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高性能GRC幕墻

發布人:廣州永侖裝飾工程有限公司     發布時間:2019-05-20 10:10:33

 

  本文從高性能G RC幕墻板的構造型式入手,深入研究了不同構造型式的力學特征。根據對材料在極限受力條件下的計算和驗算,提出了GRC幕墻板抗彎承載力、抗剪承載力極限狀態的應力計算公式,同時還提出了幕墻施工中錨固與連接的設計的應力計算公式以及不同構造型式幕墻板的建議連接方式。
  
  高性能G RC幕墻簡介
  高性能GI℃幕墻是由特種裝飾層、高性能GRC層、GRC肋或鋼框架等材料復合制成。該產品不僅克服了傳統GRC制品易開裂、變形的缺點,尤其還具有獨特的自裝飾效果和精準的形狀與幾何尺寸,是一種可與石材、玻璃等幕墻媲美的新型高檔幕墻。
  高性能GRc幕墻具有如下特最:
  1.造型
  高性能GRc幕墻板采用先進的制造技術,具有極好的易模性,可塑造出造型風格炯異和文化特色突出的建筑產品,為當前個性化建筑的發展提供了一種理想的幕墻材料。
  2.幅面
  高性能GRC幕墻板采用獨特的制造技術和科學合理的結構構造及連接設計,使之可滿足較大規格尺寸的設計要求,板幅可達20m2以上。
  3.飾面
  高性能GRC幕墻板通過獨特的制造技術,可制成具有傳統清水、彩色清水和仿石、仿木紋等多種自裝飾效果的產品。
  其中,傳統清水型幕墻可呈現出斑點狀、冰花狀和云霧狀等多種清水效果,較采用澆注成型的普通清水混凝土相比可表現出更自然、更豐富、更充分的清水裝飾效果。彩色清水幕墻是我公司研發的新型清水幕墻,該產品與傳統清水幕墻相比,具有更豐富的色彩,可大大拓展清水混凝土的應用范圍。
  4,材性
  高性能GRC幕墻板大量采用當今水泥與混凝土領域的新材料與新技術,使之徹底解決了當前傳統的GRC制品長期存在的開裂、變形等老大難問題,而且還大幅度提高了材料的強度、密度和耐久性。
  
  高性能GRC幕墻板分類
  奇|生能幕墻板可分別按構造、形狀、自裝飾效果及用途等進行分類。
  1.構造分類
  高性能GRC幕墻板按構造形式不同可分為單層板、帶肋板和框架板三種。
  (1)單層板單層板由特殊裝飾層和GRC結構層構成,板厚20mm30mm。單層板的幅面較小,一般小于3m2。其中,平板可按同定規格工業化生產,價格低廉。同時,該產品采用石材背栓連接方式,易于推廣使用(詳見圖1)。
  (2)帶肋板帶肋板是一種沿板四周邊緣和設計的受力部位布置有加強肋的單層板。其特點是板面和加強肋采用同一材料一次復合而成,產品的整體性好,結構緊湊,安裝占用空間較小且造價較低。帶肋板的幅面尺寸在6m2以內(詳見圖2)。
  (3)框架板框架板由板面、鋼框架和分布于板背面的“L,形鋼筋等三部分組成。其中鋼框架起承載的作用,“L’,形鋼筋起板面和鋼框架間的連接作用。由于“L,形鋼筋的腳部(“L,,形的水平部分)預埋在GRC板內,而腿部(“L,形的垂直部分)的上端焊接在鋼框架上,這使得GRC板與鋼框架之間的連接十分牢固,其安全度明顯優于石材幕墻}向安裝連接。同時,這種連接形式還是一種理想的柔性連接形式,它可通過“L形鋼筋的擺動有效地消除GRC板面因溫濕度變形產生的應力(見圖3)。
  2.形狀分類
  雷諾高性能幕墻板按形狀不同可分為平板、L形、U形、多面形、曲面形及其他異形等多種異形板(詳見圖4、5)。
  3.飾面效果分類
  高性能GRC幕墻板按飾面效果不同可分為清水板(灰色、白色、黑色及彩色清水等)、仿石板(洞石、崗石、片石、砂巖及毛石等)及其他裝飾板(仿木紋、仿銅、條紋及各種圖案花紋)等多種產品。
  4.用途分類
  高性能深餌孰釃穗猬握環同可八為室外幕墻板、室內蒜嗜阪及吊頂板。
  
