一种预制芯柱式自保温外墙板、连接结构及其施工方法与流程

本发明属于结构工程预制构件领域，特别是一种预制芯柱式自保温外墙板、连接结构及其施工方法。

背景技术：

装配式钢筋混凝土剪力墙是一种良好的抗侧力构件，虽然刚度大但延性相对较差；同时，装配式钢筋混凝土剪力墙自身不具备保温性能，后续施工还需做墙体保温系统，施工繁琐；并且随着时间的推移，保温层易从结构层上损坏脱落，导致建筑保温性能减弱，保温层维修耗时费工。还有，现阶段装配式钢筋混凝土剪力墙的上下连接多采用套筒灌浆连接，套筒造价高并且灌浆密实度难以保证，导致上下墙体的连接存在严重隐患。

目前，为提高装配式剪力墙连接的可靠性及施工便捷性，达到结构保温一体化的目标，有必要研究一种制作简单、安装速度快、安全可靠的装配式自保温外墙板。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种预制芯柱式自保温外墙板、连接结构及其施工方法，要解决现有装配式钢筋混凝土剪力墙存在刚度大延性差、附加保温层极易损坏脱落以及竖向采用套筒灌浆连接安全隐患严重的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种预制芯柱式自保温外墙板，包括墙体和预埋于墙体之内的墙体竖向拼接连接件，所述墙体由钢筋混凝土结构层和泡沫混凝土保温层复合而成，所述钢筋混凝土结构层包括结构层钢骨架和结构层混凝土，所述泡沫混凝土保温层的材料为泡沫混凝土，

所述结构层钢骨架包括沿墙体的高度方向通高、沿墙体的宽度方向间隔设置的一组竖向的芯柱钢筋笼，所述芯柱钢筋笼的高度不大于墙体的高度，

所述结构层钢骨架还包括沿墙体的宽度方向通长、沿墙体的高度方向分层间隔设置的一组水平钢筋，所述水平钢筋包括埋入芯柱钢筋笼前后两侧结构层混凝土内、两端均伸出墙体两侧的两道长钢筋，

所述芯柱钢筋笼的顶部预埋插入有墙体顶部连接件，所述芯柱钢筋笼的底部预埋插入有与墙体顶部连接件相配合使用的墙体底部连接件。

所述墙体顶部连接件包括顶部钢管、顶部法兰环板和顶部加劲板，

所述顶部法兰环板水平围合顶部钢管一周、位于顶部钢管的顶端，所述顶部法兰环板上沿墙体的宽度方向相对开有安装槽口，顶部法兰板上间隔均布有第一螺栓孔，所述顶部加劲板竖向焊接在顶部钢管与顶部法兰环板下侧之间、紧贴安装槽口，顶部加劲板上间隔设有一列第二螺栓孔，

所述墙体底部连接件包括底部钢管、底部法兰环板、底部上加劲板和底部下加劲板，

所述底部钢管的外径与顶部钢管的内径相适应，所述底部法兰环板水平围合底部钢管一周、与底部钢管的底端之间预留有一截安装段，底部法兰环板上间隔均布有与第一螺栓孔相配合的第三螺栓孔，所述底部上加劲板和底部下加劲板成对上下对齐设置，所述底部上加劲板竖向焊接在底部钢管与底部法兰环板的上侧之间，所述底部下加劲板竖向焊接在底部法兰环板的下侧，所述底部下加劲板的长度小于安装段的长度，底部下加劲板上间隔设有一列与第二螺栓孔相配合的第四螺栓孔，

所述底部下加劲板与底部钢管之间预留有安装缝，该安装缝的宽度与顶部钢管的壁厚相适应，所述安装槽口的宽度与底部下加劲板的厚度相适应，所述顶部钢管的管壁上对应底部下加劲板的插入位置开有插槽。

