新型预制混凝土夹心保温墙体连接件体系及其设计方法与流程

本发明涉及土木工程结构被动式超低能耗建筑外墙保温隔热系统技术领域，特别涉及一种新型预制混凝土夹心保温墙体连接件体系及其设计方法。

背景技术：

近年来，随着城市化进程的不断推进，建筑能耗在社会总能耗中的占比也不断加大。为实现可持续发展战略，降低建筑能耗，国家大力提倡绿色建筑，推动被动式超低能耗建筑的发展。被动式超低能耗建筑对建筑外墙保温隔热性能有更高的要求。其中，由于内保温、外保温墙体存在各类问题，使用和发展受到局限。夹心保温墙体兼顾承重、围护和保温功能，同时具有防火和抗腐蚀的特点，成为日后发展的一大趋势。

在夹心保温墙体中，连接件传递内、外叶板之间的拉、压力和剪切力，控制内、外叶板之间的相对变形，并且对保温隔热性能也有一定要求。其中，金属材料制成的连接件导热性强，应用于夹心保温墙体中会产生冷(热)桥，严重影响墙体的保温隔热效果。高强尼龙、塑料等材料制成的连接件防火和抗腐蚀性能较差，且容易出现老化和塑性疲劳等问题。这两种材料的连接件目前均很少使用。以frp(纤维增强复合材料)为代表的高强复合材料，具有轻质高强(材料密度约为钢材的1/4，顺纤维拉伸强度可达到钢材的3～4倍)、低导热性(导热系数只有钢材的几十到几百分之一)、高耐久性和抗腐蚀性等特点。frp材料制成的连接件，具有很高的承载力，不会在墙板内产生冷(热)桥，确保墙板具有优良的保温隔热性能，并且耐久性良好，可实现与墙板结构的同寿命。

目前，frp连接件在国内外已经有了一些研究和应用。目前市面上主流的frp连接件，可按形状划分为格构式、棒状和片状连接件。格构式连接件构造复杂，施工难度大，且在温度荷载下容易出现外叶板开裂等问题。棒状和片状连接件截面较小，抗弯刚度低，难以承受较大的剪力，且会产生很大的变形。当保温层较厚时，变形会更加严重，因此此类连接件一般只应用于50-120mm保温层厚度的墙体。并且，这类连接件的设计方法通常为“均匀布置、整体设计”的简易设计方法，即认为每个连接件均匀分担一部分面积墙板上的剪力和轴向力。所以只需计算墙板整体所受荷载和连接件间距，即可确定每个连接件的设计荷载。而这种连接件抗剪性能远弱于其轴向受力性能，需布置很多的连接件才能勉强满足整个墙板的面内抗剪承载力，此时会导致轴向受力具有非常大的安全冗余，连接件使用非常不经济。并且，当连接件布置过密时，会导致在温度荷载下外叶板产生过大的约束内力，进而开裂的问题。因此这种设计方法存在局限性和不足。

从我国发展国情来看，若要实现被动式超低能耗建筑的在北方寒冷地区的发展和推广，保温层厚度需达到120mm以上。目前传统的棒状、片状连接件的力学性能很难满足条件，且设计方法存在种种问题。格构式连接件由于施工难度大，容易出现外叶板开裂等问题，同样不适用。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种新型预制混凝土夹心保温墙体连接件体系，该体系可以控制夹心保温墙板在正常使用极限状态下的变形，确保在承载力极限状态下的安全。

本发明的另一个目的在于提出一种新型预制混凝土夹心保温墙体连接件体系设计方法。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种新型预制混凝土夹心保温墙体连接件体系，包括：承力连接件体系，所述承力连接件体系包括满足目标抗剪刚度和抗剪承载力的多个承力连接件，用于承受剪切荷载；限位连接件体系，所述限位连接件体系包括满足目标轴向受力性能的多个限位连接件，用于承受轴向荷载；其中，每个承力连接件和限位连接件的设计荷载、连接件数量、连接件位置根据墙板的设计参数、所需刚度和承载力设计得到。

本发明实施例的新型预制混凝土夹心保温墙体连接件体系，每个连接件荷载分配合理，不会出现明显的受力薄弱区域和过大的安全冗余，兼顾了经济性和安全性，采用此连接件体系，可以应用于50～500mm保温层厚度的夹心保温墙体，克服了目前连接件大多只适用于墙体保温层厚度120mm以下这一弊端，有利于被动式超低能耗建筑在北方寒冷地区的应用与推广。

