一种结构柔性连接做法

李鹏，楚时海，许珊珊，曹强，燕元翔，闫中蕾，李站立，邱林

（江苏诚意住宅科技发展有限公司）

1 引言

城市住宅项目中，由于占地面积的限制及开发者对产品品质的追求，越来越多的开发商选择铝模滑模施工体系，使用铝模模板浇筑完成的混凝土成型观感好、质量高、节约时间缩短施工周期等优点，越来越受到开发商及施工单位的青睐，而中空混凝土墙替代外墙砌体填充墙同主体结构一次浇筑成型，则整个建筑的外墙则能一次性成活，免去了大量的后期工作，如后期外墙排水管线的安装则可以提前完成，外立面及其他施工工艺则后期可以通过吊篮施工作业，省去了大量的脚手架费用，且外立面形象效果佳，能够吸引大量潜在客户，对开发商及施工单位来说都是不增加成本的基础上带来了大量的好处（见图1 a）。而传统二次砌筑填充墙外墙结构则需要外脚手架全周期搭设，各种维护及后期施工措施均需二次处理（见图 1 b）。

从两张整体形象对比图中就可以明显看出优化后的砌体墙更能适应市场的需求，有更大更明显的优势。

其中中空混凝土墙替代外墙砌体填充墙，是这个环节中必不可少的部分，通过对几个不同开发商的开发的楼盘的调查总结如下：设计单位一般情况下会给出混凝土中空部分的最小空心率（保证替代后的墙体线荷载不超过原荷载设计值）、填充聚苯板厚度（中空保证措施）、两侧混凝土的钢筋网片要求（规范配筋最小要求及固定填充聚苯板的作用），并且说明在施工过程中要求保证柔性连接。而实际施工过程中如何做到柔性连接，现有规范图集中并没有具体的做法，因此导致在施工过程中关于柔性连接做法的要求则就近流于形式。

然而现阶段国家规范规程中并无适合此种情况的柔性连接做法，一旦主体结构同填充墙浇筑成型并形成了一个整体，则结构受力就完全不同于原设计模型，带来了重大的结构安全隐患，可能在无地震的情况下没有过大的问题，但是一旦有地震作用，尤其是中震、大震的情况下，某些相对薄弱的主体结构墙则可能首先出现破坏，进而导致主体结构的连续性倒塌，这将会产生一系列的严重后果，造成无法估量的损失。

结合历次地震震害情况，并结合现阶段砌体填充墙柔性连接做法及相关砌体填充墙柔性连接试验过程数据，并综合震害破坏机制，提出一个适用于本文所述情况的合理的柔性连接做法，以期推动此项施工工艺真实有效的进展。

2 结构地震震害、填充墙破坏机制及柔性连接做法

2.1 结构地震灾害分析

以往大地震尤其是汶川地震震害表明，框架结构填充墙多采用刚性连接，非结构墙体均遭到不同程度破坏，约束主体结构构件导致结构破坏，严重的出现了倒塌现象。

结构在地震力的作用下结构整体或局部倒塌,其破坏形式（见图2），此情况多为底部某结构受力构件首先出现失稳破坏，进而发生连续性倒塌破坏，导致这种现象的情况多数为结构构件刚度不均匀布置不合理导致。

墙体出现水平裂缝破坏（见图3），从破坏的水平裂缝的位置可以看出，即使相对于同一个结构，其水平裂缝也可能出现在不同位置，墙体顶端或者底部均可能发生开裂破坏。

图1 使用铝模施工的结构对比

墙体出现斜向裂缝破坏（见图4），这种现象主要是因为墙体在两侧结构的约束下，自身变形无法达到要求，而斜向受压，从而发展为斜裂缝。

结构设计遵循“小震不坏、中震可修、大震不倒”的原则，但实际地震作用下，往往出现填充墙破坏严重，个别竖向主体结构构件破坏等现象，导致这一现象的主要原因之一就是所布置的填充墙无缓冲变形空间，吸收了过多的地震力，导致墙体开裂破坏，无填充墙连接的竖向构件相应的承载力达到极限状态而失效。

