本文從高性能G RC幕墻板的構(gòu)造型式入手，深入研究了不同構(gòu)造型式的力學(xué)特征。根據(jù)對材料在極限受力條件下的計(jì)算和驗(yàn)算，提出了GRC幕墻板抗彎承載力、抗剪承載力極限狀態(tài)的應(yīng)力計(jì)算公式，同時還提出了幕墻施工中錨固與連接的設(shè)計(jì)的應(yīng)力計(jì)算公式以及不同構(gòu)造型式幕墻板的建議連接方式。
　　
　　高性能G RC幕墻簡介
　　高性能GI℃幕墻是由特種裝飾層、高性能GRC層、GRC肋或鋼框架等材料復(fù)合制成。該產(chǎn)品不僅克服了傳統(tǒng)GRC制品易開裂、變形的缺點(diǎn)，尤其還具有獨(dú)特的自裝飾效果和精準(zhǔn)的形狀與幾何尺寸，是一種可與石材、玻璃等幕墻媲美的新型高檔幕墻。
　　高性能GRc幕墻具有如下特最：
　　1．造型
　　高性能GRc幕墻板采用先進(jìn)的制造技術(shù)，具有極好的易模性，可塑造出造型風(fēng)格炯異和文化特色突出的建筑產(chǎn)品，為當(dāng)前個性化建筑的發(fā)展提供了一種理想的幕墻材料。
　　2．幅面
　　高性能GRC幕墻板采用獨(dú)特的制造技術(shù)和科學(xué)合理的結(jié)構(gòu)構(gòu)造及連接設(shè)計(jì)，使之可滿足較大規(guī)格尺寸的設(shè)計(jì)要求，板幅可達(dá)20m2以上。
　　3．飾面
　　高性能GRC幕墻板通過獨(dú)特的制造技術(shù)，可制成具有傳統(tǒng)清水、彩色清水和仿石、仿木紋等多種自裝飾效果的產(chǎn)品。
　　其中，傳統(tǒng)清水型幕墻可呈現(xiàn)出斑點(diǎn)狀、冰花狀和云霧狀等多種清水效果，較采用澆注成型的普通清水混凝土相比可表現(xiàn)出更自然、更豐富、更充分的清水裝飾效果。彩色清水幕墻是我公司研發(fā)的新型清水幕墻，該產(chǎn)品與傳統(tǒng)清水幕墻相比，具有更豐富的色彩，可大大拓展清水混凝土的應(yīng)用范圍。
　　4，材性
　　高性能GRC幕墻板大量采用當(dāng)今水泥與混凝土領(lǐng)域的新材料與新技術(shù)，使之徹底解決了當(dāng)前傳統(tǒng)的GRC制品長期存在的開裂、變形等老大難問題，而且還大幅度提高了材料的強(qiáng)度、密度和耐久性。
　　
　　高性能GRC幕墻板分類
　　奇|生能幕墻板可分別按構(gòu)造、形狀、自裝飾效果及用途等進(jìn)行分類。
　　1．構(gòu)造分類
　　高性能GRC幕墻板按構(gòu)造形式不同可分為單層板、帶肋板和框架板三種。
　　(1)單層板單層板由特殊裝飾層和GRC結(jié)構(gòu)層構(gòu)成，板厚20mm一30mm。單層板的幅面較小，一般小于3m2。其中，平板可按同定規(guī)格工業(yè)化生產(chǎn)，價格低廉。同時，該產(chǎn)品采用石材背栓連接方式，易于推廣使用(詳見圖1)。
　　(2)帶肋板帶肋板是一種沿板四周邊緣和設(shè)計(jì)的受力部位布置有加強(qiáng)肋的單層板。其特點(diǎn)是板面和加強(qiáng)肋采用同一材料一次復(fù)合而成，產(chǎn)品的整體性好，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝占用空間較小且造價較低。帶肋板的幅面尺寸在6m2以內(nèi)(詳見圖2)。
　　(3)框架板框架板由板面、鋼框架和分布于板背面的“L，’形鋼筋等三部分組成。其中鋼框架起承載的作用，“L’，形鋼筋起板面和鋼框架間的連接作用。由于“L，’形鋼筋的腳部(指“L，，形的水平部分)預(yù)埋在GRC板內(nèi)，而腿部(指“L，’形的垂直部分)的上端焊接在鋼框架上，這使得GRC板與鋼框架之間的連接十分牢固，其安全度明顯優(yōu)于石材幕墻}向安裝連接。同時，這種連接形式還是一種理想的柔性連接形式，它可通過“L．’形鋼筋的擺動有效地消除GRC板面因溫濕度變形產(chǎn)生的應(yīng)力(見圖3)。
