内嵌式ALC墙板钢框架结构的抗裂性能试验研究

周 婷，王子轩，王 双，郭娟利，邸超阳

内嵌式ALC墙板钢框架结构的抗裂性能试验研究

周 婷1，王子轩2，王 双3，郭娟利1，邸超阳2

(1. 天津大学建筑学院，天津 300072；2. 天津大学国际工程师学院，天津 300072；3. 天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津 300072)

目前装配式钢结构体系已经日益完善，但建筑构造方面存在的问题越来越多，特别是钢框架与填充墙之间的裂缝问题较明显．因此，设计了4组足尺结构模型，对其进行静力荷载作用下的试验，并采用裂缝计和光纤光栅位移传感器进行量测，通过比较各个试件在不同位移角下钢框架与ALC墙板接缝处裂缝发展情况对不同建筑构造形式中的钢框架与ALC墙板接缝处的抗裂性能进行综合评估．试验结果表明：钩头螺栓的刚度远大于U型钢卡，且钩头螺栓、耐碱玻纤网格布都对ALC板与钢梁钢柱接缝处的裂缝有很好的抑制作用，ALC板与钢柱接缝宽度对裂缝的抑制不明显．光纤光栅位移传感器灵敏度较高，不适用于墙板裂缝测量．建立钢框架内嵌ALC墙板结构有限元模型并验证有限元模型的准确性．分析了连接件、耐碱玻纤网格布以及ALC墙板与钢框架接缝宽度等参数对钢框架内嵌ALC墙板接缝处抗裂性能的影响规律，并提出了一种有利于防止裂缝产生的建筑构造措施．

ALC墙板；钢框架；抗裂性能；静力试验

蒸压轻质加气混凝土墙板简称ALC(autoclaved light-weight concrete)板[1]，是以水泥、石灰、粉煤灰等为主要原料，且内部还有增强钢筋在蒸汽高压养护下而形成的多气孔轻质板材[2]．由于ALC板具有保温隔热、质轻和耐火的特性，其广泛应用于住宅以及工业建筑外墙、内隔墙和屋面板等．

目前国内外学者已对ALC板的静力性能、抗震性能以及施工工艺等进行了一系列试验研究及相关理论分析[3-10]．胡建军[11]以不同板厚、跨度和配筋率为试验参数对7块ALC板进行了抗弯试验．研究表明，板的强度和抵抗变形能力随着板厚的增加而增加；配筋率对ALC板的开裂荷载影响较小，但对开裂挠度影响明显；同时板的开裂挠度和开裂荷载与截面高度、纵向钢筋配筋率和跨度都有关；ALC板的极限荷载与开裂荷载的比值较高，导致板开裂的同时变形较明显．Yang等[12]对6个ALC墙体试件进行了单调水平加载和对一个钢框架内嵌ALC墙板模型进行了低周往复加载试验，研究表明，ALC板对钢框架的刚度有较大贡献，并对ALC板与钢框架的连接件进行了研究．

王波等[13]、Wang等[14]以柱截面、连接件、连接方式、墙板厚度为试验参数对钢框架结构进行了低周往复试验，其结果表明：钢框架内嵌ALC板的钢梁破坏要早于钢管混凝土外挂ALC板，内嵌ALC板在连接件附近、墙板之间和墙板与框架的接触部位的裂缝数量要多于外挂ALC板，方钢框架ALC板裂缝明显多于圆钢框架ALC板，但圆钢框架内嵌ALC板的抗震性能强于方钢框架；随着墙板厚度的增加，无论钢框架外挂ALC板还是内嵌ALC板均具有良好的变形能力和抗震性能．肖伟[15]以用新型预埋件连接的ALC板4种不同安装形式为试验参数进行了抗震试验，结果表明，ALC板能明显提高结构的刚度，其中内嵌ALC板尤其明显，同时钢框架外挂和内嵌ALC板可以降低结构的自振频率，对结构的抗震性能影响明显．

王波等[16]以钩头螺栓、角钢、摇摆件和U形钢卡4种连接节点为试验参数，对不同板材的钢框架填充墙结构进行了低周往复试验，试验结果表明，角钢、U形钢卡和摇摆件对于钢框架外挂ALC板结构具有良好的抗震性能；采用合理的构造措施，在地震作用下，4种连接形式均可以与ALC板填充钢管混凝土框架结构协同工作和共同受力．