各种震害破坏表明：

①结构竖向受力构件受力不均匀失稳破坏，而填充墙的布置不均匀是导致这一现象的发生重要影响因素；

②地震作用下水平裂缝可以出现在墙体的上部或者下部，这个位置的出现跟相应位置材料及施工做法有关，设置连接方式相对薄弱的部位会首先出现裂缝。

③斜向裂缝的开展跟两侧竖向构件的约束变形有关，如两侧存在允许变形范围，则填充墙斜裂缝会因受力变小而减少。

2.2 填充墙破坏机制

图2 整体或局部倒塌[1]

图3 水平裂缝破坏[1]

图4 斜向裂缝破坏

国内外学者通过试验，对填充墙与主体结构进行分析，填充墙的砌筑一般分为两侧与墙柱及上侧与梁的柔性连接或刚性连接，分析结果表明结构的破坏要迟于填充墙的破坏，有填充墙的结构比无填充墙的结构的承载力整体有所提高，填充墙的破坏主要有：连接缝处砌体剥落破坏，砌体X型斜裂缝破坏，设置柔性缝的以柔性缝为边界，两侧墙体分别破坏(见图5c、d),进而发展为梁柱端出现塑性铰。

从试验的裂缝可以看出，结构在受到水平推拉反复荷载的作用下，填充墙四周受到框架的挤压，开始产生斜裂缝，裂缝开展的位置主要集中在不同材料交界面位置，当不设置柔性连接缝时，裂缝出现在填充墙与梁柱交界面位置，当设置柔性连接缝时，裂缝开始位置为柔性连接缝两侧与梁柱交界面处，这说明柔性连接部位受力较小，柔性连接处由于压缩变形而不受力。当压缩变形终止后柔性缝两侧受到梁柱约束再开展裂缝，进而填充墙与主体结构共同工作，之后填充墙先破坏，主体结构再破坏。

从各种试件的荷载-位移骨架曲线看，结构荷载达到极限状态时，其位移基本在20mm以内，国家规范《砌体结构设计规范》以下简称《砌规》GB 50003-2011中6.3.4明确说明填充墙与框架采用脱开的方法时，要求填充墙两端与框架柱，填充墙顶面与框架梁之间留出不小于20mm的间隙，从而看出国家规范也是依据结构承载力破坏机制的试验结果给出的。

文章[3]指出，设计填充墙与框架结构间的缝槽宽度，按罕遇地震作用下结构薄弱层弹塑性层间位移大小确定，并适当考虑填充材料压缩的影响。建议填充墙与框架结构脱开的缝槽宽度取罕遇地震作用结构薄弱层弹塑性层间位移的90%，同时加上填充材料被压缩后的厚度a，即缝槽宽度为:

图5 填充墙不同连接方式试验结果[3]

图6 柔性连接方法1

式中:δup为罕遇地震作用下结构薄弱层弹塑性层间位移，δup≤ [θp]h，[θp]为弹塑性层间位移角限值，钢筋混凝土框架取层高h的1/50；a为缝槽宽度内填充材料被压缩后的厚度。

2.3 填充墙柔性连接做法

填充墙与框架主体结构的柔性连接目前常用的有三种方法。

1）《砌规》6.3.4条规定的脱开方法(见图6)。规范中要求对墙体端部设置构造柱，填充墙有短柱大于2100mm的洞口时应设置宽度不小于50mm的单筋混凝土柱，填充墙应卡入卡扣铁件内，墙体高度超过4m时宜设置水平系梁等，增设了相关的构造措施来保证墙体自身的稳定性。

2）国家建筑标准设计图集《砌体填充墙构造详图（二）》(10SG614-2)给出的填充墙与主体结构柔性连接的两种方案，即构造方案A(与框架柱完全脱开)和方案B(与框架柱脱开但仍有水平钢筋连接)(见图7)，此连接构造做法区分了7、8度区，不同抗震构造采用不同做法。