　　2．形狀分類
　　雷諾高性能幕墻板按形狀不同可分為平板、L形、U形、多面形、曲面形及其他異形等多種異形板(詳見圖4、5)。
　　3．飾面效果分類
　　高性能GRC幕墻板按飾面效果不同可分為清水板(灰色、白色、黑色及彩色清水等)、仿石板(洞石、崗石、片石、砂巖及毛石等)及其他裝飾板(仿木紋、仿銅、條紋及各種圖案花紋)等多種產(chǎn)品。
　　4．用途分類
　　高性能深餌孰釃穗猬握環(huán)同可八為室外幕墻板、室內(nèi)蒜嗜阪及吊頂板。
　　
　　高性能GRC幕墻板物理力學(xué)性能
　　l 綜合物理力學(xué)性能
　　高性能GRC幕墻板是一種以玻璃纖維增強(qiáng)的水泥基復(fù)合材料。其強(qiáng)度不僅取決于水泥基材，還取決于玻纖的含量和長度以及玻纖的分布和方向。在通常情況下，纖維呈二維亂向分布，且分布方向與板平面平行。因此，其強(qiáng)度沿板的不同方向是不同的。圖6為GRC板的強(qiáng)度與板平面之間的關(guān)系。表l為高性能GRC幕墻板的綜合物理力學(xué)|生能指標(biāo)范圍。
　　2 彎曲性能
　　由于GRC幕墻板主要承受橫力荷載，因此，在上述備項(xiàng)指標(biāo)中，抗弩陛能指標(biāo)就像混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度一樣是最基本、最重要的性能指標(biāo)。
　　GRC板的彎曲性能通常采用如圖7所示的荷載一撓度曲線來表示。加載的起始段為O―A段，即彈性區(qū)段。在該區(qū)段荷載與撓度的關(guān)系服從虎克定律。板截面的應(yīng)力與應(yīng)變均按三角形分布；申|生軸與截面形心重合，且基材與纖維共同承載。當(dāng)曲線到達(dá)A點(diǎn)時，板截面受拉區(qū)下表面基材拉應(yīng)力達(dá)到極限抗拉強(qiáng)度，受拉區(qū)與受壓區(qū)應(yīng)力仍按三角形分布(見圖8a)。
　　加荷的第2階段為A―B段，即彈塑陛區(qū)段。在該區(qū)段板截面下表面拉應(yīng)力不再隨荷載增加而增加(實(shí)際上是下降)，而應(yīng)變則仍然服從平截面假定隨荷載增加而增加，從而導(dǎo)致荷載一撓度曲線偏離伊_A直線。在這一區(qū)段，基材與纖維仍然共同承載，但板截面中性軸隨荷載增加而逐漸上移，受拉區(qū)應(yīng)力也逐漸彎曲。當(dāng)曲線到達(dá)B點(diǎn)時，板截面受拉區(qū)下表面拉應(yīng)變達(dá)到極限應(yīng)變，此時板截面處于將裂未裂狀態(tài)。
　　通常，我們將處于該狀態(tài)點(diǎn)的彎矩MB與板的抗彎截面模量w之比稱為比例極限強(qiáng)度LOP(其相應(yīng)的截面應(yīng)力分布見圖8c)。比較圖8b和圖8c，我們不難發(fā)現(xiàn)，比例極限強(qiáng)度LoP并不代表板處于將未裂狀態(tài)時截面的最大拉應(yīng)力，而只是一個名義的彎拉應(yīng)力值。
　　繼續(xù)加荷至第3階段即開裂階段，板截面受拉區(qū)出現(xiàn)開裂。在開裂處，基材退出工作，應(yīng)力傳遞給跨接在裂縫處的纖維。隨著荷截的增加，新的裂縫不斷增加，原有裂縫不斷擴(kuò)展，中性軸也隨之不斷上移，這一過程直到纖維達(dá)到最大承載力即曲線到達(dá)C點(diǎn)時，荷載達(dá)到最大值MC。通常，我們將MC與板的抗彎截面模量w之比稱為斷裂模量(或抗彎強(qiáng)度)MOR，斷裂模量仍然只是一個名義的彎拉極限強(qiáng)度值。
