张灵 胡天慧 黄珑滢 李思权 赵江

摘要：目前新型装配式钢结构建筑的应用越来越普及，其具有安装速度快、抗震性能好、自重轻以及节能环保等特点。其中，装配式钢结构连接节点的好坏决定结构是否安全。当下大多数的连接节点都存在着一些连接的劣势，本文对装配式钢结构外挂墙板连接节点方式进行新的设计和技术研究，提出一种新型的装配式钢结构外挂墙板连接节点，该节点可以充分发挥钢材的性能，提高墙板与主体结构连接的稳定性、方便施工、使连接件制作简单。

关键词：钢结构;装配式;外挂墙板;连接节点

1、前言

社会发展迅速，在建筑上已广泛使用钢结构的材料，相比以前的混凝土，钢结构具有低成本，灵活多样等特点。2020年住建部《关于推进建筑垃圾减量化的指导意见》里强调实施新型建造方式，大力发展装配式建筑，积极推广钢结构装配式住宅，优先选用绿色建材。虽然钢结构完全契合绿色建筑的发展要求，但是目前钢结构住宅技术的发展不是很成熟，钢材在高温下很容易变形，隔声防潮效果也不是很理想，各类连接和接缝也有许多问题需要处理。本文是针对装配式钢结构墙板连接问题提出一种新型的连接方式，相信通过不断地改进，新型装配式钢结构建筑的未来一定可期。

2、外挂墙板与主体结构连接节点概述及研究现状

目前，在建筑的大发展趋势情况下，装配式钢结构建筑的外围护墙板，大多采用外挂式连接和内嵌式连接两种方式：外挂式连接是预先安置钢结构柱、支座、钢性梁，接着通过预埋件将主体构造和墙板连接起来;而内嵌式墙板的连接结构则是钢结构墙板体系的主要组成部分。柔性节点和刚性节点是墙板连接节点的主要分类，刚性节点是指：通过刚性连接的方式连接墙板和框架，比如插入钢筋法节点和U型卡节点，使用这种连接方式可使得墙板在某种程度上提高主体结构的初始刚度，从而增强主体结构承载力以及降低耗能水平，施工具有快捷性、造价较低等优势。但与此同时，刚性节点也存在相应的缺点，一旦主体结构发生变形，刚性节点会呈现出不适性，轻质板材结构角部的连接部位很容易发生破坏，引起产生墙体开裂的情况;而柔性节点也具有其自身独有的优势，其可以使墙板产生较大的转动变形，钩头螺栓节点、ADR节点就是常用的柔性节点，其最大的特点就是具有很好的柔性，但是其劣势和缺点也较明显，在与其主体构件进行连接时，两者之间的相互作用程度低，容易与主体产生脱离，从而在安全和稳固等方面有一定的不足;因为其柔性的特性，在施工时，安置组装的工序十分复杂，造成施工时间的浪费。

截止目前，很多对钢结构深有研究的学者专家对装配式钢结构外挂墙板连接节点进行了研究：

（1）张爱林、马林等人[1]提出了一种新型的外挂墙板连接节点，并且根据节点连接方式的不同分为了上方装配和下方装配两种方案。上方装配方案中，张爱林等人把预埋件中的锚板和与它连接的四根锚筋放置在预制外墙板内，通过装配节点把外挂墙板与上方的钢梁连接起来。装配节点的外框是由薄钢板制成，内部由加劲肋组成，顶部和底部开设螺栓孔，连接上方预埋件与框架，同时连接上方的墙板与主体结构。此外，通过采用有限元软件建立装配式外挂墙板钢框架整体模型，随后又对比模型，进行了受力性能分析，通过对滞回曲線、延性、耗能能力等方面的研究，对外挂墙板钢框架进行了拟静力分析。张爱林、马林等人对外挂墙板连接节点的研究，使之限制了框架与外墙板间的传力，避免了墙板破坏掉落，较好地保证墙板处于弹性工作阶段，适应框架的侧向变形，使得连接变得安全可靠;提高了钢框架的受力性能，增强了结构的刚度和承载能力;由于提出的装配节点具有良好的变形能力及耗能性能，使得整体结构在地震作用时的耗能能力也显著提升。

