建筑輕質條板隔墻推廣應用中存在的幾個問題探討

肖永華， 周 練， 唐麗娜， 李 莉

(1.宏宇科創工程設計有限公司，四川新都 610500；2.四川省建筑設計研究院、四川省建筑工業化工程技術研究中心，四川成都 610000)

2013年以來，國家先后頒布了國辦發〔2013〕1號《綠色建筑行動方案》等系列文件，將“建筑工業化、住宅產業化”作為建筑業節能減排、行業轉型升級的重要部署，將“深化墻材革新、大力發展裝配式建筑”作為建筑行業發展的重點任務。建筑隔墻作為非結構構件，是建筑的重要組成部分，隔墻革新是建筑墻材革新的重點，隔墻板材化、施工裝配化是提高建筑裝配率、推動建筑工業化、促進建筑經濟可持續發展的重要舉措。輕質條板具有輕質高強、生產工業化、產品標準化、規格模數化、施工裝配化、施工速度快、節能環保等優點，深度契合國家“節能減排”的可持續發展戰略和“深化墻材革新、建筑工業化”的建筑產業結構導向，正大規模推廣應用。據不完全統計，僅2018年僅四川省就有超過4000×104m2的建筑使用了輕質條板隔墻，預計到2020年，將有上億平方米建筑使用輕質條板隔墻。

雖然，目前建筑輕質條板隔墻正在大規模應用，但是也存在抗震安全性隱患以及墻面開裂多的難題。本文經過廣泛的實際工程調研，對目前建筑輕質條板隔墻產業化推廣應用中存在的幾個抗震關鍵問題進行梳理和探討，擬為下一步研究和改進提供思路和路徑。

1 缺乏科學合理的結構設計方法

我國是一個多地震國家，2008年以來，先后發生了汶川8.0級地震、青海玉樹7.1級地震、蘆山7.0級地震等，僅2018年我國發生地震高達542次，其中僅四川就51次，人民生命財產損失慘重。大量的地震災害調研與研究表明，建筑隔墻作為建筑房屋的重要組成部分，在地震作用下其自身的震損及其對主體結構造成的不利影響均是造成人民生命財產損失的重要原因。因此，建筑輕質條板隔墻的抗震安全性也不容忽視。

我國對于傳統的砌體填充墻在地震作用下對鋼筋混凝土結構的影響已有大量研究，JGJ 3-2010《高層建筑混凝土結構技術規程》[1]也規定了砌體填充墻-混凝土結構簡化的抗震設計方法，即通過結構自振周期的折減來考慮砌體填充墻對混凝土主體結構的抗震性能影響，并給出了不同的結構形式下的周期折減系數。而建筑輕質條板隔墻對于鋼筋混凝土結構的抗震性能影響研究甚少，對建筑輕質條板隔墻與鋼筋混凝土結構協同工作機理和抗震設計理論缺乏系統地研究，相關的抗震設計方法也尚屬空白。現行的國家標準GB/T 51231-2016《裝配式混凝土建筑技術標準》[2]仍沿用砌體填充墻的設計理念，采用周期折減方法對建筑輕質條板隔墻-鋼筋混凝土結構進行抗震設計，其安全性和合理性尚待研究。因為，建筑輕質條板隔墻無論是產品本身還是與主體結構的連接構造方式均與傳統砌體填充墻大大不同，且輕質條板隔墻的連接存在多樣化[3]，已有的研究也表明即使是同一種輕質條板，不同的連接方式也將對主體結構有不同的影響[4-5]。此外，建筑輕質條板隔墻不僅對主體結構的剛度產生影響，還對主體結構的受力形態產生影響，剛度和受力形態的影響隨著抗震工作階段不同，影響也呈現動態變化。因此，不能簡單地采用周期折減方法來考慮建筑輕質條板隔墻對主體結構的影響，且不能采用單一周期折減系數來考慮建筑輕質條板隔墻對主體結構剛度全過程影響。應系統研究建筑輕質條板隔墻-鋼筋混凝土結構協同工作機理，針對不同的輕質條板、不同的連接方式、不同的抗震工作階段，提出不同的設計方法方為適宜。