所述顶部钢管的下部插入芯柱钢筋笼的顶部中心，所述顶部钢管的上部、顶部法兰环板和设置第二螺栓孔部分的顶部加劲板露出墙板的顶部，

所述底部钢管的上部插入芯柱钢筋笼的底部中心，所述底部钢管的上部、底部法兰环板、部分的底部上加劲板和全部的底部下加劲板露出墙板的底部，

所述顶部钢管和底部钢管埋入墙体部分的表面还设有抗剪键，所述抗剪键沿钢管的长度方向间隔布置。

所述顶部加劲板沿墙板的宽度方向、在顶部钢管的两侧对称设置两块，相应的所述底部加劲上板和底部加劲下板沿墙板的宽度方向、在底部钢管的两侧也分别对称设置两块，所述安装槽口在顶部加劲板上、对应底部加劲下板的位置设置错开的两道。

所述泡沫混凝土采用强度在4mpa以上，导热系数在0.2w/(m²·k)以下的泡沫混凝土。

所述芯柱钢筋笼包括四角处的四根纵筋和沿纵筋竖向间隔设置的一组箍筋，所述水平钢筋还包括垂直并拉结两道长钢筋之间的拉结短筋。

所述钢筋混凝土结构层的表面、与泡沫混凝土保温层的结合处设置凹凸或者斜插钢筋。

所述上侧墙体的墙体底部连接件与下侧墙体的墙体顶部连接件对齐，

所述底部钢管插入顶部钢管之内，底部钢管的管壁插入安装缝内，所述底部下加劲板通过安装槽口向下插入并入插槽内，，所述第二螺栓孔和第四螺栓孔对齐并通过第二螺栓水平前后连接，所述底部下加劲板与顶部钢管的外壁焊接，所述顶部法兰环板和底部法兰环板对齐，所述第一螺栓孔和第三螺栓孔对齐并通过第一螺栓竖向上下连接。

一种预制芯柱式自保温外墙板的施工方法，包括以下施工步骤：

步骤一，按照设计尺寸制作墙体顶部连接件和墙体底部连接件；

步骤二、安装墙体的模具，并对模具进行清理后涂抹脱模剂；

步骤三、绑扎结构层钢骨架：按照设计尺寸进行芯柱钢筋笼和水平钢筋的绑扎；

步骤四、将墙体顶部连接件和墙体底部连接件在模具内的设计位置进行布置；

步骤五、在模具内浇筑结构层混凝土，然后振捣成型；

步骤六、在结构层混凝土的表面浇筑泡沫混凝土形成泡沫混凝土保温层，进行养护24小时成型脱模，自然养护达到要求后即可。

所述步骤三中，在芯柱钢筋笼内的顶部和底部的相应位置分别焊接定位十字筋，所述定位十字筋垂直于纵筋、与箍筋平行，所述定位十字筋的四个端头分别与四根纵筋焊接；

所述步骤四中，所述墙体顶部连接件和墙体底部连接件分别与定位十字筋焊接定位。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：

本发明的预制芯柱式自保温外墙板的芯柱受力明确，结合剪力墙与框架结构的共同优势，提高墙板的延性。与普通装配式剪力墙相比，这种自保温外墙板配筋量减少，延性、承载力及抗震性均有提高；同时采用新型的复合形式，自身具备保温性能。

本发明的混凝土结构层内设置芯柱和双向水平钢筋，在相邻芯柱和水平钢筋承受水平力及竖向力的作用下，结合了剪力墙与框架结构的优势，增强了墙体的延性，提高了外墙板抗震性能。

本发明的混凝土结构层和混凝土保温层具有良好的粘结强度，界面连接可靠，降低了传统三明治墙板外叶板和保温层脱落的隐患。达到了结构保温一体化的目标，减少了施工现场保温系统的工序。

本发明墙体之间的竖向连接采用方钢管进行连接，设置法兰板和加劲肋板的两道不同向的螺栓连接，在破坏力来临时使得薄弱区首先损坏；上方墙体方钢管的加劲肋板与下部墙体方钢管还进行了焊接，栓焊连接加强了节点连接的可靠性，方钢管之间的连接使得上下墙板的所有连接部分全部依靠钢结构连接节点连接，施工便捷安装迅速，并且钢构件不外漏起到了较好的保护钢材的作用。

本发明的预制芯柱式自保温外墙板有效的提升了产业化及装配化的程度，全面提高墙体的承载力、延性及抗震性能，达到结构保温一体化、实现上下墙体连接可靠、安装便捷的目标。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1是预制芯柱式自保温外墙板的整体示意图。