（2）曹石、舒赣平等人[2]提出了一种构造简单、施工方便的新型装配式钢结构外挂墙板连接节点，它可大范围地应用于预制外墙板的外挂连接。该节点主要由加劲肋板、角钢与焊接螺柱组成，加劲肋板把墙板连接节点分成了承重部位和限位部位。其中焊接螺柱可以把现场焊接至外墙板预埋件中用来传递外墙板荷载，其施工方便灵活、受力可靠，在建筑行业中有非常大的发展空间。为了更加便利地安装预制外墙板，在承重构件垂直方向开设一个槽孔，将螺柱焊接到预埋件作为外墙板下方的连接节点，承受外墙板的竖直方向（x轴）、面外水平方向（y轴）和面内水平方向（z轴） 三个方向的荷载;限位部位在水平方向设置了长圆孔，它的孔径比焊接螺柱直径大，通过螺柱与预埋件焊接作为外墙板的上部连接节点，承受竖向墙板的面外水平荷载，面内水平方向不承受荷载，这样保证了外挂墙板面内与主体结构的相对滑移，节点可以借助楼板的后浇隐藏。新型连接节点在外挂墙板中既充当外挂墙板的承重节点，又充当外挂墙板的限位节点，是一种典型的柔性连接方式。此外，曹石等人还进行了荷载作用于节点时的反力计算，通过初选节点尺寸、焊接螺柱验算、连接节点焊缝验算等进行了连接节点设计与截面验算，还使用了ANSYS有限元软件，对在最危险组合作用下的连接节点的受力性能进行了参数分析，从而更深刻地揭示了节点受力机理以及它的破坏模式。曹石等人研究的新型装配式钢结构墙板连接节点提高了结构体系的稳定性、刚度，增强了结构的承载力，加劲板的设置也保证了连接节点的整体面外变形，使得外挂墙板连接节点的应用又得到了进一步的提升。

（3）许剑峰、李立[3]通过对当前建筑发展的方向的研究，提出了一种能使钢梁与外挂墙板迅速连接的新型节点研究方案及施工工艺。随着时代的进步、国家经济的富强，装配式钢结构的快速发展是大势所趋，但是传统的钢筋混凝土建筑仍然没有退居历史舞台，它仍占据着主导地位。所以，在国家注重发展装配式钢结构住宅的情况下，恰当地将混凝土结构融入，持续发展“装配式钢结构+混凝土板”的设计理念，结合了装配式钢结构与混凝土结构的优势，去其糟粕、取其精华，使两者效果结合达到整体最优化，在我国建筑行业的发展增添了浓厚的一笔。因此，许剑锋、李立通过这种组合结构研究出一种新型的连接节点，新型的连接节点是由连接板与垂直栓钉组成，其中连接板由一对组合结构组成，结构外形上均呈U字形。U字形构件开口尺寸与螺栓杆件的直径大小相同，让螺栓从U字形构件的开口穿入，形成一个整体。U字形构件形状较小，构造简单，便于工业化生产。外挂墙板为预埋进螺栓杆件的预制混凝土板，也便于直接在工厂加工制作。这种装配式钢结构新型连接节点只需通过连接板与螺栓，钢梁和预制板就能实现准确的契合。具有成本低、安装效率高、精度高等特点，完全符合装配式建筑的优点，实现了钢梁与外挂墙板的快速连接。此外，这种节点构造简单，安装与卸载都方便，不但可以在安装施工上实现梁板的快速连接，在后期的再次加工的制作中也可提供很大的帮助。

3、新型外挂墙板连接节点的研究

针对刚性节点墙板与主体结构无法协同变形，易使墙板开裂及脱落、柔性节点对主体结构的初始刚度贡献小，安装工序复杂等缺点，本文提出了一种新型外挂墙板连接节点，把刚性连接与柔性连接相结合，打破刚性连接和柔性连接的劣势，提高钢结构的稳定性、方便施工、使连接件制作简单。

3.1外挂墙板

通过不断地研究，墙板[4]的类型有很多，如轻质条板、工厂预制复合外墙板、现场组装复合外墙板等，轻质条板主要有AAC板、ECP墙板、GRC板、PRC板等;工厂预制复合外墙板大多有钢筋砼绝热材料复合墙板、钢丝网架水泥夹芯板等;现场组装复合外墙板大多有CCA板灌浆墙、轻钢龙骨墙板等。轻质条板具有保温隔热性好、抗渗性好、防火性能好、重量轻、便于施工、抗震性能强、隔音性能好以及绿色环保等优点，但轻质条板最凸出的地方就是防潮性差，因为这种材质的墙板吸水性特别高。假如遇到潮湿的天气，那么空气中的湿气就会被它汲取进去，时间长了墙板就会散逸出一股异味，严重的还会使它的稳固性受到影响，以致于让墙体出现松动乃至于倒塌现象。工厂预制复合外墙板降低了劳动强度，提高了施工效率，节约了人工费用、质量高，表面平整、光洁、抗震性能强，但它也具有运输量大，受天气的制约和影响较大等缺点。现场组装复合外墙板自重较轻、具有良好的抗震、隔音性能及保温隔热性能，但由于复合墙板受到众多消费者的青睐，所以商家更倾向投资这个行业，以至于会有无良商家不顾消费者的权益，使消费者的生命安全受到威胁。