2 輕質條板隔墻抗震連接風險

輕質條板隔墻要實現抗震可靠，必須滿足三個條件：

(1)輕質條板之間連接可靠；

(2)輕質條板與主體結構之間連接可靠；

(3)考慮輕質條板隔墻影響的結構抗震計算模型與實際受力狀態一致。

2.1 輕質條板之間的連接

10J 113-1[3]《內隔墻-輕質條板》等國家現行標準中，輕質條板之間水平連接采用企口加專用砂漿連接，用意在利用企口限制墻板平面外位移，但并未對企口樣式和榫槽(頭)寬度、深度等參數做統一規定。實際工程中，企口做法多樣化、隨意化(圖1)，企口深度往往在10 mm以下，但是經廣泛的工程調研，輕質條板隔墻安裝完成后，輕質條板之間的拼縫寬度多為10 mm～15 mm不等，因此，企口無法具有限制墻板平面外位移的功能，由于拼縫處砂漿強度在地震作用下首先發生破壞，則輕質條板水平連接的平面外可靠性無法保證。因此，建議結合地震作用下輕質條板水平拼縫的抗剪性能分析，研究輕質條板企口樣式、榫槽(頭)深度、寬度以及墻板水平連接拼縫寬度等參數，并在相關產品和技術標準中做出統一規定，確保企口能真正發揮限制輕質條板平面外位移的作用。

圖1 輕質條板企口示例

2.2 輕質條板與主體結構之間的連接

JGJ/T 157-2014《建筑輕質條板隔墻技術規程》[6]等國家現行標準規定輕質條板上端采用連接件與主體結構連接，下端與主體結構連接僅采用砂漿連接，但是廣泛調研發現下端砂漿連接施工質量難以控制，且砂漿強度低，在地震作用下，砂漿連接容易發生破壞，因此，由于輕質條板水平連接的平面外可靠性無法保證，在地震作用下，輕質條板存在僅上端單邊平面外受力、發生平面外翻轉或倒塌風險(圖2)[4]，危及人民生命財產安全。

圖2 輕質條板地震作用下發生平面外翻轉

此外，實際工程中輕質條板隔墻連接方法存在多樣化，如鋼筋連接、L型鋼板卡連接、管卡連接、U型卡件連接等(圖3)，其與結構抗震設計模型是否一致、可靠性以及適用性都尚待進一步研究與考證。同時，研究發現，輕質條板采用鋼筋與主體結構連接，在地震作用下，由于鋼筋對輕質條板平面外約束弱，輕質條板易發生平面外翻轉或倒塌破壞，而非平面內破壞，對人民生命財產危害嚴重[4]。

綜上，下一步應通過專項抗震性能試驗，研究輕質條板采用不同連接方法與主體結構連接的抗震安全性，通過地震作用下輕質條板的破壞形態和破壞演化機理以及主要影響因素分析，結合工程生產實踐，提出抗震性能好、施工簡易的連接方法。

(a)鋼筋連接

(b)L型鋼板卡連接

(c)L型管卡連接

(d)U型卡件連接

2.3 連接件

要保證輕質條板隔墻的抗震安全性，輕質條板與主體結構的連接件的抗震性能也至關重要?，F行JGJ/T 157-2014《建筑輕質條板隔墻技術規程》[6]、10J 113-1《內隔墻-輕質條板》[3]中的相關規定未考慮連接件的抗震性能需求，統一規定輕質隔墻板與主體結構的連接卡件厚度不應小于1.5mm，甚至10J 113-1《內隔墻-輕質條板》[3]圖集中直接統一規定抗震卡件厚度為1.5 mm、長度為60 mm，如圖4所示，與現行JGJ 339-2015《非結構構件抗震設計規范》[7]要求在特定情況下進行抗震連接件的抗震驗算設計不匹配，存在抗震連接件性能不滿足抗震需求的風險。根據JGJ 339-2015《非結構構件抗震設計規范》[7]，對抗震設防烈度為7°、厚度為100 mm、寬度為600 mm、高度為3 m及以下的灰渣混凝土空心條板的抗震連接件進行試算，當連接件長度為150 mm時，厚度高達3.5 mm。在實際工程調研中也發現厚度為1.5 mm的連接件在施工較小的外力作用下就極易發生變形(圖5)，更談不上在地震作用下滿足抗震承載力需求。

