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高性能GRC幕墙

发布人:广州永仑装饰工程北京赛车     发布时间:2019-05-20 10:10:33

 

  本文从高性能G RC幕墙板的构造型式入手,深入研究了不同构造型式的力学特征。根据对材料在极限受力条件下的计算和验算,提出了GRC幕墙板抗弯承载力、抗剪承载力极限状态的应力计算公式,同时还提出了幕墙施工中锚固与连接的设计的应力计算公式以及不同构造型式幕墙板的建议连接方式。
  
  高性能G RC幕墙简介
  高性能GI℃幕墙是由特种装饰层、高性能GRC层、GRC肋或钢框架等材料复合制成。该产品不仅克服了传统GRC制品易开裂、变形的缺点,尤其还具有独特的自装饰效果和精准的形状与几何尺寸,是一种可与石材、玻璃等幕墙媲美的新型高档幕墙。
  高性能GRc幕墙具有如下特最:
  1.造型
  高性能GRc幕墙板采用先进的制造技术,具有极好的易模性,可塑造出造型风格炯异和文化特色突出的建筑产品,为当前个性化建筑的发展提供了一种理想的幕墙材料。
  2.幅面
  高性能GRC幕墙板采用独特的制造技术和科学合理的结构构造及连接设计,使之可满足较大规格尺寸的设计要求,板幅可达20m2以上。
  3.饰面
  高性能GRC幕墙板通过独特的制造技术,可制成具有传统清水、彩色清水和仿石、仿木纹等多种自装饰效果的产品。
  其中,传统清水型幕墙可呈现出斑点状、冰花状和云雾状等多种清水效果,较采用浇注成型的普通清水混凝土相比可表现出更自然、更丰富、更充分的清水装饰效果。彩色清水幕墙是我公司研发的新型清水幕墙,该产品与传统清水幕墙相比,具有更丰富的色彩,可大大拓展清水混凝土的应用范围。
  4,材性
  高性能GRC幕墙板大量采用当今水泥与混凝土领域的新材料与新技术,使之彻底解决了当前传统的GRC制品长期存在的开裂、变形等老大难问题,而且还大幅度提高了材料的强度、密度和耐久性。
  
  高性能GRC幕墙板分类
  奇|生能幕墙板可分别按构造、形状、自装饰效果及用途等进行分类。
  1.构造分类
  高性能GRC幕墙板按构造形式不同可分为单层板、带肋板和框架板三种。
  (1)单层板单层板由特殊装饰层和GRC结构层构成,板厚20mm30mm。单层板的幅面较小,一般小于3m2。其中,平板可按同定规格工业化生产,价格低廉。同时,该产品采用石材背栓连接方式,易于推广使用(详见图1)。
  (2)带肋板带肋板是一种沿板四周边缘和设计的受力部位布置有加强肋的单层板。其特点是板面和加强肋采用同一材料一次复合而成,产品的整体性好,结构紧凑,安装占用空间较小且造价较低。带肋板的幅面尺寸在6m2以内(详见图2)。
  (3)框架板框架板由板面、钢框架和分布于板背面的“L形钢筋等三部分组成。其中钢框架起承载的作用,“L’,形钢筋起板面和钢框架间的连接作用。由于“L,形钢筋的脚部(“L,,形的水平部分)预埋在GRC板内,而腿部(“L,形的垂直部分)的上端焊接在钢框架上,这使得GRC板与钢框架之间的连接十分牢固,其安全度明显优于石材幕墙}向安装连接。同时,这种连接形式还是一种理想的柔性连接形式,它可通过“L形钢筋的摆动有效地消除GRC板面因温湿度变形产生的应力(见图3)。
  2.形状分类
  雷诺高性能幕墙板按形状不同可分为平板、L形、U形、多面形、曲面形及其他异形等多种异形板(详见图45)
  3.饰面效果分类
  高性能GRC幕墙板按饰面效果不同可分为清水板(灰色、白色、黑色及彩色清水等)、仿石板(洞石、岗石、片石、砂岩及毛石等)及其他装饰板(仿木纹、仿铜、条纹及各种图案花纹)等多种产品。
  4.用途分类
  高性能深饵孰酾穗猬握环同可八为室外幕墙板、室内蒜嗜阪及吊顶板。
  
