两种预制混凝土挂板与主体结构的连接构造

缪建杨

上海建工七建集团有限公司 上海 200050

近年来，国家和地方各级政府密集出台装配式建筑的发展规划和装配率要求，预制混凝土构件的应用呈现出快速上升的趋势。根据功能定位，预制混凝土挂板可以分为围护板和装饰板这2类。装饰板单纯地起到建筑墙体装饰功能，一般被用于混凝土剪力墙或者砌体墙外侧。本文的研究是围绕装饰预制混凝土挂板进行展开的。在上海浦东国际机场卫星厅及捷运车站工程中，地上建筑首层0～4.0 m高度之间外墙立面上设有预制清水混凝土挂板。单块挂板高不超过4.0 m，宽不超过3.6 m，预制挂板厚120 mm。

预制清水混凝土挂板在构件厂混凝土一次浇筑成形，施工现场按节点安装，构件表面不做任何外装饰，直接采用混凝土成形的自然质感表面作为饰面。并且由于其工业化的生产方式，清水饰面质量往往优于现浇清水混凝土，因此不同于普通混凝土，预制清水混凝土挂板表面平整光滑、色泽均匀、棱角分明、无碰损和污染。清水混凝土具有朴实无华、自然沉稳的外观韵味，与生俱来的厚重与清雅，是一些现代建筑材料无法效仿和媲美的。

预制混凝土挂板施工属于装配式结构的范畴，其与主体结构的连接构造是该领域的重点及难点。在施工过程中，对于挂板外饰面的保护有着很高的要求，必须避免在安装过程中发生损伤和破坏，同时还要保证预制混凝土挂板安装后的安全性以及耐久性。基于预制混凝土挂板安装的基本要求，其施工过程难度大，操作复杂，合理的挂板连接构造可以降低施工难度，节约工程成本。

预制混凝土挂板与主体结构的连接方式，一般有先挂式和后挂式这2种。所谓先挂式连接，即先将预制构件在结构部位采用临时支撑系统安装到位，然后利用两边的锚筋与主体的柱、梁结构现浇成一体；所谓后挂式连接，即先进行主体结构的施工，然后逐层进行预制外墙的安装，连接方式主要采用预埋螺栓或预埋件焊接连接。其中，后挂式连接分为点支撑和线支撑，点支撑连接方式属于柔性干式连接方式，目前预制混凝土挂板装配式工程中的干式连接方式应用较少，缺少相应的施工经验。

结合上海浦东国际机场卫星厅及捷运车站工程实际，对预制混凝土挂板施工工艺进行了技术攻关，从预制挂板与主体结构的施工特点与难点出发，结合工程实施过程中的具体情况，创新了钢牛腿和混凝土牛腿的细部节点构造，有效解决了外墙挂板与主体结构的连接牢固以及预制混凝土挂板安装的位置、标高、垂直度、变形控制等诸多难题[1]。

1 预制混凝土挂板连接构造的特点

连接构造决定了预制混凝土挂板结构的整体稳定性和使用耐久性，根据以往的施工方法，预制混凝土挂板的连接可以分为湿连接和干连接这2大类[2]。湿连接是在需要相互连接的构件之间浇筑混凝土或者灌注水泥浆，使构件黏结。而干连接是在待连接的构件中植入钢构件，通过钢构件之间的螺栓连接或者焊接，达到相互连接的目标。

预制混凝土挂板与主体结构连接构造的设计必须考虑到主体结构的变形，诸如结构沉降、层间位移等。国家建筑标准设计图集08SJ110-2 08SG333《预制混凝土外墙挂板》也指出预制混凝土挂板与主体结构的连接宜采用柔性连接方式。挂板的连接节点分为承重连接节点与非承重连接节点这2类，分别起到支撑挂板质量和结构变形调节的作用。根据适应主体结构变形的原理，预制混凝土挂板的连接构造节点可以分为3种类型（图1）。

