砌筑“墙体A面”与条板“墙体A面”应力平均值曲线图见图17所示。

图17 砌筑“墙体A面”与条板“墙体A面”应力平均值曲线图

砌筑“墙体B面”和条板“墙体B面”各有3组原始数据，分别对各自3组数据求取平均值，得到两种片墙第二层的加载面墙体等效应力值，并将两组数据绘制曲线图，砌筑“墙体B面”与条板“墙体B面”应力平均值曲线图（图18）所示。

图18 砌筑“墙体B面”与条板“墙体B面”应力平均值曲线图

分析小结：两种片墙在加载初段应力增加缓慢，在荷载到达4.5kN时，墙体出现第一条裂缝；随着荷载的进一步增大，应力开始快速增加，墙面裂缝增多，裂缝宽度增大，填充墙失去承受荷载的能力。整个加载过程中，相同荷载对应位置下，条板片墙的墙体应力始终大于砌筑片墙的墙体应力。由于条板片墙抗弯强度大于加气块片墙，在加载过程中砌筑墙往往出现断裂的情况，并随着荷载增加发生较大位移。而条板片墙由于抗弯强度高，在加载过程中不会发生断裂和较大位移。

条板片墙“墙体B面”应力数据统计表表8

②墙体第二层应力分析

墙体应变片自上而下一共三层，此处选取具有代表性的第二层墙体应变片数据进行分析。每面墙体第二层应变片可分为非加载面应变片（Z2）和加载面应变片（Z5）。

砌筑片墙应变片Z2和条板片墙应变片Z2各有3组原始数据，分别对各自3组数据求取平均值，得到两种片墙Z2的非加载面应变等效应力值，并将两组数据统计、绘制曲线图。加载面应变等效应力值同理可得，见砌筑片墙“Z2”、条板片墙“Z2”应力数据平均值统计表（表9）、砌筑片墙“Z2”、条板片墙“Z2”应力数据平均值曲线图（图19）、砌筑片墙“Z5”、条板片墙“Z5”应力数据平均值统计表（表10）、砌筑片墙“Z5”、条板片墙“Z5”应力数据平均值曲线图（图20）所示。

图19 砌筑片墙“Z2”、条板片墙“Z2”应力数据平均值曲线图

图20 砌筑片墙“Z5”、条板片墙“Z5”应力数据平均值曲线图

砌筑片墙“Z2”、条板片墙“Z2”应力数据平均值统计表 表9

砌筑片墙“Z5”、条板片墙“Z5”应力数据平均值统计表 表10

分析小结：从图中可以看出，加气块片墙与条板片墙在荷载达到1.5kN后，增幅增加，非加载面主要承受拉力，加载面主要承受压力成负值，随荷载增加到4.5kN，混凝土砌块墙应力发展有所减慢，后继续发展，荷载加载至9.5kN，加气混凝土砌块墙断裂，应变片失效。条板片墙应力继续发展，至实验结束，应力未达到强度极限值。

③墙体裂缝分析

a.砌筑墙面裂缝分析

墙面出现裂缝时荷载加载情况。实验加载前，墙面无裂缝，将墙面分为加载面和非加载面，当荷载加载至平均荷载5.2kN时，非加载面开始产生横向裂缝。当平均荷载加载至6.5kN时，非加载面开始产生竖向荷载。对墙面继续加载，当平均荷载加载至8.5kN时，加载面开始产生竖向裂缝。砌筑墙面与条板片墙面非加载面裂缝出现荷载数值表（表11）、砌筑墙面与条板片墙面加载面裂缝出现荷载数值表（表12）所示。

砌筑墙面与条板片墙面非加载面裂缝出现荷载数值表 表11

砌筑墙面与条板片墙面加载面裂缝出现荷载数值表 表12

墙面裂缝开展情况。实验加载进程中，非加载面先产生横向裂缝，横向裂缝先在加载区域处开始产生，进而向其两边开展；随着荷载的继续加载，非加载面的加载区将会产生竖向裂缝，由上往下开展；加载进程中，墙面也将会产生斜裂缝，由加载区斜向墙端开展。由于荷载的持续增加，在加载区域旁的各裂缝相互贯通。

实验加载进程中，加载面的裂缝出现较晚，在墙体中部区域产生竖向裂缝，由上往下开展，周围也会有斜裂缝产生，由其向两边斜向开展。

墙面裂缝宽度发展情况。实验加载进程中，裂缝宽度随荷载的持续增加而扩大。例如MSW-3号墙，墙面裂缝宽度记录MSW-3号墙墙面非加载面裂缝宽度记录表（表13）、MSW-3号墙墙面加载面裂缝宽度记录表（表14）所示。

MSW-3号墙非加载面裂缝宽度记录表 表13

MSW-3号墙加载面裂缝宽度记录表 表14

b.条板片墙面裂缝分析

墙面出现裂缝时荷载加载情况。实验加载前，墙面无裂缝，将墙面分为加载面和非加载面，当荷载加载至平均荷载8.9kN时，非加载面开始产生横向裂缝；当平均荷载加载至10.5kN时，非加载面开始产生竖向裂缝。对墙面继续加载荷载，当平均荷载加载至15.2kN时，加载面开始产生竖向裂缝。