另外，根据本发明上述实施例的新型预制混凝土夹心保温墙体连接件体系还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述多个承力连接件的每个承力连接件和所述多个限位连接件的每个限位连接件在截面形状、尺寸、端部锚固设置方式和力学性能中的一项或多项存在不同。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述多个承力连接件的每个承力连接件和所述多个限位连接件的每个限位连接件采用玻璃纤维增强复合材料材料、芳纶纤维增强复合材料、碳纤维复合材料或玄武岩纤维增强复合材料。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述多个承力连接件的每个承力连接件采用frp型材截面，其中，所述frp型材截面包括工字型形状、槽型形状和h型形状。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述多个限位连接件的每个限位连接件采用一字型形状或十字型形状。

进一步地，在本发明的一个实施例中，在所述frp型材截面的腹板和翼缘处设置预设的±45°和0/90°多轴向布。

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：在各承力连接件的端部设置预设数量的孔洞。

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：插入所述腹板中孔洞的第一附加锚固筋和插入翼缘处孔洞的第二附加锚固筋，且附加锚固筋贯穿上下翼缘。

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：设置于所述各限位连接件端部各边肋上的至少两个槽口，位于所述各连接件的两端。

为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种新型预制混凝土夹心保温墙体连接件体系设计方法，包括以下步骤：确定墙板整体设计参数；根据所述设计参数，分别获取正常使用极限状态和承载力极限状态的荷载组合；根据墙板所需刚度和目标承载力确定承力连接件的多个承力连接件与限位连接件的限位连接件的连接件数量；根据所述连接件数量和构造要求确定连接件位置；通过荷载分配方法获取各连接件的设计荷载，并验算后，得到设计成型的预制混凝土夹心保温墙体连接件体系。

本发明实施例的新型预制混凝土夹心保温墙体连接件体系设计方法，每个连接件荷载分配合理，不会出现明显的受力薄弱区域和过大的安全冗余，兼顾了经济性和安全性，采用此连接件体系，可以应用于50～500mm保温层厚度的夹心保温墙体，克服了目前连接件大多只适用于墙体保温层厚度120mm以下这一弊端，有利于被动式超低能耗建筑在北方寒冷地区的应用与推广。

另外，根据本发明上述实施例的新型预制混凝土夹心保温墙体连接件体系设计方法还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，分别计算每个承力连接件和每个限位连接件的设计荷载，所述设计荷载的分配方法包括：对于墙板面内剪力，所述墙板面内剪力完全由承力连接件承担，其中，根据墙板无限刚性假设，剪力按照承力连接件抗弯刚度的比例和墙板整体力矩平衡的原则进行分配；对于墙板面外荷载，所述墙板面外荷载由承力连接件和限位连接件共同承担，其中，根据连接件的轴向刚度、间距和边距中的一种或多种参数确定连接件的控制面积，以确定连接件轴向设计荷载；对于墙板温度梯度荷载，所述墙板温度梯度荷载由限位连接件承担，其中，采用双向条带法对每个条带按照连续梁进行计算、再进行叠加。

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括如下构造要求：等间距排布限位连接件；和/或，对设计荷载较大处的限位连接件进行局部加密；和/或，使得连接件的边距和间距满足设计条件。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的新型预制混凝土夹心保温墙体连接件体系的结构示意图；

图2为根据本发明实施例的新型预制混凝土夹心保温墙体连接件体系的布置示例图；

图3为根据本发明实施例的外叶板面内荷载分配方法示意图；

图4为根据本发明实施例的外叶板面外荷载分配方法示意图；

图5为根据本发明实施例的温度梯度荷载分配方法示意图；

图6为根据本发明实施例的新型预制混凝土夹心保温墙体连接件体系需满足的几点构造措施示意图；

图7为根据本发明实施例的新型预制混凝土夹心保温墙体连接件体系设计方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的新型预制混凝土夹心保温墙体连接件体系及其设计方法，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的新型预制混凝土夹心保温墙体连接件体系。

