摘要：轻钢灌浆墙结构体系是一种新型装配式建筑结构体系，具有抗震优良、节能环保、施工快速、经济实用、防火防腐、隔音、保温隔热一体化等优点。本文以试验为基础，利用ABAQUS建立轻钢灌浆墙体有限元模型，对墙体抗震性能及抗剪承载力影响因素进行了分析。结合试验结果和有限元模拟，对墙体设计方法进行研究，为轻钢灌浆墙体技术规程的编制及推广应用提供科学依据。鉴于此，本文主要分析探讨了轻钢灌浆墙体抗震性能试验与设计方法，以供参阅。
关键词：轻钢灌浆墙体；抗震性能；试验；设计方法
1轻钢灌浆墙结构体系简介
轻钢灌浆墙结构体系采用轻钢作为结构骨架，在梁柱及主次梁等节点部位设计插接节点；轻钢梁柱及龙骨安装完成后，采用北京魁方时业新型建筑材料技术有限公司专利技术安装内外装饰板材（装饰板材有多种选择如瓷砖、金邦板、陶土板，水泥板、石膏板、硅酸钙板等），内外装饰板材安装完成后与轻钢骨架形成一面空腔墙体，再采用聚苯颗粒泡沫混凝土、玻化微珠、发泡水泥脱硫石膏等轻质保温材料进行整体浇筑，形成结构与节能一体化的轻钢灌浆墙结构体系。
这种体系具有如下优势：（1）创新了龙骨构造形式；优化了轻钢龙骨的连接模式，增强了龙骨骨架的稳定性；（2）结构构件及节点连接均在工厂制作完成，现场无需焊接，只需利用拉铆钉和自攻螺钉进行拼装，拼装无专业技术门槛，可操作性强，施工速度快，施工过程污染小，符合国家建筑体系发展方向；（3）灌浆墙体很好的解决了轻钢结构墙体敲击“空”响、渗漏、不隔声等诸多建筑通病；（4）水泥基轻质保温材料将轻钢骨架完全包裹，大大提高了轻钢龙骨的抗火性能与防腐性能，大大提高了轻钢房屋的耐久性。
魁方公司还配套建设2条轻钢灌浆墙结构体系自动生产线、多项示范工程，做到结构与节能一体化，比现有技术达到同样节能标准节省造价，在长期使用过程中节约能源，将对节能减排、转变建材和建筑业发展方式产生较大的推动作用。
2轻钢灌浆墙体抗震性能试验
2.1试件设计与制作
为研究填充材料、内外墙面板、高宽比等因素对轻钢灌浆墙体抗剪承载力的影响，本试验共设计5片1：1复合墙体。标准墙体SW-1参照轻钢灌浆墙体现有产品设计，外墙板为普通瓷砖，内墙板为石膏板，内部填充聚苯颗粒泡沫混凝土；试件SW-2与SW-1相比，将外挂瓷砖换为外挂玻璃；试件SW-3与SW-1相比，不填充聚苯颗粒泡沫混凝土；试件SW-4与SW-1相比，不安装内外墙面板，先采用木模板支模，内部填充聚苯颗粒泡沫混凝土，养护完成以后拆掉木模板；试件SW-5与SW-1相比，高宽比由1变为1.5。所有安装内外墙板的墙体厚度为220mm，未安装内外墙板的墙体SW-4厚度为200mm。
2.2试验方法
2.2.1试验装置
本试验采用低周往复加载方式进行加载，对试验墙体先施加竖向荷载，然后施加水平循环荷载。竖向荷载采用一台100吨液压千斤顶通过分配梁按4等分点施加在压梁上进行加载，以模拟竖向均布荷载。水平荷载采用一台50吨水平作动器对墙体顶部施加推拉往复荷载，试验前在墙体两端固定30mm加载垫块，通过4根直径为30mm的长螺杆与作动器相连。
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2.2.2加载制度