  高性能GRC幕墙板物理力学性能
  综合物理力学性能
  高性能GRC幕墙板是一种以玻璃纤维增强的水泥基复合材料。其强度不仅取决于水泥基材,还取决于玻纤的含量和长度以及玻纤的分布和方向。在通常情况下,纤维呈二维乱向分布,且分布方向与板平面平行。因此,其强度沿板的不同方向是不同的。图6GRC板的强度与板平面之间的关系。表l为高性能GRC幕墙板的综合物理力学|生能指标范围。
  弯曲性能
  由于GRC幕墙板主要承受横力荷载,因此,在上述备项指标中,抗弩陛能指标就像混凝土的立方体抗压强度一样是最基本、最重要的性能指标。
  GRC板的弯曲性能通常采用如图7所示的荷载一挠度曲线来表示。加载的起始段为O―A段,即弹性区段。在该区段荷载与挠度的关系服从虎克定律。板截面的应力与应变均按三角形分布;申|生轴与截面形心重合,且基材与纤维共同承载。当曲线到达A点时,板截面受拉区下表面基材拉应力达到极限抗拉强度,受拉区与受压区应力仍按三角形分布(见图8a)
  加荷的第2阶段为A―B段,即弹塑陛区段。在该区段板截面下表面拉应力不再随荷载增加而增加(实际上是下降),而应变则仍然服从平截面假定随荷载增加而增加,从而导致荷载一挠度曲线偏离伊_A直线。在这一区段,基材与纤维仍然共同承载,但板截面中性轴随荷载增加而逐渐上移,受拉区应力也逐渐弯曲。当曲线到达B点时,板截面受拉区下表面拉应变达到极限应变,此时板截面处于将裂未裂状态。
  通常,我们将处于该状态点的弯矩MB与板的抗弯截面模量w之比称为比例极限强度LOP(其相应的截面应力分布见图8c)。比较图8b和图8c,我们不难发现,比例极限强度LoP并不代表板处于将未裂状态时截面的最大拉应力,而只是一个名义的弯拉应力值。
  继续加荷至第3阶段即开裂阶段,板截面受拉区出现开裂。在开裂处,基材退出工作,应力传递给跨接在裂缝处的纤维。随着荷截的增加,新的裂缝不断增加,原有裂缝不断扩展,中性轴也随之不断上移,这一过程直到纤维达到最大承载力即曲线到达C点时,荷载达到最大值MC。通常,我们将MC与板的抗弯截面模量w之比称为断裂模量(或抗弯强度)MOR,断裂模量仍然只是一个名义的弯拉极限强度值。
  当加荷到第4阶段即破坏阶段后,纤维不断滑移或断裂,荷载随变形增加而不断下降直至板断裂或失去承载能力。即加荷结束。
  尽管比例极限强度LOP与断裂模量MOR只是两个名义上的弯拉强度值,但它们却真实地反映了GRC幕墙板在不同极限状态时的承载能力。因此,这两个指标仍然是我们进行GRC幕墙板设计时必须采用的重要强度指标。
  3 GRC幕墙板的长期力学性能
  GRC幕墙板的长期力学性能是设计计算的重要依据。GRC幕墙板在大气条件下,因基材中的碱对玻纤产生化学侵蚀导致其抗弯强度随时间变化逐渐下降直至接近比例极限强度,但其比例极限强度则因基材随时间变化而缓慢水化使其强度十分稳定甚至有所增长。于是,我们可以得出如下假定:即GRC老化后的抗弯强度值不小于28天时的比例极限强度值。
  上述假定十分重要,现已成为我们进行GRC板极限状态设计时必须遵循的基本原则。
  
