組合式鋼筋穿陶土磚孔飾面墻施工關(guān)鍵技術(shù)

萬明禮 戴連雙 曹良卿 司永波 高寶永

中國新興建筑工程有限責任公司 北京 100009

1 工程概況

北京航天城學(xué)校新建工程項目建筑面積80 893 m2，結(jié)構(gòu)形式為框架結(jié)構(gòu)，由小學(xué)樓、中學(xué)樓、綜合樓、生活服務(wù)樓4個單體組成，小學(xué)樓、中學(xué)樓、綜合樓為4層，高度為17.7 m，生活服務(wù)樓為5層，高度為21 m。

本工程外墻設(shè)計為裝飾磚飾面墻，層間為豎向排磚，其余部位為橫向排磚，裝飾磚上、下錯位布置，采用標準磚尺寸為240 mmh 115 mmh 53 mm（中間設(shè)置有3個直徑40 mm圓孔，孔內(nèi)灌注細石混凝土）；通過在建筑外圍護墻體施工時預(yù)留拉結(jié)筋以及在混凝土構(gòu)件處植入鋼筋，連接外層裝飾磚。該方法外墻自重較大，砌體與結(jié)構(gòu)之間拉結(jié)固定不穩(wěn)固，結(jié)構(gòu)安全存在隱患；并且砌筑施工量大，圓孔內(nèi)灌注混凝土施工不易操作，密實度難以保證，尤其是豎向磚砌筑施工不方便，工效低。

為解決裝飾磚飾面墻施工技術(shù)弊端，降低外墻自重，保證結(jié)構(gòu)安全，提高工效，滿足質(zhì)量、安全、效益方面的需求，為建筑施工提供先進的施工技術(shù)，達到磚飾面墻施工質(zhì)量可靠、安全牢固、節(jié)約成本、綠色環(huán)保的目的，對裝飾磚飾面墻施工技術(shù)進行研究。

2 技術(shù)方案的研究與選擇

2.1 理論分析

方案一：通過設(shè)置豎向和橫向龍骨體系與混凝土結(jié)構(gòu)連接，將裝飾磚砌體砌筑于水平龍骨托架上，并且根據(jù)砌筑皮數(shù)設(shè)置拉結(jié)筋與結(jié)構(gòu)連接固定，陶土磚孔內(nèi)灌注混凝土增加磚體穩(wěn)定性。

方案二：借鑒陶土板幕墻施工工藝，可以通過埋件、轉(zhuǎn)接件和豎向龍骨實現(xiàn)陶土磚安裝體系與結(jié)構(gòu)固定；借鑒新型算盤的采用檔、框、梁組合形成固定結(jié)構(gòu)，上珠和下珠穿過檔的制作原理，可以通過水平次龍骨與豎向主龍骨進行連接，水平穿孔緊固角鋼、豎向穿孔鋼筋焊接形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)對磚體進行定位，陶土磚穿過鋼筋依次進行安裝；響應(yīng)裝配式的施工理念，層間豎向磚體可以變豎向為橫向在地上預(yù)制加工，成形模塊在墻上進行單元式拼裝。

經(jīng)現(xiàn)場試驗，從構(gòu)件組成、經(jīng)濟性、安全性、時間性等方面分析，因裝飾磚荷載較大，為保證結(jié)構(gòu)安全，避免整體變形，方案一要減小豎向龍骨和橫向龍骨設(shè)計間距，造成材料浪費，并且砌筑施工工效較低，浪費人工；方案二通過龍骨骨架、穿孔鋼筋實現(xiàn)了陶土磚與結(jié)構(gòu)固定，水平穿孔緊固角鋼、豎向穿孔鋼筋焊接形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了磚體緊固；豎向磚采用預(yù)制拼裝技術(shù)施工較為方便，因此選定方案二。

2.2 技術(shù)方案的研究選定

2.2.1 非標準陶土磚設(shè)計

采用230 mm長h 40 mm寬h 50 mm高非標準陶土磚，自重較輕，實現(xiàn)了減輕結(jié)構(gòu)自重目的；在陶土磚中心設(shè)置一個垂直于砌面的定位孔，在飾面磚長度方向的定位孔兩側(cè)分別設(shè)置對稱的長條形穿孔，用于穿過鋼筋。

2.2.2 鋼筋間距選定

陶土磚長度方向尺寸為230 mm，豎向灰縫寬度為10 mm，相鄰上下2排陶土磚豎向灰縫錯縫間距為120 mm，每塊陶土磚穿過2根豎向鋼筋，為保證鋼筋骨架不易變形，鋼筋間距選定為120 mm。