墙面裂缝开展情况。实验加载进程中，非加载面先产生横向裂缝，横向裂缝先在加载区域处开始出现，进而向其两边开展；随着荷载的继续加载，非加载面的加载区将会产生竖向裂缝，由上往下开展；加载进程中，墙面也将会出现斜裂缝，在墙面下端由加载区斜向墙端开展由于荷载的持续增加，在加载区域旁的各裂缝相互贯通。

墙面裂缝宽度发展情况。实验加载进程中，裂缝宽度随荷载的持续增加而扩大。如SW-3号墙，墙面裂缝宽度记录见SW-3号墙非加载面裂缝宽度数据统计表（表15），SW-3号墙加载面裂缝宽度数据统计表（表16）所示。

SW-3号墙非加载面裂缝宽度数据统计表 表15

SW-3号墙加载面裂缝宽度数据统计表 表16

④两种墙面裂缝对比分析

荷载加载情况对比分析：由表11可知，荷载加载进程中，在非加载面，墙面属于受拉区，砌筑墙面产生第一条横向裂缝的平均荷载为5.2kN，产生第一条竖向裂缝的平均荷载为6.5kN；而条板片墙墙面产生第一条横向裂缝的平均荷载为 8.9kN，比砌筑墙要大3.4kN，墙面产生的第一条竖向裂缝的平均荷载为10.5kN，比砌筑墙要大4kN。这表明条板墙面产生裂缝比砌筑墙面要晚，即条板的受拉墙面能承载的荷载比砌筑墙的要大。

由表12可知，荷载加载过程中，在加载面，墙面属于受压区，砌筑墙面产生的第一条竖向裂缝时的平均荷载为8.5kN，而条板片墙的墙面产生第一条竖向裂缝时的平均荷载为15.2kN；两种墙的加载面均无横向裂缝产生。这表明条板片墙的受压墙面能承受的荷载比砌筑片墙要大。

墙面裂缝开展情况对比分析：由墙面裂缝示意图可知，两种墙的墙面裂缝开展有相同点和不相同点。相同点为在非加载面，实验加载过程中，加载区域之间只产生横向裂缝，均从荷载区域向两边开展；主要的竖向裂缝均产生在荷载加载区位置上，均从上往下开展；墙面的斜裂缝均产生在加载区与墙两端的区域。在加载面，墙面只产生竖向裂缝和斜裂缝，无横向裂缝。不同点为在非加载面，砌筑墙面产生的横向裂缝与斜裂缝比条板片墙多。在加载面，砌筑墙面在荷载的作用下，墙面斜裂缝从上往下都有出现，而条板片墙的墙面斜裂缝只出现在下端区域。

墙面竖向裂缝对比分析：通过实验可知，在同等的荷载加载情况下，条板墙面产生的竖向裂缝宽度比砌筑墙的慢。例如：选取砌筑的MSW-3号墙和条板片墙的SW-3号墙进行对比，对比见非加载面砌筑MSW-3号片墙和条板SW-3号片墙进行对比表（表17），加载面砌筑MSW-3号片墙和条板SW-3号片墙进行对比表（表18）所示。

非加载面砌筑MSW-3号片墙和条板SW-3号片墙进行对比表 表17

加载面砌筑MSW-3号片墙和条板SW-3号片墙进行对比表 表18

3 对比试验结论

①在加载数值相等情况下，条板片墙与砌筑片墙的位移量差异较为明显，条板片墙的位移量小于砌筑片墙的位移量，说明条板片墙整体性较好，有效防止墙体倾覆。

②条板片墙能够承受的最大加载值明显高于砌筑片墙的最大加载值9.5kN。这说明条板片墙的极限承载力比砌筑片墙大。

③在同等荷载下，条板片墙的墙体应力略大于砌筑片墙应力，且发展缓慢，远小于屈服强度，即使在地震作用下墙体出现开裂，但不会倾覆。故条板片墙比砌筑片墙在地震时更稳定。

④通过实验片墙裂缝分布和位移数据可以看出，在9.5kN时加气块墙体中部位移达到最大（墙体断裂时），而条板片墙还未达到最大位移值，说明条板片墙作为填充墙时比砌筑片墙的物理性能更优越。

⑤条板片墙可以实现工厂化生产，在工程现场与框架梁进行装配式拼接，免去传统砌筑、砂浆等复杂工序，从而优化施工、节约工期、降低施工成本。

4 结语

通过试验和对比实验表明，条板片墙的破坏荷载与砌筑片墙的破坏荷载基本相同，裂缝分布和发展与等荷加载所致差异甚微。从墙面的位移量对比看来，条板片墙的位移量小于砌筑片墙的位移量。从墙体本身的破坏程度来看，砌筑片墙墙体过早断裂，而条板片墙仍可承载，故条板片墙优于砌筑片墙，符合《建筑用轻质隔墙条板》（GB/T23451-2009）和《装配式建筑用轻质隔墙板》（T/CBMF86-2020）标准的规定，并适用于工业民用建筑层高4.5m以下和替代传统砌体墙厚度100㎜～250㎜的非承重墙体。