图1 预制混凝土挂板连接构造节点示意

1）旋转型连接方式。该连接方式通过非承重连接节点在竖向发生不同的小位移，适应主体结构的层间旋转变形。

2）平移旋转型连接方式。这种连接方式的要求更高，不仅需要适应结构的层间旋转变形，还需要通过非承重节点发生横向位移达到适应结构层间平移的目的。

3）固定型连接方式。此类连接方式通过承重连接节点和销轴等连接件，保证预制混凝土挂板固定在主体结构上，多用于混凝土装饰板。

2 预制混凝土挂板连接构造的设计

预制混凝土挂板连接构造的设计须适应工程工况[3-5]，满足结构设计的一般要求：

1）安全性是预制混凝土挂板连接构造的基本要求，构造节点必须承担结构在使用寿命内的各种载荷，包括挂板自重、风载荷、主体结构变形引起的应力作用等。

2）挂板连接构造节点在其所处的环境中，应当具备耐久性，具有防锈防腐蚀保护措施。

3）对于形状不规则的挂板（如带有门窗洞口的挂板、L形板等）需考虑到连接构造的稳定性要求，防止挂板在安装与使用过程中发生失稳脱落。

4）连接构造的设计应当使挂板的安装更为便捷，连接件具有可替代性，并且需要综合考虑施工空间、外墙砌筑、墙体防水保温等工序的配合。

5）构造节点具有隐蔽的要求，必须隐藏于挂板内侧被遮挡的空间或者挂板周边结构中，避免影响建筑的外观效果。

6）连接构造的设计需要控制挂板从产品加工、成品运输、吊装到定位调节整个生产和施工过程的工程成本，满足经济性原则。

2.1 钢牛腿连接

钢牛腿作为一种应用广泛的连接构件，在预制混凝土挂板的连接构造中同样适用。如图2所示，挂板连接节点由钢牛腿、埋件、螺栓、垫片和螺母构成。钢牛腿预埋于预制混凝土挂板内侧立面，横向钢板开有平行于挂板方向的长条形通孔。埋件由钢板面板、锚固钢筋和螺栓套筒焊接而成，预埋于结构柱或者外墙构造柱外立面。钢牛腿作为连接件，其横向钢板开有垂直于墙面的长条形通孔，竖向钢板开有竖直方向的长条形通孔，通过螺栓连接分别与钢牛腿及埋件固定。当主体结构发生层间变形时，若该连接节点承受过大荷载，则可以在上下前后左右3个方向产生一定的位移，达到适应结构变形、避免挂板脱落的目的。

图2 预制混凝土挂板钢牛腿连接构造节点

在挂板调整到位后进行挂板背面的牛腿焊接，如果牛腿劲板高度发生误差，重叠的利用气割割除、短缺的利用短钢筋填充，先对4只牛腿进行点焊，然后对挂板进行复测、校正。预制板与主体结构连接部位的钢牛腿间，通过校正后产生的空隙要垫实，垫片采用厚1～3 mm的薄钢板。确认无误后进行全面焊接，焊接的质量要达到设计要求。埋件焊接后立即进行隐蔽验收，合格后进行防护处理，要求敲清焊渣后做1道防锈底漆、2道面漆。

2.2 混凝土牛腿连接

在上海浦东国际机场卫星厅及捷运车站工程中，地上建筑首层0～4 m高度之间外墙立面上设有预制清水混凝土挂板，挂板形式多样，均为落地式，外立面与地上建筑第2层边梁外立面齐平，挂板上方有蜂窝铝板幕墙。南指廊端头清水挂板满布且挂板尺寸种类较多，部分挂板预留开启扇洞口。根据挂板尺寸划分，挂板最大质量为4.4 t。

该工程清水挂板与主体结构连接采用底部混凝土牛腿支撑与上部拉结相结合的形式。混凝土牛腿截面尺寸为400 mm×350 mm，与±0 m层结构梁通过植筋方式连接。上部拉结需在＋4.00 m层结构梁侧或外墙构造柱位置预埋埋件，墙面埋件通过槽钢、钢板等钢构件与挂板顶部埋件焊接，焊缝长度为1.5 cm，焊脚尺寸为6 mm，三级角焊缝。

安装时，先将挂板完全放置于牛腿上，再焊接上部拉结点。根据挂板与＋4.00 m层梁底间距，将上部拉结分为2种形式：当挂板与梁底间距＜6 cm，考虑施工空间限制，采用钢板将挂板顶部埋件与＋4.00 m层梁侧埋件焊接；当挂板与梁底间距≥6 cm，采用槽钢将挂板顶部埋件与墙面埋件钢牛腿焊接。

2.3 连接节点构造及施工流程

本文根据实际工况设计了一种适用该工程的预制混凝土挂板连接方式，如图3所示。其由挂板底部混凝土牛腿支撑和顶部钢构件拉结这2部分组成。底部混凝土牛腿作为自重支点，承受挂板质量，如图4所示。

图3 预制混凝土挂板剖面示意

图4 预制挂板底部混凝土牛腿支撑

混凝土牛腿根据图纸深化，与主体结构一同浇筑，在相关结构柱以及梁板封模前将角钢埋件预埋于牛腿表面。在预制混凝土挂板底部预埋角钢埋件，挂板被搁置于混凝土牛腿上并调整水平度、垂直度后，用钢板分别与埋件焊接，实现挂板的底部支撑。清水混凝土挂板安装前，复核对应位置埋件的位置、型号、尺寸以及结构轴线，确认无误后方可进行安装。