2.2.3 組合固定連接方法

采用膨脹螺栓將成品埋件與原結(jié)構(gòu)連接固定，轉(zhuǎn)接件與埋件之間焊接固定，豎向主龍骨與每層頂、底埋件點焊固定，最后與墻身混凝土上轉(zhuǎn)接件滿焊固定，保證豎向主龍骨與結(jié)構(gòu)進行可靠連接，水平次龍骨（角鋼托板）與豎向主龍骨連接，豎向鋼筋與水平次龍骨穿孔焊接固定，水平穿孔緊固角鋼與豎向鋼筋焊接形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)對磚體定位，陶土磚通過兩側(cè)設(shè)置的長條形穿孔依次穿過鋼筋，實現(xiàn)陶土磚與結(jié)構(gòu)連接固定。

2.2.4 層間豎向磚模塊化加工

采用鍍鋅方管、鍍鋅角鋼制作層間豎向磚模塊預(yù)制加工工具，將豎向穿孔鋼筋與穿孔鍍鋅角鋼焊接形成預(yù)制豎向模塊鋼骨架，然后將鋼骨架與加工工具固定，陶土磚通過定位孔兩側(cè)設(shè)置的長條形穿孔穿過鋼筋，橫向水平相互鋪裝以及豎向逐層穿孔安裝，完成豎向磚模塊加工。

2.2.5 層間豎向磚單元式拼裝技術(shù)

豎向模塊預(yù)制完成后，可在外立面進行拼裝，豎向模塊通過角鋼轉(zhuǎn)接件與頂、底水平次龍骨焊接固定，水平次龍骨與豎向主龍骨焊接固定，與結(jié)構(gòu)墻體形成可靠連接。通過封邊角鋼上鋼筋穿孔點將相鄰豎向模塊焊接固定。

2.2.6 橫向磚與層間豎向磚之間嵌縫

橫向磚與層間豎向磚之間采用鋁板裝飾線嵌縫。

2.2.7 防銹控制技術(shù)

陶土磚體形成閉合，陶土磚之間采用耐久耐候防水砂漿勾縫；焊接點涂刷防銹漆；層間豎向預(yù)制模塊之間采用耐久耐候防水、防霉勾縫劑進行勾縫。

3 關(guān)鍵技術(shù)原理及安全性分析

豎向主龍骨通過埋件、轉(zhuǎn)接件與結(jié)構(gòu)進行連接，水平次龍骨（角鋼托板）與豎向主龍骨連接，豎向鋼筋與水平次龍骨穿孔焊接固定，水平穿孔緊固角鋼與豎向鋼筋形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)對磚體進行定位，橫向磚通過磚孔依次穿過豎向鋼筋安裝。層間豎向磚采用模塊化預(yù)制加工，單元式拼裝施工方法，豎向模塊封邊龍骨與水平龍骨焊接固定，相鄰豎向模塊之間通過封邊龍骨焊接固定。橫向磚與層間豎向磚之間采用裝飾線嵌縫，形成整個陶土磚飾面外墻系統(tǒng)。

通過將主要受力點的埋件設(shè)置于結(jié)構(gòu)上，作為龍骨的主要受力基座，再通過主次龍骨將磚砌體荷載傳遞至結(jié)構(gòu)上，龍骨主要起到承托陶土磚體及分散受力的作用，水平穿孔緊固角鋼與豎向鋼筋形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)定位固定磚體，使陶土磚體與龍骨骨架、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)形成一體，將荷載分散傳遞至建筑結(jié)構(gòu)，保證結(jié)構(gòu)體系安全穩(wěn)固[1-2]。

該技術(shù)具有以下核心技術(shù)要點：

1）變更標準磚尺寸，創(chuàng)新采用230 mmh 40 mmh 50 mm非標準三孔陶土磚，降低外飾面墻自重，保證結(jié)構(gòu)安全。

2）改變傳統(tǒng)通過拉結(jié)筋連接內(nèi)層墻體與外層裝飾磚的施工方法；創(chuàng)新采用鋼筋穿陶土磚孔安裝，水平穿孔緊固角鋼與豎向鋼筋形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)定位加固磚體技術(shù)。

3）借鑒幕墻安裝工藝原理，主次龍骨通過埋件與結(jié)構(gòu)連接，豎向鋼筋與水平次龍骨穿孔焊接固定，陶土磚體與龍骨骨架、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)形成一體，通過結(jié)構(gòu)挑檐與水平次龍骨實現(xiàn)逐層卸荷，荷載傳遞清晰、合理，體系穩(wěn)固。