ALC板内部有大量的孔隙，这一特性是ALC板保温性能好和力学性能高的主要原因．然而孔壁也含有大量的微孔，约占总面积的10%[17]，微孔的存在容易使ALC板产生毛细吸附，从而增加ALC板的吸水量．当ALC板含水量发生较大变化时，其与主体结构接缝处就会产生较大变形；同时在地震作用下，ALC板与钢框架会产生相对位移，当地震力大于主体结构与ALC板之间的黏结力时，主体结构与ALC板连接处就会产生裂缝，这是目前装配式钢结构中ALC板与钢框架间裂缝无法解决的主要问题．杨培东[18]对12个工程项目的ALC板裂缝进行调研，从ALC板龄期、嵌缝时间、嵌缝材料、构造措施和施工工艺进行总结归纳，并对15块ALC板的物理性能进行试验．试验结果表明，墙板龄期、湿度和含水率以及施工质量对墙板开裂影响较大，并提出了可以减少或避免墙板裂缝产生的施工方法．

目前针对钢结构内嵌ALC板在抗震性能以及施工工艺等方面研究比较全面，针对ALC板自身的物理特性而产生的裂缝问题也已基本解决[19-21]，但是针对ALC板与钢框架之间裂缝发展规律的研究较少，缺乏成系统的、多参数的深入研究．ALC板与主体结构裂缝的研究多为实际工程项目经验所得，缺乏正规的试验研究和模拟分析，且目前墙体裂缝已成为建设单位和业主普遍关注的问题，因此有必要开展钢框架内嵌ALC板的裂缝发展规律研究．

本文对4组足尺的钢框架内嵌ALC板建筑构造模型进行静力试验，研究不同建筑构造形式对ALC墙板与钢柱和钢梁接缝处的裂缝在不同位移角下的影响，并通过建立有限元模型验证试验数据和现象的准确性；基于试验数据和有限元模型，分析了连接件、耐碱玻纤网格布以及ALC墙板与钢框架缝隙等参数对钢框架内嵌ALC墙板接缝处抗裂性能的影响规律，并提出了一种有利于防止裂缝产生的建筑构造措施．

1 试验概况

1.1 试件设计与制作

试验设计了4组单层单跨钢框架内嵌ALC板结构，各试件间的尺寸基本一致，只有连接件和建筑构造不同．单层墙体高度为3330mm，宽度为1525mm和1545mm，结构厚度为150mm，墙体总厚度为300mm，钢柱尺寸为150mm×14mm，钢梁尺寸为HW150×150×7×10．具体结构如表1和图1所示．

试件加工过程中首先钢柱与钢梁通过焊接构成钢框架，并内嵌两块ALC板，然后ALC板通过钩头螺栓或焊接在钢梁上的U型钢卡进行连接，在ALC板和钢梁钢柱连接位置处经过专业填缝处理[22](宽度为10mm或20mm)，并在墙体外侧粘锚岩棉板，钢梁腹板内侧塞岩棉板，外侧挂50mm ALC板与墙体两侧找平，最后在墙体两侧粘贴2层或3层耐碱玻纤网格布并粉刷腻子和乳胶漆．

表1 试件参数

Tab.1 Parameters of specimens

图1 试件尺寸及构造

ALC板与钢梁的连接构造如图2所示，其中C型钢与钢梁的翼缘焊接，用来固定钢梁腹板内侧填充的岩棉板和ALC板，钩头螺栓通过焊接在钢梁翼缘上的角钢进行连接固定．

在钢框架的两端分别焊有30mm厚的底板和顶板，在试件顶部用高强螺栓固定加载梁，在加载梁顶部同样用高强螺栓固定分配梁，且分配梁用钢管约束．试件底板通过8根锚栓及两侧限位梁与地面牢固连接，以消除两者变形对试验结果产生的影响．

图2 ALC板与钢梁连接节点

1.2 量测方案

由于试验只研究不同位移角下的钢框架与ALC板间的裂缝，故没有设置轴压，只有水平位移．试验主要测量的是试件随水平千斤顶运动方向的水平位移，以及钢柱钢梁和ALC板接缝处随试件顶部位移变化的裂缝发展情况．