圖4 抗震卡件

圖5 1.5 mm的連接件施工變形

因此，下一步應根據不同的連接方法，研究輕質條板隔墻的破壞模式，建立相應的計算模型，根據JGJ 339-2015《非結構構件抗震設計規范》[7]的相關規定，進行輕質條板與主體結構之間的連接件的抗震承載力驗算設計，確定抗震連接件的厚度，修訂相關標準和圖集。

3 輕質條板自身抗震性能不足

要保證條板隔墻的抗震安全性，輕質條板自身的抗震性能也至關重要。但GB/T 23451-2009《建筑用輕質隔墻條板》[8]、JG/T 169-2016《建筑隔墻用輕質條板通用技術要求》[9]、JGJ/T 157-2014《建筑輕質條板隔墻技術規程》[6]等現行相關標準中的相關規定未考慮輕質條板自身的抗震性能需求。

其中，對輕質條板抗震性能至關重要的指標“抗彎破壞荷載”，國家現行標準的規定僅與墻板厚度有關：現行GB/T 23451-2009《建筑用輕質隔墻條板》[8]和10J 113-1《內隔墻-輕質條板》[3]規定90 mm、120 mm的輕質隔墻板的抗彎破壞荷載/板自重倍數≥1.5，150 mm厚輕質隔墻板的抗彎破壞荷載/板自重倍數≥1，現行JG/T 169-2016《建筑隔墻用輕質條板通用技術要求》[9]規定厚度為90 mm(100 mm)、120 mm、150 mm的輕質隔墻板的抗彎破壞荷載/板自重倍數≥1.5，厚度為180 mm、210 mm輕質隔墻板的抗彎破壞荷載/板自重倍數≥2.0。但是，根據JGJ 339-2015《非結構構件抗震設計規范》[7]3.2.1條，在地震作用下，決定作用在輕質條板上的水平地震作用大小的因素包括：墻板厚度、墻板種類(面密度)、抗震設防烈度、墻板使用位置、墻板構成建筑空間功能等有關。而作用下墻板上的水平地震作用荷載，是產生墻板面外彎矩的主要荷載，因此現行國家標準僅僅從墻板厚度的角度規定“抗彎破壞荷載”要求，其是否滿足地震作用下抗震承載力要求尚待進一步研究考證。根據JGJ 339-2015《非結構構件抗震設計規范》[7]，對抗震設防烈度為7 °、厚度為100 mm、寬度為600 mm、高度為3 m及以下的灰渣混凝土空心條板進行抗震承載力需求試算，結果是為了滿足抗震承載力需求，其抗彎破壞荷載/板自重倍數應不低于2.4倍。同時，從以上規定還會發現國家現行各標準對厚度大于等于150 mm的輕質條板，存在“抗彎破壞荷載”規定不一致的現象。

下一步，應根據國家現行JGJ 339《非結構構件抗震設計規范》[7]，對不同種類、不同抗震設防烈度、不同建筑空間功能的輕質條板的抗震承載力需求進行系統分析，修訂輕質條板產品標準中關于“抗彎破壞荷載”的相關規定，保證墻板自身的抗震性能。此外，還應重視墻板與主體結構連接處，墻板局部承壓、應力集中，墻板局部受壓承載力是否滿足要求的問題。

4 結束語

本文針對目前輕質條板隔墻產業化應用現狀，提出一下抗震關鍵問題，探討了下一步研究與改進路徑：

(1)輕質條板性能及連接方法與傳統砌體不同，對主體結構的影響不同，目前缺乏條板隔墻對鋼筋混凝土結構抗震性能影響的系統研究，對其協同工作機理認識不足，仍沿用砌體填充墻中的剛度折減法進行設計，其安全性和合理性尚待研究，應根據輕質條板及連接方法的特性，提出輕質條板—鋼筋混凝土結構適宜的設計方法。

(2)國家現行標準和圖集中，輕質條板隔墻的連接構造做法依據不夠充分；實際工程中，輕質條板隔墻的連接構造做法隨意化，多樣化，存在抗震安全性風險，應進一步研究不同的連接方法對輕質條板隔墻抗震性能的影響，提出抗震性能好、生產施工便捷的連接方法和構造措施。

(3)國家現行標準和圖集中對輕質條板自身及其與主體結構的連接件性能的相關規定未考慮抗震性能需求，存在輕質條板產品及其抗震連接件產品性能不滿抗震要求的風險，下一步應對輕質條板自身及其與主體結構的連接件進行抗震性能分析與設計，修訂相關標準。