  GRC幕墙板结构设计
  1.设计原则
  高性能GRC幕墙板的结构设计必须按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别计算和验算。
  2.荷载和作用设计值
  GRC幕墙作为建筑物的外围护构件,主要承受自重荷载、风荷载、地震作用效应以及温湿度作用效应等。由于GRC幕墙与石材幕墙的使用环境相同,因此,对应于GRC幕墙的极限状态设计,其荷载效应基本组合和标准组合设计值可参照国家标准《金属与石材幕墙丁程技术规范》(JGJl33―2001)相关规定设计。这里要特别强调的是,由于GRC是一种较石材的孔隙率更高的亲水性多孔体系,它受外界温湿度变化产生的应力往往高于石材。因此,温湿度应力是不容忽视的。关于GRC幕墙温湿度应力的计算,我国尚无相应的规范可查,建议参考国际GRC协会(GRCA)技术委员会编制的《GRC实用设计指南》选用。
  3.抗弯承载力极限状态设计
  根据GRC老化后的抗弯强度值不小于比例极限强度值的基本假定和我国的相关规范,以及国际GRC协会编制的《GRC实用设计指南》。
  
  GRC幕墙板的锚固与连接设计
  锚固
  GRC幕墙板与锚同件的锚同必须安全可靠。因此,承载能力极限状态的锚固力(或应力)设计值必须小于锚固承载力或锚固强度设计值。据此,我们可以得到各种锚固情形下的承载力极限状态计算方法。
  (1)锚固抗拉承载力极限状态设计对于单层板与背栓的锚固、带肋板与予埋螺栓的锚固,框架板L形钢筋与GRC板的锚同应按锚同抗拉极限状态设计。
  连接
  连接件及连接件与结构的连接锚固必须安全可靠,其设计计算按国家相关技术规范进行。
  为了确保GRC幕墙不会因地震作用使结构产生的层间位移或板自身因温湿度应力产生的变形而破坏或开裂,GRC幕墙与结构的连接必须采用柔性连接方式。
  
  GRC幕墙板的构造与连接
  GRC幕墙板依构造形式不同,其构造与连接也不相同,现分述如下:
  1GIZc单层板
  GRC单层板结构简单(见图1),厚度一般为20mm30mmGRC单层板采用石材背栓连接方式。
  2GR(带肋板
  GRC带肋板的加强肋应沿板的四周布置,当板的幅面较大时,还应在板中部布置加强肋(见图2)。加强肋为梯形空心截面,一般壁厚为lOmm15mm。为便于成型,梯形斜面与模板面的夹角为4So。为减小应力集中,在纵横肋相交处应采用圆弧过渡。
  GRC带肋板与结构的连接固定应采用下托方式固定(因下托固定时,GRC板受压,而f:托固定时,GRC板受拉),典型的连接固定方式是采用如图12、图13所示的暗榫下托连接固定方式。
  3GRC框架板
  1)GRC面板GRC面板厚度一般为lSmm,最低厚度不小于12mm;面板四周边缘应通过加厚边缘和弯起边缘来加强。其中,加厚边缘最小厚度为30mm,弯起边缘最小高度为50mm
  2)钢框架钢框架采用壁厚不小于3mm的矩形方管焊接制成,并与连接件完成全部焊接后进行整体热镀锌处理。
  3)连接GRC面板与钢框架采用均布的“L’’形钢筋连接,这是一种典型的柔性连接式。
  其中“L'’形钢筋的部埋设在GRC面板内侧表面,而其部上端焊接到钢框架上(14)“L”形钢筋应沿板左右对称布置,其腿部上端焊接在框架梁的内侧,脚部埋设在GRC板内且趾部指向板的对称轴线。
  “L,形钢筋的直径为口8mm,其有效作用长度满足设计要求,埋设长度为1∞mm。
  用于埋设L形钢筋腿部的粘结盘尺寸为100mm x 2∞mm,厚度与板厚相等。
  为了支撑GRC面板的自重,通常应在板下部的全部或部分柔J陛连接点处增加斜向布置的“L’’形重力锚固筋。重力锚固筋连接方式与“L',形柔性连接钢筋的连接方式相同。
  当对幕墙有抗震要求时,则应在对GRC面板没有过度变形约束的前提下增设抗震锚固件。抗震锚固件由一对脚部相邻,腿部沿斜向对称布置的“L’’形钢筋组成,其连接方式同L形钢筋的连接方式。抗震锚固筋的埋设位置通常应位于GRC面板虱位置的水平面上。对于幅面较大或自蕈较大的幕墙,其抗震锚固件可改用钢板锚固件。
  框架板与结构的连接是通过GRC板背面的钢框架与结构采用暗榫下托的连接方式

 

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