加载过程中，先对墙体施加竖向荷载并在加载过程中保持不变，竖向荷载取3层轻钢灌浆墙结构体系房屋4.5m开间底层墙板所承受的竖向力大小，试件SW-1、SW-2、SW-3、SW-4竖向荷载加载数值取100KN，试件SW-5竖向荷载加载数值取67KN。
2.2.3测点布置
为全面了解荷载作用下墙体钢骨架中各构件的受力情况，在钢骨架的立柱、横竖墙龙骨、上下主梁、斜支撑上均布置应变片。
2.3试验结果
(1)轻钢灌浆墙体破坏过程大体分为三个阶段：弹性阶段、弹塑性阶段和破坏阶段。破坏模式是聚苯颗粒泡沫混凝土不断出现裂缝，石膏板局部破坏严重且整体与钢骨架剥离，使得墙体的刚度和承载力不断下降，随着水平位移的迅速增大，最终立柱和龙骨下部局部屈曲。
(2)标准灌浆墙体的最大抗剪承载力为空框架墙体的3.3倍，初始抗侧刚度为空框架墙体的4倍，累积耗能为空框架墙体的2.4倍。有蒙皮灌浆墙体抗剪承载力比无蒙皮灌浆墙体提高43%，内外墙板能有效抑制聚苯颗粒泡沫混凝土开裂；高宽比为1.5的墙体单位宽度抗剪承载力比高宽比为1的墙体降低27%，高宽比越大，抗剪承载力越低，刚度退化越显著；将外墙板由瓷砖换为玻璃对墙体抗剪承载力影响不大。
(3)灌浆墙体在层间位移角1/300左右时屈服，极限层间位移角达到1/50；空框架墙体在层间位移角1/150左右时屈服，极限层间位移角大于1/30。试件延性系数较大，具有较好的变形能力。
(4)轻钢灌浆墙体具有良好的耗能能力。轻钢灌浆墙体主要通过钢材屈服后的弹塑性变形和材料的破坏来实现耗能。当加载到层间位移角为1/150时，灌浆墙体SW-1累积耗能是空框架墙体SW-3的2.4倍；有蒙皮墙体SW-1累积耗能比无蒙皮墙体SW-4提高54%；高宽比为1的墙体SW-1平均累积耗能比高宽比为1.5的墙体SW-5提高10%。
3轻钢灌浆墙体设计方法
(1)适当加大斜撑的厚度。斜撑作为主要抗侧力构件，对墙体抗剪承载力影响较大，且在试验中破坏较早，变形较严重。适当加斜撑厚度能有效提高墙体抗剪承载力。
(2)适当加大龙骨翼缘宽度，增大自攻螺钉边距。由于试验使用的龙骨翼缘太短，螺栓边距太小，多片试验墙体立柱翼缘与横龙骨翼缘连接处在试验初期就已豁开。过早的破坏了钢骨架和内墙板的整体性。建议适当加大龙骨翼缘宽度，保证自攻螺钉有足够大的边距。
(3)适当增大内墙板上的自攻螺钉边距，否则容易引起端部斜裂缝。试验墙体石膏板端部破坏严重。
(4)墙体分层浇筑时应振捣均匀，否则在地震作用过程中易在分层缺陷处发生破坏。试验墙体聚苯颗粒泡沫混凝土沿浇铸接缝开裂严重，可见浇铸质量对于墙体的重要性。
参考文献
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[2]郁琦桐，潘鹏，苏宇坤.轻钢龙骨玻化微珠保温砂浆墙体抗震性能试验研究[J].工程力学，2014(3)
[3]高宛成，肖岩.冷弯薄壁型钢组合墙体受剪性能研究综述[J].建筑结构学报，2014(4)
论文作者:李思雨
论文发表刊物:《基层建设》2019年第31期
论文发表时间:2020/4/20
标签：墙体论文; 轻钢论文; 荷载论文; 承载力论文; 龙骨论文; 结构论文; 加载论文; 《基层建设》2019年第31期论文;