4）層間豎向磚采用模塊化預(yù)制加工，單元式拼裝方法，施工方便，綠色環(huán)保。

建立組合式鋼筋穿陶土磚飾面墻系統(tǒng)有限元模型，模型主要分為5個部分，即：混凝土梁結(jié)構(gòu)；混凝土梁內(nèi)部主筋及箍筋體系；與結(jié)構(gòu)連接主龍骨及次龍骨體系；結(jié)構(gòu)墻體；外掛陶土磚體系。具體如圖1所示。

圖1 組合式鋼筋穿陶土磚飾面墻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

外墻整體荷載為12 kN/m，計算模型每跨9 m，共計算3跨，因此梁上部總荷載為324 000 N，模型還受到重力作用，重力加速度設(shè)置為9.8 N·m/s2。

從3跨結(jié)構(gòu)的整體Mises應(yīng)力云圖（圖2）中可以看出，Mises應(yīng)力最大值為22.5 MPa，出現(xiàn)在左起第5根鋼筋底部處，遠小于鋼筋360 MPa的屈服強度，結(jié)構(gòu)安全。

圖2 結(jié)構(gòu)Mises應(yīng)力云圖

從結(jié)構(gòu)的等效塑性應(yīng)變云圖（圖3）中可以看出，等效塑性應(yīng)變云圖數(shù)值都為0，表明鋼筋沒有發(fā)生屈服，混凝土沒有達到極限強度，結(jié)構(gòu)安全。

圖3 結(jié)構(gòu)等效塑性應(yīng)變云圖

從結(jié)構(gòu)的位移云圖（圖4）中可以看出，位移主要集中于混凝土梁的每跨中部，最大位移為0.42 mm，在允許撓度范圍內(nèi)。

圖4 結(jié)構(gòu)位移云圖

4 施工操作要點

4.1 外墻磚排版設(shè)計

根據(jù)外墻立面尺寸、構(gòu)造、磚塊模數(shù)，以陽角基線為準向兩側(cè)排磚，進行整體排版設(shè)計，大墻面為橫向排磚，層間為豎向排磚，陶土磚上、下之間錯位布置。在細部排版過程中考慮洞口大小的制約，層間豎向部位磚體排版應(yīng)對不同尺寸單元模塊進行編號；非整磚部位在滿足最小灰縫寬度的前提下，可以將其中一個方向的灰縫適當進行調(diào)整，達到整齊效果。

4.2 基層處理、定位放線

結(jié)構(gòu)驗收完成后，將外墻基層上殘留的砂漿、灰塵、污垢、油漬等用砂輪機、鋼刷打磨清除干凈，在外墻挑檐及墻身混凝土上放出埋件安裝控制線。

4.3 大面墻體橫向磚安裝施工

4.3.1 埋件及轉(zhuǎn)接件安裝

埋件為成品鍍鋅鋼板（200 mmh 300 mmh 8 mm），間距為1 100 mm，轉(zhuǎn)接件為鍍鋅直角形鋼板（75 mmh 60 mmh 8 mm）；在內(nèi)層圍護結(jié)構(gòu)砌筑施工階段，通過策劃，提前布置構(gòu)造柱和水平系梁；采用膨脹螺栓（M12 mmh 120 mm）與結(jié)構(gòu)連接固定；轉(zhuǎn)接件與埋件之間焊接固定，焊接點涂刷防銹漆。

4.3.2 豎向主龍骨安裝

豎向主龍骨為鍍鋅方管（120 mmh 60 mmh 8 mm）。先將豎向主龍骨與每層頂、底埋件點焊固定，待吊線校核垂直后滿焊固定，最后與墻身混凝土上轉(zhuǎn)接件滿焊固定，焊接點涂刷防銹漆。豎向主龍骨間距為1 100 mm（圖5）。

圖5 豎向主龍骨安裝

4.3.3 外墻保溫施工

豎向主龍骨安裝完成后采用黏結(jié)砂漿黏結(jié)保溫板，保溫板用錨栓與結(jié)構(gòu)固定。

4.3.4 底層水平次龍骨安裝

底層水平次龍骨為鍍鋅角鋼（75 mmh 60 mmh 8 mm），起橫向托板作用。彈出底層水平安裝水平控制線，根據(jù)所彈控制線將底層水平次龍骨與豎向主龍骨焊接固定，焊接點涂刷防銹漆。