  高性能GRC幕墻板物理力學性能
  綜合物理力學性能
  高性能GRC幕墻板是一種以玻璃纖維增強的水泥基復合材料。其強度不僅取決于水泥基材,還取決于玻纖的含量和長度以及玻纖的分布和方向。在通常情況下,纖維呈二維亂向分布,且分布方向與板平面平行。因此,其強度沿板的不同方向是不同的。圖6GRC板的強度與板平面之間的關系。表l為高性能GRC幕墻板的綜合物理力學|生能指標范圍。
  彎曲性能
  由于GRC幕墻板主要承受橫力荷載,因此,在上述備項指標中,抗弩陛能指標就像混凝土的立方體抗壓強度一樣是最基本、最重要的性能指標。
  GRC板的彎曲性能通常采用如圖7所示的荷載一撓度曲線來表示。加載的起始段為O―A段,即彈性區段。在該區段荷載與撓度的關系服從虎克定律。板截面的應力與應變均按三角形分布;申|生軸與截面形心重合,且基材與纖維共同承載。當曲線到達A點時,板截面受拉區下表面基材拉應力達到極限抗拉強度,受拉區與受壓區應力仍按三角形分布(見圖8a)。
  加荷的第2階段為A―B段,即彈塑陛區段。在該區段板截面下表面拉應力不再隨荷載增加而增加(實際上是下降),而應變則仍然服從平截面假定隨荷載增加而增加,從而導致荷載一撓度曲線偏離伊_A直線。在這一區段,基材與纖維仍然共同承載,但板截面中性軸隨荷載增加而逐漸上移,受拉區應力也逐漸彎曲。當曲線到達B點時,板截面受拉區下表面拉應變達到極限應變,此時板截面處于將裂未裂狀態。
  通常,我們將處于該狀態點的彎矩MB與板的抗彎截面模量w之比稱為比例極限強度LOP(其相應的截面應力分布見圖8c)。比較圖8b和圖8c,我們不難發現,比例極限強度LoP并不代表板處于將未裂狀態時截面的最大拉應力,而只是一個名義的彎拉應力值。
  繼續加荷至第3階段即開裂階段,板截面受拉區出現開裂。在開裂處,基材退出工作,應力傳遞給跨接在裂縫處的纖維。隨著荷截的增加,新的裂縫不斷增加,原有裂縫不斷擴展,中性軸也隨之不斷上移,這一過程直到纖維達到最大承載力即曲線到達C點時,荷載達到最大值MC。通常,我們將MC與板的抗彎截面模量w之比稱為斷裂模量(或抗彎強度)MOR,斷裂模量仍然只是一個名義的彎拉極限強度值。
  當加荷到第4階段即破壞階段后,纖維不斷滑移或斷裂,荷載隨變形增加而不斷下降直至板斷裂或失去承載能力。即加荷結束。
  盡管比例極限強度LOP與斷裂模量MOR只是兩個名義上的彎拉強度值,但它們卻真實地反映了GRC幕墻板在不同極限狀態時的承載能力。因此,這兩個指標仍然是我們進行GRC幕墻板設計時必須采用的重要強度指標。
  3 GRC幕墻板的長期力學性能
  GRC幕墻板的長期力學性能是設計計算的重要依據。GRC幕墻板在大氣條件下,因基材中的堿對玻纖產生化學侵蝕導致其抗彎強度隨時間變化逐漸下降直至接近比例極限強度,但其比例極限強度則因基材隨時間變化而緩慢水化使其強度十分穩定甚至有所增長。于是,我們可以得出如下假定:即GRC老化后的抗彎強度值不小于28天時的比例極限強度值。
  上述假定十分重要,現已成為我們進行GRC板極限狀態設計時必須遵循的基本原則。
  