　　當(dāng)加荷到第4階段即破壞階段后，纖維不斷滑移或斷裂，荷載隨變形增加而不斷下降直至板斷裂或失去承載能力。即加荷結(jié)束。
　　盡管比例極限強(qiáng)度LOP與斷裂模量MOR只是兩個名義上的彎拉強(qiáng)度值，但它們卻真實(shí)地反映了GRC幕墻板在不同極限狀態(tài)時的承載能力。因此，這兩個指標(biāo)仍然是我們進(jìn)行GRC幕墻板設(shè)計(jì)時必須采用的重要強(qiáng)度指標(biāo)。
　　3 GRC幕墻板的長期力學(xué)性能
　　GRC幕墻板的長期力學(xué)性能是設(shè)計(jì)計(jì)算的重要依據(jù)。GRC幕墻板在大氣條件下，因基材中的堿對玻纖產(chǎn)生化學(xué)侵蝕導(dǎo)致其抗彎強(qiáng)度隨時間變化逐漸下降直至接近比例極限強(qiáng)度，但其比例極限強(qiáng)度則因基材隨時間變化而緩慢水化使其強(qiáng)度十分穩(wěn)定甚至有所增長。于是，我們可以得出如下假定：即GRC老化后的抗彎強(qiáng)度值不小于28天時的比例極限強(qiáng)度值。
　　上述假定十分重要，現(xiàn)已成為我們進(jìn)行GRC板極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時必須遵循的基本原則。
　　
　　GRC幕墻板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
　　1．設(shè)計(jì)原則
　　高性能GRC幕墻板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)分別計(jì)算和驗(yàn)算。
　　2．荷載和作用設(shè)計(jì)值
　　GRC幕墻作為建筑物的外圍護(hù)構(gòu)件，主要承受自重荷載、風(fēng)荷載、地震作用效應(yīng)以及溫濕度作用效應(yīng)等。由于GRC幕墻與石材幕墻的使用環(huán)境相同，因此，對應(yīng)于GRC幕墻的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)，其荷載效應(yīng)基本組合和標(biāo)準(zhǔn)組合設(shè)計(jì)值可參照國家標(biāo)準(zhǔn)《金屬與石材幕墻丁程技術(shù)規(guī)范》(JGJl33―2001)相關(guān)規(guī)定設(shè)計(jì)。這里要特別強(qiáng)調(diào)的是，由于GRC是一種較石材的孔隙率更高的親水性多孔體系，它受外界溫濕度變化產(chǎn)生的應(yīng)力往往高于石材。因此，溫濕度應(yīng)力是不容忽視的。關(guān)于GRC幕墻溫濕度應(yīng)力的計(jì)算，我國尚無相應(yīng)的規(guī)范可查，建議參考國際GRC協(xié)會(GRCA)技術(shù)委員會編制的《GRC實(shí)用設(shè)計(jì)指南》選用。
　　3．抗彎承載力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)
　　根據(jù)GRC老化后的抗彎強(qiáng)度值不小于比例極限強(qiáng)度值的基本假定和我國的相關(guān)規(guī)范，以及國際GRC協(xié)會編制的《GRC實(shí)用設(shè)計(jì)指南》。
　　
　　GRC幕墻板的錨固與連接設(shè)計(jì)
　　1 錨固
　　GRC幕墻板與錨同件的錨同必須安全可靠。因此，承載能力極限狀態(tài)的錨固力(或應(yīng)力)設(shè)計(jì)值必須小于錨固承載力或錨固強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。據(jù)此，我們可以得到各種錨固情形下的承載力極限狀態(tài)計(jì)算方法。