测点如下：试件的水平位移由放置在试件一侧的位移计测量，位移计W1、W2、W3分别布置在下部钢梁处、试件中部和试件顶部钢梁上翼缘处；试件共布置16个应变片，8个应变花，测量钢梁钢柱关键位置的应力应变；试件墙板内侧共布置6个裂缝计和3个光纤光栅位移传感器，并记为A面，另一侧为B面．各量测装置的布置和说明如图3所示．

图3 量测装置布置

1.3 试验设备与加载方案

试验在天津大学结构试验室进行，使用300t反力架和100t拉压千斤顶在结构顶部的加载梁上提供侧向水平荷载．钢框架底板与地面通过8根锚栓及两侧限位梁固定，保证底板不会出现滑移．分配梁通过高强螺栓与加载梁固定，同时用钢管将分配梁进行限位，防止平面外失稳，将100t千斤顶连接在加载梁上，通过位移控制对试件进行加载．加载装置如图4(a)所示．

试验加载采用直接正式加载方式，加载过程采用分级加载制度．观测3号位移计位移从0分30级加载到68mm即可，位移角由3号位移计的读数/试件高度所得，每级加载持荷5min，然后再加载下一级．直到位移加载到1/50，停止试验．加载制度如图4(b)所示．

1.4 试件安装

根据试验前编制的施工组织安排，合理组织墙板进场并进行合格验收，同时需要保证ALC板的合理贮存，堆放在防潮、防雨的棚内，板两端的1/5处用木材或加气砖垫起，每堆不超过2m．试件安装顺序如下：ALC板安装→岩棉板和ALC板包梁→钢梁钢柱与ALC板接缝处的填缝处理→涂刷砂浆和网格布→外墙内侧粉刷腻子→外墙外侧粘锚岩棉板→粉刷乳胶漆．试件安装如图5所示．

图4 加载示意

（a）钢框架（b）ALC板安装 （c）安装岩棉板（d）粉刷乳胶漆

2 试验结果与分析

2.1 试验现象与裂缝发展状况

试验过程可分为3个阶段：钢梁钢柱与ALC板接缝处无裂缝阶段、钢梁钢柱与ALC板接缝处产生裂缝并伴有轻微爆皮阶段与钢梁钢柱与ALC板接缝处裂缝明显且腻子大量脱落阶段．

对于Q1试件，第1阶段位移角在1/1200～1/300变化过程中，钢梁钢柱与填充墙接缝处无裂缝产生．第2阶段位移角在1/300～1/120变化过程中，位移角到1/200时，2号和5号裂缝计周围有大量轻微裂缝产生；位移角到1/120时，两块填充墙的拼接处出现一道贯通整块板的裂缝，并出现爆皮．第3阶段位移角在1/120～1/50变化过程中，当位移角达到1/110时，填充墙与下钢梁的接缝处出现了一道40mm长的斜裂缝，两块填充墙接缝处正上方的裂缝出现轻微爆皮；随着继续加载，位移角达到1/80时，两块填充墙接缝处正上方的裂缝向两侧扩展，且左侧出现裂缝处腻子严重爆皮，并带有大块腻子脱落，5号裂缝计周围裂缝出现局部轻微爆皮；位移角达到1/50时，5号裂缝计周围裂缝处有明显腻子脱落，填充墙之间的裂缝出现大面积腻子脱落，顶梁和底梁横缝与钢柱两侧竖缝破坏已经非常严重，此时停止加载．试件各阶段的裂缝详图如图6～图9所示．第2阶段位移角在1/250～1/110变化过程中，位移角到1/200时，1号、2号和4号裂缝计周围出现大量轻微斜裂缝；位移角到1/165时，1号、2号和4号裂缝计周围斜裂缝持续增多；位移角到1/110时，1号和2号裂缝计间出现小面积腻子脱落，ALC板间出现裂缝．第3阶段位移角在1/110～1/50变化过程中，位移角到1/68时，1号和2号裂缝计间腻子脱落更明显，4号和5号裂缝计间也出现腻子脱落；位移角到1/50时，1、2、4和5号裂缝计周围均有大面积腻子脱落，ALC板间裂缝扩大．试件各阶段的裂缝分布如图10所示．