4.3.5 豎向穿孔鋼筋安裝

在底層水平次龍骨上測量定位豎向穿孔鋼筋（φ8 mm）的安裝位置，鋼筋間距為陶土磚孔的中心間距，將豎向穿孔鋼筋與底層水平次龍骨焊接固定，焊接點涂刷防銹漆（圖6）。

圖6 豎向穿孔鋼筋安裝

4.3.6 陶土磚安裝

豎向鋼筋焊接完成后，陶土磚通過定位孔兩側(cè)設(shè)置的長條形孔穿過鋼筋，橫向水平錯縫砌筑安裝、豎向逐層穿孔安裝，豎向鋼筋采用焊接方式接長。

陶土磚安裝時鋪漿長度不得大于3塊磚長度，隨安裝隨拉線控制水平灰縫厚度，安裝時以陶土磚長條形穿孔中砂漿飽滿溢出為止，保證砂漿擠壓密實。豎向灰縫寬度通過陶土磚中間圓形定位孔間距進行控制。磚體之間確保砂漿飽滿，采用耐候耐久防水砂漿勾縫處理。

橫向陶土磚安裝施工時，每安裝600 mm高磚體，安裝一道水平穿孔緊固角鋼（30 mmh 30 mmh 4 mm鍍鋅角鋼），與豎向鋼筋形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)定位加固磚體，并且每800 mm高安裝一道水平次龍骨（鍍鋅通長角鋼托板）與豎向主龍骨焊接固定。水平次龍骨和水平緊固角鋼孔距為豎向鋼筋間距。待陶土磚安裝至橫向磚與層間豎向磚間裝飾線部位時，焊接固定頂層水平次龍骨，切除頂層水平次龍骨上部鋼筋，將鋼筋與次龍骨焊接固定，橫向磚安裝完成（圖7）。

圖7 橫向磚安裝

4.4 層間轉(zhuǎn)換豎向磚安裝施工

4.4.1 預(yù)制加工工具制作

采用鍍鋅方管、鍍鋅角鋼制作層間豎向磚模塊預(yù)制加工工具，在豎向方管立柱上刻制出每一層陶土磚灰縫刻度線，以此來保證豎向模塊加工尺寸以及灰縫厚度。2個立柱之間的距離為模塊長度L，頂層刻度線與底座之間的距離為模塊高度H。

4.4.2 預(yù)制豎向模塊鋼骨架與加工工具固定

將豎向穿孔鋼筋與穿孔鍍鋅角鋼焊接形成預(yù)制豎向模塊鋼骨架，然后將鋼骨架與加工工具固定（圖8）。

圖8 豎向模塊鋼骨架

4.4.3 陶土磚安裝，形成預(yù)制模塊

豎向變橫向在地上預(yù)制加工，陶土磚通過定位孔穿過鋼筋砌筑安裝，安裝方式同橫向磚安裝方式。

陶土磚安裝至層間高度時，安裝上部封邊穿孔角鋼，將豎向磚預(yù)制模塊與加工工具分離，待砂漿達到一定強度后，切除外露豎向鋼筋，將豎向鋼筋與穿孔角鋼焊接固定（圖9）。

圖9 預(yù)制豎向模塊

4.4.4 單元式拼裝

豎向模塊預(yù)制完成后，在外立面進行拼裝。豎向模塊通過角鋼轉(zhuǎn)接件與頂、底水平次龍骨焊接固定。先點焊模塊底部角鋼（30 mmh 30 mmh 4 mm），對相鄰豎向模塊順直度、垂直度、平整度進行調(diào)整，確保其在同一個水平面上，調(diào)整完畢后將頂部及底部滿焊固定。相鄰豎向模塊間焊接固定，焊接點為封邊角鋼上鋼筋穿孔點（圖10）。

圖10 豎向模塊拼裝

4.5 裝飾線安裝

裝飾線橫向設(shè)置于橫向磚與層間豎向磚之間，將鋁板裝飾線與豎向模塊封邊龍骨、水平次龍骨連接固定。

4.6 打膠勾縫及清理

橫向磚與豎向磚裝飾線處采用耐久耐候密封膠密封，豎向模塊之間以及磚體之間選用耐久耐候防水、防霉勾縫劑進行勾縫，整體墻面施工完成后，進行面層清洗。

5 結(jié)語

砌塊作為外墻的裝飾材料被廣泛采用，逐漸從承重作用已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)轱椕孀饔谩Ｍㄟ^采用鋼筋穿陶土磚孔砌筑，豎向磚模塊化預(yù)制、單元式拼裝施工方法，解決了傳統(tǒng)裝飾磚飾面墻自重大、施工工效低的問題，達到與結(jié)構(gòu)連接牢固的效果，既滿足了業(yè)主對工期和質(zhì)量的需求，也滿足行業(yè)對新技術(shù)的需求，該技術(shù)質(zhì)量可靠、安全環(huán)保、工效高、綜合效益顯著，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。