顶部拉结作为非承重节点，承受水平向风载荷，并且可以通过小位移适应主体结构变形。根据预制混凝土挂板上表面到上方结构边梁的距离l0，顶部拉结具有2种实现形式。

当l0较大时，挂板内侧具有足够的施工操作空间，钢构件拉结置于结构边梁下方。其由埋件、连接件、螺栓及垫片组成，如图5所示。

图5 l0较大时可实现2个方向位移的顶部拉结

埋件由钢板面板、锚固钢筋和螺栓套筒组成，分别预埋在预制混凝土挂板上表面、结构柱或者外墙构造柱外立面。连接件为钢牛腿，由2块钢板和2块加劲板焊接而成，横向钢板一端开有平行于挂板方向的长条形通孔，竖向钢板开有竖向的通孔，通过螺栓与埋件中的预埋套筒固定，实现预制混凝土挂板的顶部拉结。这种构造设计使得挂板在因主体结构变形承受过大荷载时，可以在上下左右2个方向发生一定的位移，避免挂板从结构脱落。

为实现挂板在上下左右前后3个方向的位移，该构造节点可以进行一定的优化，如图6所示。

图6 l0较大时可实现3个方向位移的顶部拉结

在图6中，钢牛腿预埋于预制混凝土挂板内侧立面的顶部，横向钢板开有垂直于挂板方向的长条形通孔，外墙上的钢牛腿的横向与竖向钢板均开有特定方向的通孔。预制混凝土挂板上的钢牛腿与外墙上的钢牛腿通过螺栓螺帽连接固定，与外墙上埋件通过螺栓套筒连接。

当l0较小时，结构边梁下方施工空间不足，拉结置于结构外侧，如图7所示。

图7 l0较小时可实现2个方向位移的顶部拉结

拉结装置由埋件、连接件、螺栓及垫片构成。埋件分别预埋于预制混凝土挂板上表面与结构边梁外立面。连接件由钢板5E-1、5E-2和加劲板焊接而成，钢板上开有长条状通孔，加劲板、5E-1上的通孔位于5E-2两侧。连接件与埋件通过螺栓连接固定。该构造节点同样使得预制混凝土挂板可以在2个方向进行位移调整，达到适应主体结构变形的目的。

若对连接件进行优化，将其拆分为钢牛腿与钢板，可以实现挂板在3个方向的位移。在图8中，钢牛腿横向钢板开有垂直于挂板方向性的长条形通孔，竖向钢板开有竖直方向的通孔；钢板一端开有圆形通孔，与钢牛腿通过螺栓螺帽连接固定，另一端开有平行于挂板方向的长条形通孔，与埋件通过螺栓连接固定。

图8 l0较小时可实现3个方向位移的顶部拉结

挂板安装就位校正全部完成以后，先连接牛腿与挂板下部预埋件，用电焊先稍作固定，再次细看是否因焊接作用引起构件微量变化，若无变化，方可进行全面焊接作业，最后焊接上部拉结点。焊接完成后，对埋件及焊缝进行防腐蚀处理：需在除锈后进行底漆（环氧富锌防锈漆，厚度80 μm）及封闭漆（环氧云铁封闭漆，80 μm）涂装；做过防锈底漆，若有损坏、返修、剥落或焊接过后的部位应进行补漆处理，补漆完成后进行封闭漆涂装。

3 结语

本文介绍的2类预制混凝土挂板的连接构造节点，可以归类于平移旋转型连接方式，且都属于干连接。钢牛腿连接构造的4个支点位于预制挂板内侧，均是承重连接节点，同时起到挂板调整功能。这种连接构造适用面广泛，连接节点自然隐蔽，但需在挂板内侧的外墙上留洞作为安装过程中挂板调节及连接施工的操作空间，故而墙体的防水保温需要做在外墙内侧。

混凝土牛腿连接构造的支点位于挂板上下表面，解决了作业空间的问题，不需要在外墙面开洞操作，不影响墙体防水保温施工，可灵活地调整挂板高度及水平度，提高了定位精度。上部拉结采用螺栓连接，令预制挂板在主体结构发生微变形时具有调节适应能力。

上海浦东国际机场卫星厅及捷运车站工程实施过程中，因地制宜地灵活运用了钢牛腿和混凝土牛腿的连接方式，提高了外墙观感质量，减少了质量通病，节能环保优势明显。