图6 位移角1/200裂缝详图

图7 位移角1/120裂缝详图

图8 位移角1/110裂缝详图

对于Q2试件，由于腻子一次性粉刷过厚和人工施工质量问题，加载前B面岩棉板接缝处有0.2mm左右裂缝，A面右下角防火板包梁处有3条1cm长度裂缝．第1阶段位移角在1/1200～1/250变化过程中，除初始缺陷产生的干缩裂缝，无其他裂缝产生.

图9 位移角1/80裂缝详图

图10 不同位移角下试件Q2整体裂缝发展

对于Q3试件，第1阶段与Q2相同，无裂缝产生．第2阶段位移角在1/250～1/120变化过程中，位移角到1/225时，1号和2号裂缝计间以及4号和5号裂缝计间出现轻微斜裂缝；位移角到1/150时，ALC板与钢柱间裂缝大量增多；位移角到1/120时，A面左侧和右侧ALC板与钢柱间均出现贯通缝，且右侧裂缝有局部腻子脱落．第3阶段位移角在1/120～1/50变化过程中，位移角到1/70时，A面左侧和右侧ALC板与钢柱间腻子脱落更加明显，且ALC板间出现局部裂缝；位移角到1/50时，A面左侧和右侧ALC板与钢柱间腻子大面积脱落，ALC板间局部裂缝扩大．试件各阶段的裂缝分布如图11所示．

图11 不同位移角下试件Q3整体裂缝发展

对于Q4试件，由于施工时腻子一次性粉刷过厚，A面1号、4号、5号裂缝计周围和B面中间位置均出现少量腻子开裂现象．第1阶段位移角在1/1200～1/1000变化过程中，除初始缺陷产生的干缩裂缝，无其他裂缝产生．第2阶段位移角在1/1000～1/600变化过程中，位移角到1/800时，A面右上角和B面左侧出现轻微斜裂缝；位移角到1/600时，A面4号裂缝计上方到顶梁的底部出现2条10cm长贯通缝并伴有轻微爆皮现象，4号和5号裂缝计间斜裂缝持续增多．第3阶段位移角在1/600～1/50变化过程中，位移角到1/300时，1号、2号和6号裂缝计周围出现裂缝，且4号和5号裂缝计周围裂缝继续增多；位移角到1/200时，A面左侧和右侧ALC板与钢柱间均出现贯通缝且有腻子爆皮；位移角达到1/50时，A面1号、2号裂缝计之间裂缝出现严重爆皮现象，B面底梁处横缝宽度发展至8mm左右．加载过程中U型钢卡出现向外突出且屈曲明显．试件各阶段的裂缝分布如图12所示．对比前3个试件的试验现象，试件Q1、Q2和Q3产生轻微斜裂缝的位移角分别为1/300、1/250和1/250，表明3个钢框架内嵌ALC的钢梁钢柱与ALC板接缝处的抗裂性能都较好．按照钢结构层间位移角限值，在位移角1/250限值下，使用3层耐碱玻纤网格布和较宽的ALC板与钢柱接缝处的填缝处理的构造措施都不会产生裂缝．第2阶段试件Q1、Q2和Q3产生轻微爆皮现象的位移角分别为1/120、1/110和1/120，可知耐碱玻纤网格布可以提高ALC板与钢柱接缝处的抗裂性能．第3阶段试件Q1、Q2和Q3大面积腻子脱落时位移角分别是是1/80、1/68和1/70，也证明耐碱玻纤网格布可以提高ALC板与钢柱接缝处的抗裂性能，而接缝宽度对接缝处的抗裂性能影响较小．

图12 不同位移角下试件Q4整体裂缝发展

从试件Q4试验现象的3个阶段可以看出，内墙试件Q4产生轻微斜裂缝的位移角为1/800，产生轻微爆皮现象的最小位移角为1/600，明显早于其他3个试件，证明U型钢卡的连接性能明显弱于钩头螺栓，故建议内墙的连接件同样使用钩头螺栓．