  GRC幕墻板結構設計
  1.設計原則
  高性能GRC幕墻板的結構設計必須按承載能力極限狀態和正常使用極限狀態分別計算和驗算。
  2.荷載和作用設計值
  GRC幕墻作為建筑物的外圍護構件,主要承受自重荷載、風荷載、地震作用效應以及溫濕度作用效應等。由于GRC幕墻與石材幕墻的使用環境相同,因此,對應于GRC幕墻的極限狀態設計,其荷載效應基本組合和標準組合設計值可參照國家標準《金屬與石材幕墻丁程技術規范》(JGJl33―2001)相關規定設計。這里要特別強調的是,由于GRC是一種較石材的孔隙率更高的親水性多孔體系,它受外界溫濕度變化產生的應力往往高于石材。因此,溫濕度應力是不容忽視的。關于GRC幕墻溫濕度應力的計算,我國尚無相應的規范可查,建議參考國際GRC協會(GRCA)技術委員會編制的《GRC實用設計指南》選用。
  3.抗彎承載力極限狀態設計
  根據GRC老化后的抗彎強度值不小于比例極限強度值的基本假定和我國的相關規范,以及國際GRC協會編制的《GRC實用設計指南》。
  
  GRC幕墻板的錨固與連接設計
  錨固
  GRC幕墻板與錨同件的錨同必須安全可靠。因此,承載能力極限狀態的錨固力(或應力)設計值必須小于錨固承載力或錨固強度設計值。據此,我們可以得到各種錨固情形下的承載力極限狀態計算方法。
  (1)錨固抗拉承載力極限狀態設計對于單層板與背栓的錨固、帶肋板與予埋螺栓的錨固,框架板L形鋼筋與GRC板的錨同應按錨同抗拉極限狀態設計。
  連接
  連接件及連接件與結構的連接錨固必須安全可靠,其設計計算按國家相關技術規范進行。
  為了確保GRC幕墻不會因地震作用使結構產生的層間位移或板自身因溫濕度應力產生的變形而破壞或開裂,GRC幕墻與結構的連接必須采用柔性連接方式。
  
  GRC幕墻板的構造與連接
  GRC幕墻板依構造形式不同,其構造與連接也不相同,現分述如下:
  1GIZc單層板
  GRC單層板結構簡單(見圖1),厚度一般為20mm30mm。GRC單層板采用石材背栓連接方式。
  2GR(帶肋板
  GRC帶肋板的加強肋應沿板的四周布置,當板的幅面較大時,還應在板中部布置加強肋(見圖2)。加強肋為梯形空心截面,一般壁厚為lOmm15mm。為便于成型,梯形斜面與模板面的夾角為4So。為減小應力集中,在縱橫肋相交處應采用圓弧過渡。
  GRC帶肋板與結構的連接固定應采用下托方式固定(因下托固定時,GRC板受壓,而f:托固定時,GRC板受拉),典型的連接固定方式是采用如圖12、圖13所示的暗榫下托連接固定方式。
  3GRC框架板
  1)GRC面板GRC面板厚度一般為lSmm,最低厚度不小于12mm;面板四周邊緣應通過加厚邊緣和彎起邊緣來加強。其中,加厚邊緣最小厚度為30mm,彎起邊緣最小高度為50mm。
  2)鋼框架鋼框架采用壁厚不小于3mm的矩形方管焊接制成,并與連接件完成全部焊接后進行整體熱鍍鋅處理。
  3)連接GRC面板與鋼框架采用均布的“L’’形鋼筋連接,這是一種典型的柔性連接式。
  其中“L'’形鋼筋的部埋設在GRC面板內側表面,而其部上端焊接到鋼框架上(14);“L”形鋼筋應沿板左右對稱布置,其腿部上端焊接在框架梁的內側,腳部埋設在GRC板內且趾部指向板的對稱軸線。
  “L,形鋼筋的直徑為口8mm,其有效作用長度滿足設計要求,埋設長度為1∞mm。
  用于埋設L形鋼筋腿部的粘結盤尺寸為100mm x 2∞mm,厚度與板厚相等。
  為了支撐GRC面板的自重,通常應在板下部的全部或部分柔J陛連接點處增加斜向布置的“L’’形重力錨固筋。重力錨固筋連接方式與“L',形柔性連接鋼筋的連接方式相同。
  當對幕墻有抗震要求時,則應在對GRC面板沒有過度變形約束的前提下增設抗震錨固件??拐鵜碳梢歡越挪肯嗔?,腿部沿斜向對稱布置的“L’’形鋼筋組成,其連接方式同L形鋼筋的連接方式??拐鵜探畹穆襠櫛恢猛ǔSξ揮?/span>GRC面板虱位置的水平面上。對于幅面較大或自蕈較大的幕墻,其抗震錨固件可改用鋼板錨固件。
  框架板與結構的連接是通過GRC板背面的鋼框架與結構采用暗榫下托的連接方式