通过查阅大量的资料以及对各种墙板的研究，本文选用传统的混凝土墙板，混凝土墙板具有许多的优点和好处。首先，它的施工和建设成本低，混凝土墙板的墙体表面不需要用其他的材料加以装饰，只需要在混凝土表面喷一层保护层进行保护，因此，所需要的材料和成本就会降低，也在一定程度上减少对环境的污染。其次，混凝土墙板可以在工厂内进行产业化的预制加工，在施工现场直接组装，以至于使施工效率有所提高、施工的工期有所缩短。在工厂的机械化生产，也大大提高产品的生产效率，并且控制墙板的质量水平。此外，因现场施工作业量的减少，建筑造价能得到一定的降低，建筑材料和施工者的利用率也会相对提高。

3.2新型连接节点

本文通过对已有连接节点的研究和深入剖析，提出一种新型的装配式钢结构墙板连接节点。新型连接件（图1）主要由锚板、锚筋以及U型钢组成。将（图2）的锚板及锚筋作为预埋件先内置在外挂墙板内，这将使外挂墙板显得更加美观，也缩短锚筋的长度，减少材料的浪費，更好地适应绿色建筑的发展。与锚筋焊接的U型钢与上部及下部的工字钢梁用螺栓连接，体现柔性连接的特点，可避免因外界因素使建筑物晃动时连接部位的破坏，更好地保证了建筑物的稳定性。总之，此种连接方法构造简单，施工方便，使墙板连接更加稳定，节省材料的使用。

4、结语

文中首先介绍装配式钢结构的发展，其次介绍外挂墙板与主体结构连接节点概述及研究现状，最后介绍本文所研究的新型外挂墙板连接节点。通过已有研究发现：

新型装配式钢结构外挂墙板的连接节点通过大不断地研究，出现了很多具有连接安全可靠、变形能力大、刚度大、成本低、连接速度快等优点的新型连接节点。

本文提出的新型连接节点可以更好地增强装配式钢结构建筑的稳定性，更好地去适应钢结构建筑的发展。

5、装配式钢结构的展望

连接节点具有很好的通用性，能够根据建筑所需，高效准确解决施工时会出现的困难。并且随着我国建筑工业化的大力推进，越来越多的新型装配式钢结构住宅体系应用到实际工程中，因此，解决有关连接节点的问题是必然趋势。钢结构对人力资源、环境保护、生产效率等方面具有特殊的意义。在建筑行业大范围地应用钢结构，能使绿色建筑可持续发展被有效地推动、使钢铁产能过剩被更快地化解，在一定程度上成为供给侧改革的有效载体。

大力发展装配式钢结构建筑是大势所趋，装配式钢结构新型外挂墙板连接节点的研究也将会不断地优化。我们有理由相信，中国的装配式钢结构在不久的将来会迎来势不可挡的发展和流行。并且，由于钢结构研究发展的投入逐年增加，钢结构应用的关键技术难题将逐渐被解决，这为推进装配式钢结构住宅扫除了很多障碍，中国装配式钢结构即将进入新的篇章。

作者简介：

张灵（1999-），女，汉族，南京工程学院本科在读，土木工程（建筑工程）方向。

基金项目：

2021年度大学生科技创新基金项目“新型装配式钢结构住宅体系关键技术研究”（TB202109016）。

参考文献：

[1]张爱林，马林，刘学春，姜子钦.装配式外挂墙板钢框架受力性能有限元分析[J].建筑结构学报，2016（05）：152-157.

[2]曹石，舒赣平，林坤洪，范圣刚，高洪.一种新型装配式钢结构外挂墙板连接节点的受力性能分析和设计方法[J].建筑结构，2017，47（10）：46-52.

[3]许剑峰，李立.装配式钢结构新型节点研究[J].四川建材，2020，46（02）：72-73.

[4]唐涛.装配式钢结构建筑墙板及其连接节点研究综述[J].低温建筑技术，2021（09）：53-57.