2.2 裂缝计数据分析

4个试件相同位置的裂缝计数据对比如图13(a)～(f)所示，裂缝宽度为正代表裂缝计收缩，裂缝宽度为负代表裂缝计拉伸．试件Q1的1号裂缝计几乎没有变化，可能和裂缝计的安装误差导致裂缝计两头不在同一水平面而产生的卡顿有关．试件Q1的3号裂缝计处由于钢梁和ALC板填充不密实，在ALC板与钢框架同时偏移时，ALC板压缩密封砂浆导致裂缝计产生压缩．

为分析连接件对接缝处抗裂能力的影响，选取试件Q1和Q4的裂缝计数据进行对比，从1号裂缝计到6号裂缝计的裂缝对比图可以看出，Q4试件的裂缝发展速度和宽度均较大，且除了2号裂缝计试件Q1和Q4裂缝的发展趋势相同外，其他5个裂缝计两者的裂缝趋势发展相反．这是由于钩头螺栓和U型钢卡的刚度相差很大导致的，使用钩头螺栓可以很好地将ALC板固定，随着钢框架发生侧移，ALC板也会随着钢框架朝着同一方向发生偏移，而使用U型钢卡连接的ALC板，由于U型钢卡刚度不足，在钢框架发生侧移时，ALC板会与钢框架产生相对滑移，所以最终导致两个试件5个裂缝计的裂缝趋势发展相反．故建议内墙的连接件使用钩头螺栓较好．

为分析耐碱玻纤网格布对接缝处抗裂能力的影响，选取试件Q1和Q2的裂缝计数据进行对比，因试件Q1和Q2的连接件相同，ALC板与钢框架偏移方向相同，故1号裂缝计到6号裂缝计的裂缝发展趋势相同．试件Q2的2号、5号、6号裂缝计宽度均小于试件Q1的裂缝宽度，说明3层耐碱玻纤网格布有更好的抗裂性能．

为分析接缝宽度对接缝处的抗裂能力影响，选取试件Q1和Q3的裂缝计数据进行对比，2号、4号、6号裂缝计因全部使用钩头螺栓连接件，故裂缝的发展趋势相同，5号裂缝计发展趋势相反可能和试件Q3的5号裂缝计处PE棒安装宽度不足有关，故安装PE棒时一定要找合适宽度尺寸的PE棒进行安装，否则更容易产生裂缝．从裂缝发展趋势相同的2号、4号、6号裂缝计裂缝数据图可知，ALC板与主体结构缝隙的宽度对裂缝的影响有限，同时也验证了ALC板规范里面要保持ALC板与主体结构之间缝隙10～20mm的原因．

观察4个试件的试验现象和数据可发现2号、4号裂缝计处的裂缝发展较快，且宽度较大，因此实际施工过程中，此处应加强裂缝处理措施和施工质量．

2.3 光纤光栅位移传感器与裂缝计数据对比

光纤光栅位移传感器分别布置在2号裂缝计、4号裂缝计、5号裂缝计处，因墙板裂缝测量试验中还未使用过光纤光栅，而常用裂缝计进行测量，故本节将相同位置处裂缝计和光纤光栅数据进行对比，以此确定光纤光栅基于本次试验的可行性和为今后测量墙板裂缝等试验仪器选择做出可靠依据．图13(g)～(i)所示为不同位置处3个试件测量数据的对比曲线．从图中可以看出，光纤光栅位移传感器较裂缝计数据波动较大，虽然一些阶段和裂缝计数据相比有一定规律，但整体数据变化较大，不能正确地分析出各参数对ALC板与钢框架接缝处裂缝的影响规律．这是由于光纤光栅灵敏度较高，在试验中观察记录现象时会影响光纤光栅数据采集的精确性，但是对于需要精密测量且人为干扰较少的情况，使用光纤光栅是一个不错的选择．

图13 试验数据对比

3 有限元分析

3.1 模型建立

在ABAQUS有限元软件中采用三维实体单元建立钢框架内嵌ALC板模型，主要包括ALC板和钢材两种材料．ALC板的基本力学参数由实际试验过程中的材性试验所得，如表2所示．钢材采用的本构模型为等向弹塑性模型，模拟钢管采用Q345钢，应力-应变曲线按钢材的应力增长分为弹性段、弹塑性段、塑性段、强化段和二次塑性流5个阶段．