图1是本发明一个实施例的新型预制混凝土夹心保温墙体连接件体系的结构示意图。

如图1所示，该新型预制混凝土夹心保温墙体连接件体系100包括：承力连接件体系110和限位连接件体系120。

其中，承力连接件体系110包括满足目标抗剪刚度和抗剪承载力的多个承力连接件，用于承受剪切荷载。限位连接件体系120包括满足目标轴向受力性能的多个限位连接件，用于承受轴向荷载。其中，每个承力连接件和限位连接件的设计荷载、连接件数量和位置根据墙板的设计参数、所需刚度和目标承载力得到。本发明实施例的连接件体系100可以控制夹心保温墙板在正常使用极限状态下的变形，确保在承载力极限状态下的安全。

可以理解的是，承力连接件体系110具有较高的抗剪刚度和抗剪承载力，在本发明实施例的连接件体系100中主要承受剪切荷载，限位连接件体系120具有较低的剪切受力性能，但具有较高的轴向受力性能，在本发明实施例的连接件体系100中主要承受轴向荷载。具体地，承力连接件体系110和限位连接件体系120，两种连接件在墙体中组合使用，依据不同的力学性能，在本发明实施例的连接件体系100中分别主要承受剪力和轴向荷载。各连接件在本发明实施例的连接件体系100中按一定规则进行受力分配，而非传统的“均匀布置、整体设计”的简化计算方法。同时，本发明实施例提出了几点整体构造要求及布置原则，以确保墙板受力合理。其中，整体构造要求及布置原则将在下面进行详细介绍。

进一步地，在本发明的一个实施例中，多个承力连接件的每个承力连接件和多个限位连接件的每个限位连接件在截面形状、尺寸、端部锚固设置方式和力学性能中的一项或多项存在不同，且多个承力连接件的每个承力连接件和多个限位连接件的每个限位连接件可以采用玻璃纤维增强复合材料材料、芳纶纤维增强复合材料、碳纤维复合材料或玄武岩纤维增强复合材料。

下面将对承力连接件体系110和限位连接件体系120分别进行详细介绍。

进一步地，在本发明的一个实施例中，多个承力连接件的每个承力连接件采用frp型材截面，其中，frp型材截面包括工字型形状、槽型形状和h型形状，且在frp型材截面的腹板和翼缘处设置预设的±45°和0/90°多轴向布，并在各连接件的端部设置预设数量的孔洞，以及插入腹板中孔洞的第一附加锚固筋和插入翼缘处孔洞的第二附加锚固筋，且附加锚固筋贯穿上下翼缘。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际情况进行设置孔洞的数量，在此不做具体限定。

具体而言，超低能耗建筑夹心保温墙体承力连接件体系110，具有如下特征：

(1)采用纤维增强复合材料，如玻璃纤维增强复合材料(gfrp)、芳纶纤维增强复合材料(afrp)、碳纤维复合材料(cfrp)或玄武岩纤维增强复合材料(bfrp)，以环氧树脂或乙烯基树脂等为基体，设计成工字型、槽型、h型等截面形状，采用拉挤、缠绕、手糊、模塑等工艺制成。

(2)为提高承力连接件的抗剪能力，在型材截面的腹板和翼缘处加入适量±45°和0/90°多轴向布。

(3)在连接件端部设置一定数量的孔洞。

(4)腹板中孔洞分别插入附加锚固筋，翼缘处的孔洞应插入附加锚固筋，并贯穿上下翼缘。

(5)连接件与混凝土的锚固方式是：先将连接件放置于墙板指定位置，将翼缘处的两排附加锚固筋，分别放置于墙板分布筋上下两侧，此时若安装正确，两排附加锚固筋应距离分布筋只有约几毫米的距离，将附加锚固筋分别与分布筋进行绑扎连接。从翼缘处插入的附加锚固筋应与另一方向的墙板分布筋贴合，将附加锚固筋分别与分布筋进行绑扎连接。最后浇筑混凝土，即实现了锚固。

(6)这种连接件相比与传统的连接件，具有更高的抗剪刚度和抗剪承载力。

举例而言，如图1所示，承力连接件体系110包括：纤维增强复合材料连接件主体1、连接件端部设置的孔洞2以及孔洞中插入的附加锚固筋，附加锚固筋包括第一附加锚固筋3、第二附加锚固筋4和第三附加锚固筋5。