3）《框架填充墙( 轻集料砌块)设计及施工技术规程》(DB11/T 742-2010)的做法(见图8)。规程要求采用柔性连接的方式来避免框架和填充墙相互作用而造成的破坏，其特点是用水平系梁代替填充墙与框架柱的竖向拉结钢筋，填充墙顶端与框架梁采用刚性连接的方式，并要求从地面到顶砌筑时尽量顶紧，这是与其他两种做法最大的不同。

图7 柔性连接方法2

图8 柔性连接方法3

图9 分缝位置示意

图10 分缝工作原理

三种柔性连接，仅适用于二次砌筑的砌体墙，设置柔性连接缝的位置为两侧，前两种在梁底也留了相应的柔性连接缝。砌体相关部分均采用了（构造柱、水平系梁等）加强措施来保证砌体的整体性。

3 一种结构柔性连接做法

当二次砌筑的填充墙采用混凝土一次性浇筑成型时，现行所采用的柔性连接方法则无法适用，因此必须采用一种恰当的连接方式将主体结构与非主体结构进行区分，确保各自的受力，保证结构抗震承载力不受干扰，并且要求施工过程中易操作，连接件不受干扰，连接件具有同结构构件相同的耐久性，同时需保证施工完成后外墙交界面不渗漏。

因混凝土浇筑成型，中空墙体上部需要与结构梁一起浇筑，为留有操作面则必须有一定的连接，此时梁下部不能设置分割缝。通过分析可知，如若能将分隔缝设置于中空墙墙底及其两侧则，同样可满足抗震要求。因此必须找到一种材料，材料的性能要具有可塑性，抗老化性能好、难燃，隐蔽工程中耐久性可达50年，材料可做成中空腔体（保证不少于20mm的变形量）的分缝板，分缝板内部设置适当的竖向加劲肋，用来满足中空墙浇筑时自身的自重荷载，在地震情况下，地震所产生的地震力使得分缝板产生塑性变形，如此有一定强度又有一定弹塑性的材料最为恰当不过。从门窗主框材料及断面做法得到启示，分缝板采用硬聚氯乙烯（PVC-U）材料，此材料可满足上述要求。

3.1 分缝位置及其抗震效果分析

在中空墙两侧设置竖向分缝板，下侧设置水平分缝板，遇中空墙内设有窗洞时，窗洞两侧留设抱框尺寸后增设一道竖向分缝板(见图9)，窗洞底部为保证混凝土流入浇筑成型，可将窗洞两侧底部分缝板开洞，或者根据情况不设置窗洞底部两侧竖向分缝板。

结构竖向分缝板设置的位置，设置同砌体填充墙所在位置，其工作原理同砌体柔性连接。底部设置水平分缝板，其目的有两个：一是在竖向地震作用下，由于其自身为中空板按照不少于20mm的变形量留设（设计指定），不传递竖向力，从而不影响结构梁的简化受力模型，进而达到竖向抗震的效果；二是在水平地震力作用下，引导地震作用下的水平缝在墙体根部出现，水平分缝板剪切变形，有一定的滑移作用，从而达到降低地震力对中空墙体的作用。图10为在地震状态下结构的变形示意，由于结构分缝板的存在，分缝板在压缩变形和水平力的作用下滑移，主体结构产生变形，而中空墙随主体结构梁整体移动的示意。

地震作用下，建筑物所有的变形将首先产生在分缝板处，当分缝板压缩到无法压缩的程度的时候，中空混凝土墙此时才参与工作，而缝的大小设计的依据是罕遇地震作用下的变形要求，达到罕遇地震时则完全实现了结构的抗震要求。

3.2 分缝板的设计及施工方法

分缝板可根据结构设计缝槽要求调整厚度（中空腔厚度），分缝板设置多道止水，采用二次卡扣拼装，方便施工时操作，分缝板的剖面结构形式见图11所示。

1）分缝板材料厚度设计取值

《硬质聚氯乙烯板材分类、尺寸和性能第1部分：厚度1mm以上板材》B/T 22789.1-2008第5.5节规定硬聚氯乙烯材料的基本性能，一般用途级板材拉伸屈服应力≥50MPa，拉伸断裂伸长率≥5%，拉伸弹性模量≥2500MPa，第5.6节中指出，其他物理力学性能由当事双方协商确定。