模型的数学表达式为

表2 ALC板材料属性

Tab.2 Material properties of ALC wall panels

3.2 相互作用、网格划分与边界条件

钢柱与钢梁之间的接触采用绑定约束，ALC板与钢梁钢柱接缝之间法向采用硬接触，切向采用库伦摩擦模型，摩擦系数取0.5；钢柱和ALC板与面外钢管之间法向采用硬接触，切向采用无摩擦模型模拟．钢柱接缝和ALC板与钢梁接缝和ALC板表面的滑移采用有限滑移，钢梁与ALC板的缝隙处通过填充砂浆模拟．由于钢柱和钢梁的刚度较ALC板的刚度大得多，且钢柱和耦合的底板和顶板绑定在一起，所以采用钢梁和钢柱作为接触的主面，ALC板作为接触的从面．

模型试件底板为固定端约束并且耦合在一点，将顶板上表面耦合在一点上，施加水平位移．水平方向位移加载，加载方式及加载过程与试验中完全一致，边界条件和加载方式如图14(a)所示，网格划分如图14(b)所示．

3.3 工作机制验证

以试件Q1为例，进行钢框架与ALC板接缝处产生肉眼可见裂缝和位移角加载到1/50时两个状态的有限元模拟．钢梁、钢柱以及ALC板的应力变化如图15所示．从这两个关键状态来看，模拟加载过程中结构工作机制与实际试验过程接近．接缝处产生肉眼可见裂缝之前，钢梁钢柱以及ALC板应力较小，没有任何变形，在接近水平千斤顶处的钢梁局部应力较大，各构件均没有产生塑性应变．位移角达到1/50时，钢柱底部和顶部的部分应力增长明显，进入塑性阶段，但无结构破坏现象，在接近水平千斤顶处的钢梁与钢柱连接处局部应力更大，塑性应变积累严重，且钢梁局部出现屈曲现象，ALC板的应力明显增大，但无破坏，与实际试验中钢框架整体和ALC板均无破坏现象一致．

图14 有限元模型

图15 试件Q1有限元模拟的各构件应力结果

3.4 裂缝发展对比

以试件Q1和Q2为例，进行钢框架与ALC板接缝处裂缝在第2阶段和第3阶段分布的有限元模拟，模拟结果和实际试验裂缝分布基本吻合．模拟过程中的第2阶段和第3阶段的裂缝产生定义分别为面面接触的黏结行为失效和肉眼可观察的ALC板与钢柱钢梁处产生裂缝，图16所示为2个试件的模拟结果，其中白线段为裂缝．图17所示为模拟得到的4个试件3阶段对应的位移角与实际试验的对比，除试件Q4模拟时未考虑U型钢卡对ALC板的影响导致位移角偏大外，其余试件的模拟结果与试验误差均在16%以内，证明该有限元模型能够有效模拟ALC板与钢框架接缝处的变形能力．

图16 试件Q1和Q2有限元模拟的裂缝分布

图17 试验与有限元模拟位移角对比

3.5 影响参数对比

分析对比耐碱玻纤网格布和ALC板与钢框架间接缝宽度对钢框架内嵌ALC板接缝处抗裂性能的影响．图18(a)所示为只改变耐碱玻纤网格布层数，选取耐碱玻纤网格布层数为1、2、3、4时的试件Q1在不同阶段的位移角对比．随着耐碱玻纤网格布层数的增多，接缝处第2阶段和第3阶段的抗裂性能均有所提高，但随着层数的增加，抗裂性能增长减弱，可能和耐碱玻纤网格布的强度远小于ALC板与钢框架间的拉应力有关．综合考虑施工难度和成本，选用2层耐碱玻纤网格布最佳．图18(b)所示为只改变ALC板与钢框架间接缝宽度，选取ALC板与钢框架间接缝宽度为10mm、15mm、20mm、25mm时的试件Q1在不同阶段的位移角对比．随着ALC板与钢框架间接缝宽度的增大，接缝处第2阶段抗裂性能提高明显而第3阶段基本无影响．过宽的接缝处理可能会由于接缝材料不稳固而过快产生裂缝，故ALC板与钢框架间接缝宽度保持在10～20mm最佳．

图18 影响参数对比

4 结 论

本文对4组不同建筑构造形式的钢框架内嵌ALC板模型进行了静力试验，并建立了有限元模型进行对比分析，得出结论如下.

