美国垂直保温夹心墙板在非住宅建筑中的应用 宗德林
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美国垂直保温夹心墙板在非住宅建筑中的应用
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预制/预应力混凝土夹心墙板利用硬性塑料绝缘材料隔开的两个混凝土层组成。混凝土层之一，可能是一个标准的形状，如实心板、空心板、双T版或任何其他的混凝土建材。夹心墙板可以提供承受负载和绝缘的双重功能。它们可以作装饰外墙或可作为梁、承重墙、剪力墙。夹心墙板可以很容易地连接到任何类型的结构体系，包括钢结构、钢筋混凝土结构和一般预制/预应力混凝土结构。夹心墙板在预制混凝土厂制作，运到项目工地，用起重机竖立。夹心墙板一般是垂直使用，在基础和楼板或屋顶间提供永久性的墙系统，但也可以在柱间水平放置。但在北美的工业建筑大都是垂直使用，此报告也是以垂直使用为主，在北美是一种非常重要的预制材料，更是其他建筑结构材料无法竞争的预制材料之一，它完全符合了中国现阶段对新墙体及节能的要求。
1、产品及技术简介
1.1 历史
据了解，在北美已有超过50年生产夹心墙板的历史，早期夹心墙板都采用非复合型由较厚的结构层，保温层，和非结构层组成。复合夹心墙板在较后期才生产。
1.2 材料
夹心墙板生产中使用的材料是在预制/预应力混凝土厂的正常材料。其中包括结构混凝土、钢筋、钢筋网、预埋件、预应力钢绞线。独特的夹心墙板的材料是不同类型和不同材料的连接件。
1.3 优点
夹心墙板有正常的预制混凝土墙板的所有可取的特点，如耐久性、经济性、防火性、大型垂直空间之间的支持，并可使用做剪力墙、承重墙和挡土墙。他们可以搬迁，以适应建设扩张。此外，与许多其他的墙系统相比较时保温层提供卓越的节能性能和防潮保护。夹心墙板的混凝土内部和外部提供抗叉车破坏、盗窃破坏，如果需要，内外墙的表面不需要做任何处理。
1.4 夹心墙板类型的说明
1.4.1 非复合夹心墙板
非复合夹心墙板在分析、设计、深化设计和制造时，考虑两个混凝土层是独立的，一个是非结构层，一个是结构层，结构层一般较厚。
1.4.2 复合夹心墙板
复合夹心墙板在分析、设计、深化设计和制造时，考虑两个混凝土层是共同受力的，整个墙板在抗弯时作为一个单元体考虑，层与层之间的剪力通过连接器来传递。
1.4.3 部分复合夹心墙板
部分复合夹心墙板有剪力连接器连结，但不提供完整的复合结点。这种夹心墙板的抗弯刚度和强度介于其他两种墙版之间。因它仍有很多不容易控制的因素，在这报告中就不加讨论。
1.5 工程应用
夹心墙板提供经济的，有吸引力和高效节能的混凝土墙，几乎在所有类型的结构，包括住宅、学校、写字楼、低温环境下建筑、需要温度控制的建筑、商场、工业建筑、司法设施、医院等。最常见的用途是夹心板外墙，但他们已被用来作为内部隔墙，特别是围绕温度需要程控的房间。例如，高隔热夹心墙板已在零度以下的冷冻库使用。
通过1.5.a到1.5.n的照片，可以看到美国各地夹心墙板的应用。
2、一般设计信息 预制/预应力混凝土夹心墙板的设计是与其他预制/预应力混凝土构件相类似。一旦夹心墙板的类型选好了，惯性矩和载重决定以后。选择好的墙版要分析从预应力、脱模、储存、运输和安装产生的应力，同时按照设计规范在容许应力、挠度、极限强度上加以分析。
1.5.a 商场 1.5.b 家具店
1.5.c 学校体育馆 1.15.d 学校体育馆内部
1.5.e 学校
1.5.f 工业建筑 1.5.g 法院
1.5.h 工业建筑(双T板外墙) 1.5.i 住宅
1.5.j 工业建筑 1.5.k 旅馆
2.1 混凝土层厚度和预应力钢绞线的选择
大多数夹心墙板要尽可能薄，但厚度一般是由夹心墙板类型和最终用途决定。例如，厚度可控制在指定的耐火要求或钢筋所需的最低混凝土保护层，非复合夹心墙板，通常需要比具有相同负载和跨度条件下的复合夹心墙板厚。一般非复合夹心墙板的总厚度约相当于复合夹心墙板的1.5倍。
最大预应力钢绞线直径与混凝土厚度的关系。通常50毫米混凝土层使用9.5毫米预应力钢绞线，12.7毫米预应力钢绞线常用在75毫米或更厚的混凝土层。
1.5.l 商业楼 1.5.m住宅