根据以上指标简要计算分缝板外壁厚度大致需1.7mm，刚好满足的弹性变形及拉伸屈服应力范围，而中间竖向加劲肋的在1.0mm时，基本满足拉伸屈服应力的要求，此承载力需要有材料供应商具体确定。

图11 分缝板剖面示意

从大概的计算结果分析可知，现在一般用途PVC-U材料基本满足竖向施工时的承载力，但卡槽悬挑翼缘部分会稍有压弯变形，为保证施工中正常使用，地震时允许在外力的情况下破坏，这里建议分缝板外部壁厚取2.0mm，内部加劲肋取1.2mm，板缝包括壁厚宽度按照30mm留设，可以满足大部分结构变形的要求。

2）分缝板施工要求

水平施工缝分分缝板施工时，在混凝土浇筑完成后初凝前，将梁顶混凝土收光压平，先安装中间格构部分，然后将两侧卡槽对准预留好的竖向钢筋缝隙卡入中间格构部分，卡好后用力压入梁顶，保证底面与梁顶混凝土紧密接触。

竖向分缝板安装时，先将竖向分缝板中间格构部分放入指定位置，待墙体水平钢筋绑扎完成后钢筋合模前卡入两侧卡扣，为防止竖向分缝板移动，在卡扣两侧分别增设一根竖向钢筋绑扎在水平筋上。

关于这种分缝做法，现在万科及碧桂园有项目在应用（见图12），但由于其分缝板是成整体性，施工操作难度高，很难满足现场快速高效施工的要求，长期以来难以真正实现有效的推广应用。而本文中的分缝板，是从现场施工顺序及顺应工人可操作性角度考虑，采用了模块拼装方式实现分缝连接，其安装可完全穿插在施工周期内，解决了施工困难影响工序及施工进度的难点。

混凝土拆模完成后，检查卡扣周围连接情况，连接不紧密处内部墙体用水泥砂浆找平，外部墙体用硅酮胶等效密封油膏封堵，封堵完成后外墙部分用JS防水涂刷，保证缝隙不渗水（见图11）。

采用此方法处理的结构，地震后结构破坏部位会出现在结构分缝板，维修时，将破坏掉的分缝板清除，然后采用《砌体填充墙构造详图（二）》(10SG614-2)所示的柔性连接方法修复即可。

图12 分缝板现场设置照片

3.3 智能建筑结构安全监测系统打造

采用柔性连接时，方便对结构和非结构构件进行区分，有利于智能建筑结构安全监测系统打造。

结构的安全体现在力与位移的关系上，若在分缝板施工时，根据结构的变形及受力的关键部位设置位移、内力传感器，对整体结构的重点部位受力及变形实时监控，则对可能产生的结构安全隐患提前预知，建议传感器成对设置，设置于分缝两侧，结构与非结构构件同时设置，获得成组系统数据。

对整体结构需要扩大进行监控监测时，则可根据所设置的分封位置，临时增设相应的监测传感器，以达到整体结构重点监控的目的，此监控数据既能验证结构使用阶段的使用规律是否与设计相符，又能作为科研项目对各种体系的实际规律进行分析，达到辅助优化设计的目的。

4 结语

传统砌体填充墙施工工艺中砌体墙为二次砌筑，因此各种规范做法均在二次施工的基础上建立的，并未考虑如何解决主体结构与二次结构同时浇筑施工对结构所产生的影响，施工单位也很难意识到同时施工所产生的结构安全隐患。

本工艺所采用的方法，则可避免影响结构抗震问题的发生，并且采用了模块化拼装连接方式，工人操作方便快捷，可穿插于施工周期内进行，不影响施工周期，是一种切实可行有效的施工工法。

本文所提出的施工工艺，能够有效解决主体结构与二次结构同时施工所带来的安全隐患问题，并且有利于智能建筑结构安全监测系统打造。此中做法可用于如下结构形式：

1）同主体结构一同浇筑的中空混凝土墙；

2）建筑造型所需的大体量二次结构，无法砌筑而采用混凝土浇筑的；

3）装配式结构中，结构与预制非结构墙之间浇筑连接的结构。