(1) 3个钢框架内嵌ALC板的钢梁钢柱与ALC板接缝处都具有较好的抗裂性能，试件Q1、Q2和Q3产生轻微斜裂缝的位移角分别为1/300、1/250和1/250．按照钢结构层间位移角限值，在位移角1/250限值下，使用3层耐碱玻纤网格布和较宽ALC板与钢柱接缝处填缝处理的构造措施都不会产生裂缝.试件Q4产生轻微斜裂缝的位移角为1/800，明显早于其他3个试件，故在实际工程中不建议采用U型钢卡连接．

(2) 通过4个试件的3阶段位移角对比，耐碱玻纤网格布对于钢框架与ALC板接缝处的抗裂性能有显著提高；而ALC板与钢框架接缝宽度对裂缝影响较小；使用U型钢卡只是两侧卡住ALC板，相当于柔性连接，使接缝处抗裂性能显著降低．

(3) 通过有限元建模能较为准确地模拟出试验的加载过程，第2阶段和第3阶段得到的位移角以及裂缝的分布情况均与试验吻合良好，证明有限元软件模拟的准确性．

(4) 通过对不同层数的耐碱玻纤网格布和不同距离的ALC板与钢柱接缝宽度进行模拟分析，并结合实际试验结果，提出使用钩头螺栓连接件＋3层耐碱玻纤网格布＋(钢柱接缝)专用密封胶＋专用底涂1道＋PE棒＋发泡剂(10～20mm)＋(钢梁接缝)专用密封胶＋专用底涂1道＋1∶3水泥砂浆的建筑构造处理措施，可以有效防止ALC板与主体结构接缝处产生裂缝．

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Experimental Study on Crack Resistance of Steel Frames with ALC In-Filled Walls

Zhou Ting1，Wang Zixuan2，Wang Shuang3，Guo Juanli1，Di Chaoyang2

(1. School of Architecture，Tianjin University，Tianjin 300072，China；2. Tianjin International Engineering Institute，Tianjin University，Tianjin 300072，China；3. School of Precision Instrument and Opto-Electronics Engineering，Tianjin University，Tianjin 300072，China)

The prefabricated steel structure system has been increasingly perfected，but there are increasing problems in building construction，particularly the obvious cracks between the steel frames and in-filled walls. As a result，four groups of full-scale structural models were designed，tested，and measured using crack meters and fiber grating sensors under static load. By comparing the development of cracks at the joints between the steel frames and ALC(autoclaved light-weight concrete)wall panels under different displacement angles of each specimen，the crack resistance of the joints between the steel frames and ALC wall panels in different building structures was evaluated. The test results show that the hook bolt has a much higher stiffness than the U-shaped steel clip and that the hook bolt and alkali-resistant glass fiber mesh have a good restraint effect on cracks at the joints between the ALC wall panels and steel frames，whereas the width of the joints between the ALC wall panels and steel columns has no obvious restraint effect on cracks. The fiber grating sensor has a higher sensitivity and is not suitable for wall crack measurement. A finite element model of steel frames with ALC in-filled walls was established，and its accuracy was verified. The effect of parameters such as connecting pieces，alkali-resistant glass fiber mesh，and joint width between ALC wall panels and steel frames on the crack resistance of the joint of the steel frames with ALC in-filled walls was investigated. A construction measure which is beneficial to prevent the crack was proposed.

autoclaved light-weight concrete wall panel；steel frame；crack resistance；static experiment

10.11784/tdxbz202204027

TU227

A

0493-2137(2023)03-0289-12

2022-04-14；

2022-06-30.

周 婷（1984—  ），女，博士，副教授，zhouting1126@126.com.

郭娟利，guojuanli@tju.edu.cn.

国家重点研发计划资助项目(2019YFD1101005).

Supported by the National Key Research and Development Program of China(No. 2019YFD1101005).

(责任编辑：金顺爱)