图2是结构层钢骨架带连接件的布置结构示意图；

图3是图1的俯视结构示意图；

图4是图1的侧视结构示意图；

图5是墙体顶部连接件的结构示意图；

图6是墙体底部连接件的结构示意图；

图7是图5和图6两个连接件的拼接示意图。

图8是连接结构上下两块墙体的竖向拼接示意图。

图9是图8的侧视结构示意图。

附图标记：1－结构层钢骨架、11－芯柱钢筋笼、111－纵筋、112－箍筋、12－水平钢筋、121－长钢筋、122－拉结短筋、2－结构层混凝土、3－泡沫混凝土保温层、4－墙体顶部连接件、41－顶部钢管、42－顶部法兰环板、43－顶部加劲板、44－安装槽口、45－第一螺栓孔、46－第二螺栓孔、47－插槽、5－墙体底部连接件、51－底部钢管、52－底部法兰环板、53－底部上加劲板、54－底部下加劲板、55－第三螺栓孔、56－第四螺栓孔、57－安装缝、6－上侧墙体、7－下侧墙体、8－第一螺栓、9－第二螺栓、10－定位十字筋。

具体实施方式

实施例参见图1、3和4所示，一种预制芯柱式自保温外墙板，包括墙体和预埋于墙体之内的墙体竖向拼接连接件，所述墙体由钢筋混凝土结构层和泡沫混凝土保温层复合而成，所述钢筋混凝土结构层包括结构层钢骨架1和结构层混凝土2，所述泡沫混凝土保温层3的材料为泡沫混凝土。本实施例中，所述泡沫混凝土采用强度在4mpa以上，导热系数在0.2w/(m²·k)以下的泡沫混凝土。

参见图2-4所示，所述结构层钢骨架1包括沿墙体的高度方向通高、沿墙体的宽度方向间隔设置的一组竖向的芯柱钢筋笼11，所述芯柱钢筋笼11的高度不大于墙体的高度。所述芯柱钢筋笼11包括四角处的四根纵筋111和沿纵筋竖向间隔设置的一组箍筋112。

所述结构层钢骨架1还包括沿墙体的宽度方向通长、沿墙体的高度方向分层间隔设置的一组水平钢筋12，所述水平钢筋12包括埋入芯柱钢筋笼前后两侧结构层混凝土内、两端均伸出墙体两侧的两道长钢筋121。所述水平钢筋11还包括垂直并拉结两道长钢筋121之间的拉结短筋122。

所述芯柱钢筋笼11的顶部预埋插入有墙体顶部连接件4，所述芯柱钢筋笼11的底部预埋插入有与墙体顶部连接件4相配合使用的墙体底部连接件5。

参见图5所示，所述墙体顶部连接件4包括顶部钢管41、顶部法兰环板42和顶部加劲板43。所述顶部法兰环板42水平围合顶部钢管41一周、位于顶部钢管41的顶端，所述顶部法兰环板42上沿墙体的宽度方向相对开有安装槽口44，顶部法兰板上间隔均布有第一螺栓孔45，所述顶部加劲板43竖向焊接在顶部钢管41与顶部法兰环板42下侧之间、紧贴安装槽口44，顶部加劲板43上间隔设有一列第二螺栓孔46。

参见图6所示，所述墙体底部连接件5包括底部钢管51、底部法兰环板52、底部上加劲板53和底部下加劲板54。所述底部钢管51的外径与顶部钢管41的内径相适应，所述底部法兰环板52水平围合底部钢管51一周、与底部钢管51的底端之间预留有一截安装段，底部法兰环板52上间隔均布有与第一螺栓孔45相配合的第三螺栓孔55，所述底部上加劲板53和底部下加劲板54成对上下对齐设置，所述底部上加劲板53竖向焊接在底部钢管51与底部法兰环板52的上侧之间，所述底部下加劲板54竖向焊接在底部法兰环板52的下侧，所述底部下加劲板54的长度小于安装段的长度，底部下加劲板54上间隔设有一列与第二螺栓孔46相配合的第四螺栓孔56。

参见图5-6所示，所述底部下加劲板54与底部钢管51之间预留有安装缝57，该安装缝57的宽度与顶部钢管41的壁厚相适应，所述安装槽口44的宽度与底部下加劲板54的厚度相适应，所述顶部钢管41的管壁上对应底部下加劲板54的插入位置开有插槽47。