1.5.n 医院
2.2 混凝土层连接器
混凝土层的连接器可以提供多种功能，在墙版水平位置脱膜时，必须抵制下层混凝土的重量加上任何形式作用于下层的吸力所造成的拉力，这些连接器还必须抵制从平面吸风力和地震力产生的拉力。复合板，连接器必须抗拒由于墙版弯曲所造成的剪力。
2.2.1 剪力连接件
剪力连接件用来传送两层混凝土之间的水平剪力。夹心墙板通常被设计为单向结构，用于在剪力连接件夹心墙板纵向弯曲产生的剪力。此外，剪力连接件可用于把非结构层的重量转移到结构层。
设计是承受单一方向，而在另一个柔性的剪力连接件被称为单向剪力连接件（2.2.1.a）。
另一种剪力连接至少在两个垂直方向转移纵向和横向的水平剪力（2.2.1.b）。
非复合连接器通常被认为只是能够传输层之间的张力。它们被用在非复合夹心墙板之间的垂直力和复合夹心墙板的剪力连接件间距过大时作为板与板之间的垂直力的辅助连接件（2.2.1.c）。
2.2.1.a
2.2.1.b
2.2.1.c
2.2.1.d 玻璃纤维桁架连接器
2.2.1.e 钢筋桁架连接器
2.2.1.f 预留混凝土孔
2.2.1.g 玻璃纤维连接器
2.2.1.h 不锈钢连接器(M型)
2.2.1.i 不锈钢连接器(C型)
从照片2.2.1.d到2.2.1.m可以看到各种连接器在工厂实际施工的情形，2.2.1.d与2.2.1.e显示单向剪力连接件；2.2.1.f显示双向连合法；2.2.1.g到2.2.1.i显示非复合连接器；2.2.1.j和2.2.1.k显示传统有预应力能力的生产线，优点是可以随客户的需要而生产不同宽度和长度的墙版；2.2.1.l是使用机器（SP）的生产线，2.2.1.m是SP机器生产墙版的成品。
2.2.1.j预应力生产模台 2.2.1.k预应力生产模台
2.2.1.l SP机器(SP)连续生产床 2.2.2.1.m
2.3 夹心墙板宽度，厚度和跨度
夹心墙板几乎能生产所有实心墙板相同的形状和大小。在一般情况下，较大的墙板，有更大的经济力，因为有较少的墙板需要生产、装载、运输、吊装、并连接。构件最大尺寸的选择应综合考虑生产车间、运输、安装设备的限制，以及各种工况下的施工应力限制。
在北美夹心墙板已生产过，宽4.6米，高23米。整体厚度从130毫米到500毫米夹心墙板，保温层厚度一般从25毫米至150毫米不等，预应力技术的使用是达到这些尺寸的关键。
2.4 弓形弯曲（Bowing）
弓形弯曲是由于混凝土夹心墙板两个面之间的尺寸变化不同产生的，其原因可能是混凝土收缩差异，预应力偏心或者是两层混凝土温差变形不一致等等。复合保温外墙比非复合保温外墙有非常明显的变化，设计时要特别注意，弓形弯曲通常并不会造成结构问题。但如不考虑增加局部墙版的连结件，往往会造成板缝间防水材料失效而产生渗水的问题。
弓形弯曲是一个复杂的话题，这份报告将无法讨论细节，它与预测预应力反拱一样无法有非常精确的预测，了解弓形弯曲的特性和适当结点的处理是夹心墙板成功的主要因素。
3、施工方法 3.1.a到3.1.c显示一般混凝土在生产线上使用模具的施工法，先安装第一层的预力筋然后浇灌混凝土（3.1.a），马上安装连接器（3.1.b），最后在安装第二层的预力筋及浇灌混凝土（3.1.c）。
3.1.d、3.1.e显示使使用一般混凝土及机器生产的保温墙版，3.1.f 是使用干性混凝土及机器生产的保温墙版。
3.1.f是利用双T版的模具生产的保温墙版。
4、连接
因为篇幅的限制，在此只提出一般的连结的示意图和现场施工的照片以供参考。
4.1 非承重墙
4.2 承重墙(角钢) 4.3 承重墙(凹槽)
4.4 承重墙(大梁) 4.5 承重墙(双T板)
4.6 基础连结件 4.7 板与连接件(预防弓形弯曲不均)
4.8板与板连接件(预防弓形弯曲开口) 4.9大型开口
4.10 4.11
4.12 4.13
4.14 4.15
4.16 4.17
4.18
结论
墙体的节能改造是影响未来国家能源重要的主角，而预制/预应力混凝土夹心墙板在使用传统混凝土再加上预力筋的应用，发展出一种非常有经济效益，耐久性及竞争力的新墙体。将承重墙、剪力墙、帷幕墙合而为一，是值得预制业发展的新产品。[1]
作者简介
宗德林，美国PCI资深会员。。