　　(1)錨固抗拉承載力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)對于單層板與背栓的錨固、帶肋板與予埋螺栓的錨固，框架板L形鋼筋與GRC板的錨同應(yīng)按錨同抗拉極限狀態(tài)設(shè)計(jì)。
　　2 連接
　　連接件及連接件與結(jié)構(gòu)的連接錨固必須安全可靠，其設(shè)計(jì)計(jì)算按國家相關(guān)技術(shù)規(guī)范進(jìn)行。
　　為了確保GRC幕墻不會因地震作用使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的層間位移或板自身因溫濕度應(yīng)力產(chǎn)生的變形而破壞或開裂，GRC幕墻與結(jié)構(gòu)的連接必須采用柔性連接方式。
　　
　　GRC幕墻板的構(gòu)造與連接
　　GRC幕墻板依構(gòu)造形式不同，其構(gòu)造與連接也不相同，現(xiàn)分述如下：
　　1．GIZc單層板
　　GRC單層板結(jié)構(gòu)簡單(見圖1)，厚度一般為20mm一30mm。GRC單層板采用石材背栓連接方式。
　　2．GR(帶肋板
　　GRC帶肋板的加強(qiáng)肋應(yīng)沿板的四周布置，當(dāng)板的幅面較大時，還應(yīng)在板中部布置加強(qiáng)肋(見圖2)。加強(qiáng)肋為梯形空心截面，一般壁厚為lOmm～15mm。為便于成型，梯形斜面與模板面的夾角為4So。為減小應(yīng)力集中，在縱橫肋相交處應(yīng)采用圓弧過渡。
　　GRC帶肋板與結(jié)構(gòu)的連接固定應(yīng)采用下托方式固定(因下托固定時，GRC板受壓，而f：托固定時，GRC板受拉)，典型的連接固定方式是采用如圖12、圖13所示的暗榫下托連接固定方式。
　　3．GRC框架板
　　1)GRC面板GRC面板厚度一般為lSmm，最低厚度不小于12mm；面板四周邊緣應(yīng)通過加厚邊緣和彎起邊緣來加強(qiáng)。其中，加厚邊緣最小厚度為30mm，彎起邊緣最小高度為50mm。
　　2)鋼框架鋼框架采用壁厚不小于3mm的矩形方管焊接制成，并與連接件完成全部焊接后進(jìn)行整體熱鍍鋅處理。
　　3)連接GRC面板與鋼框架采用均布的“L’’形鋼筋連接，這是一種典型的柔性連接式。
　　其中“L'’形鋼筋的“腳”部埋設(shè)在GRC面板內(nèi)側(cè)表面，而其“腿”部上端焊接到鋼框架上(圖14)；“L”形鋼筋應(yīng)沿板左右對稱布置，其腿部上端焊接在框架梁的內(nèi)側(cè)，腳部埋設(shè)在GRC板內(nèi)且趾部指向板的對稱軸線。
　　“L，’形鋼筋的直徑為口8mm，其有效作用長度滿足設(shè)計(jì)要求，埋設(shè)長度為1∞mm。
　　用于埋設(shè)L形鋼筋腿部的粘結(jié)盤尺寸為100mm x 2∞mm，厚度與板厚相等。
　　為了支撐GRC面板的自重，通常應(yīng)在板下部的全部或部分柔J陛連接點(diǎn)處增加斜向布置的“L’’形重力錨固筋。重力錨固筋連接方式與“L'，形柔性連接鋼筋的連接方式相同。
　　當(dāng)對幕墻有抗震要求時，則應(yīng)在對GRC面板沒有過度變形約束的前提下增設(shè)抗震錨固件?？拐疱^固件由一對腳部相鄰，腿部沿斜向?qū)ΨQ布置的“L’’形鋼筋組成，其連接方式同L形鋼筋的連接方式?？拐疱^固筋的埋設(shè)位置通常應(yīng)位于GRC面板虱位置的水平面上。對于幅面較大或自蕈較大的幕墻，其抗震錨固件可改用鋼板錨固件。
　　框架板與結(jié)構(gòu)的連接是通過GRC板背面的鋼框架與結(jié)構(gòu)采用暗榫下托的連接方式