本实施例中，所述顶部加劲板43沿墙板的宽度方向、在顶部钢管41的两侧对称设置两块，相应的所述底部加劲上板53和底部加劲下板54沿墙板的宽度方向、在底部钢管51的两侧也分别对称设置两块。两块顶部加劲板43在同一平面内，所述安装槽口44在顶部加劲板的位置设置错开的两道，使两块底部加劲上板也不在同一平面内，以保证顶部加劲板和底部加劲上板的贴合线位于钢管的中线上为准。

参见图1-4所示，所述顶部钢管41的下部插入芯柱钢筋笼11的顶部中心，所述顶部钢管41的上部、顶部法兰环板42和设置第二螺栓孔部分的顶部加劲板43露出墙板的顶部，所述底部钢管51的上部插入芯柱钢筋笼11的底部中心，所述底部钢管51的上部、底部法兰环板52、部分的底部上加劲板53和全部的底部下加劲板54露出墙板的底部。

所述顶部钢管41和底部钢管51埋入墙体部分的表面还设有抗剪键，所述抗剪键沿钢管的长度方向间隔布置。所述钢筋混凝土结构层的表面、与泡沫混凝土保温层的结合处设置凹凸或者斜插钢筋。

本实施例中，所述水平钢筋的分层间隔距离为100mm-200mm。所述芯柱钢筋笼的截面面积为110mm×200mm，两个芯柱钢筋笼的间隔布置距离为300mm-500mm。所述箍筋间隔距离为100mm-200mm。所述顶部钢管和底部钢管的外壁距离结构层混凝土的表面为20mm-80mm，顶部钢管和底部钢管均采用方钢管，方钢管预埋入墙体内部的长度为300mm-500mm。

所述顶部法兰环板和底部法兰环板的尺寸相等，厚度均为10mm-15mm，环板宽度为30mm-40mm，所述顶部加劲板的长度为30mm-50mm，其中预埋到墙体内部的长度为20mm-40mm，厚度为10-15mm，宽度为30mm-40mm，所述底部上加劲板与底部下加劲板的长度之和为30mm-50mm，其中底部上加劲板预埋到墙体内部的长度为20mm-40mm，厚度为10-15mm，宽度为30mm-40mm，底部下加劲板的厚度为10-15mm，宽度为30mm-40mm。

参见图7-9所示，这种预制芯柱式自保温外墙板的连接结构，包括上下连接的上侧墙体6和下侧墙体7，所述上侧墙体6的墙体底部连接件5与下侧墙体7的墙体顶部连接件4对齐。所述底部钢管51插入顶部钢管41之内，底部钢管51的管壁插入安装缝57内，所述底部下加劲板54通过安装槽口44向下插入并入插槽47内，所述第二螺栓孔46和第四螺栓孔56对齐并通过第二螺栓9水平前后连接，所述底部下加劲板54与顶部钢管41的外壁焊接，所述顶部法兰环板42和底部法兰环板52对齐，所述第一螺栓孔45和第三螺栓孔55对齐并通过第一螺栓8竖向上下连接。

这种预制芯柱式自保温外墙板的施工方法，包括以下施工步骤：

步骤一，按照设计尺寸制作墙体顶部连接件4和墙体底部连接件5。

步骤二、安装墙体的模具，并对模具进行清理后涂抹脱模剂。

步骤三、绑扎结构层钢骨架：按照设计尺寸进行芯柱钢筋笼11和水平钢筋12的绑扎，在芯柱钢筋笼11内的顶部和底部的相应位置分别焊接定位十字筋10，所述定位十字筋10垂直于纵筋111、与箍筋112平行，所述定位十字筋10的四个端头分别与四根纵筋111焊接。

步骤四、将墙体顶部连接件4和墙体底部连接件5在模具内的设计位置进行布置，所述墙体顶部连接件4和墙体底部连接件5分别与定位十字筋10焊接定位。

步骤五、在模具内浇筑结构层混凝土2，然后振捣成型。

步骤六、在结构层混凝土的表面浇筑泡沫混凝土形成泡沫混凝土保温层，进行养护24小时成型脱模，自然养护达到要求后即可。