其中，连接件主体1由frp材料，通过拉挤成型工艺制成，图1中所示截面为工字型，也可以设置为槽型、h型等。为提高连接件的抗剪性能，在截面中需放置一定比例的±45°及0/90°多轴向布。在连接件两端部对称打孔2，其中，在翼缘中设置2排孔洞，比如有，每排孔洞可以包括2个孔洞；在腹板1排孔洞，比如，1排孔洞可以包括3个孔洞。

上下翼缘的孔洞应对齐，然后插入第一附加锚固筋3、第二附加锚固筋4和第三附加锚固筋5，并且为实现连接件与墙板混凝土之间的锚固，将从翼缘处插入的第一附加锚固筋3、第二附加锚固筋4分别放置于墙板分布筋的上下两侧，并分别与分布筋绑扎连接；将从腹板插入的第三附加锚固筋5贴近墙板另一方向的分布筋，并与分布筋绑扎连接。最后浇筑混凝土，受力时，连接件将力通过附加锚固筋传递到混凝土和分布筋中，实现锚固。

上述为承力连接件体系110的介绍，下面将对限位连接件体系120进行详细介绍。

进一步地，在本发明的一个实施例中，多个限位连接件的每个限位连接件采用一字型形状或十字型形状，并设置于各连接件端部各边肋上的至少两个槽口，位于各连接件的两端。

具体而言，超低能耗建筑夹心保温墙体限位连接件体系120，具有如下特征：

(1)采用纤维增强复合材料，如玻璃纤维增强复合材料(gfrp)、芳纶纤维增强复合材料(afrp)、碳纤维复合材料(cfrp)或玄武岩纤维增强复合材料(bfrp)，以环氧树脂或乙烯基树脂等为基体，设计成一字型、十字型等截面形状，采用拉挤、缠绕、手糊、模塑等工艺制成。

(2)连接件端部各边肋上，均设置有至少两个槽口，位于连接件两端。

(3)此类连接件与混凝土的锚固方式是：连接件端部插入混凝土中，混凝土回流进入楔槽。待混凝土凝固之后，当连接件受力时，力通过楔槽挤压混凝土，传递到混凝土中，实现锚固作用。

(4)这种连接件截面较小，抗剪刚度和抗剪承载力均很小，但有相对较大的轴向承载力。

举例而言，如图1所示，限位连接件体系120包括：十字型限位连接件主体6和两端的槽口7。

其中，十字型限位连接件主体6由frp材料，经过拉挤成型工艺制成。两端的槽口7在十字型的四条边肋上分别设置，距端部10mm，槽口长度30mm，深度8mm，采用雕刻机切削而成。限位连接件插入混凝土中，受力时，槽口会挤压混凝土，从而将力传递至混凝土中。限位连接件120的截面可设置为图中所示的十字型，也可设置为一字型，每条边肋上槽口的数量可为一个或多个，但连接件两端槽口布置需保持对称。

需要说明的是，本发明实施例的连接件体系100，由承力连接件体系110和限位连接件体系120这两类连接件共同组合构成。在传统连接件布置方法，大多是仅有一种连接件，按一定间距均匀布置，认为每个连接件受力均相同。这种布置方法的好处是计算非常简单，但没有考虑不同方向荷载的特点和区别，导致在抗轴向力上，具有很大的安全冗余，而在抗剪切力方面，安全裕度不够。

然而，本发明实施例的连接件体系100充分考虑了不同方向荷载的区别，利用两种连接件在不同方向受力性能的优势，取长补短，确保各个连接件均能发挥其最优的受力模式。其中，承力连接件体系110作为主要的抗剪力构件，在墙板中成对布置，数量较少；限位连接件体系120作为主要的抗轴力构件，在墙板中按一定间距均匀布置，数量较多。这种布置方法同时满足经济性和安全性的要求。

进一步而言，本发明实施例的连接件体系100由多种不同类型的连接件形成体系，在同一片墙体中配合使用，协同工作。不同类型的连接件，其截面形状、尺寸、端部锚固设置方法和力学性能等均不相同，且体系100内各连接件受力情况依据设计方法单独计算。因此，与之相匹配地，本发明实施例提出了一种基于刚度和承载力的新型连接件体系设计方法，并且提出了与设计方法相对应的单个连接件设计荷载确定方法以及墙板的整体构造要求。

具体地，在本发明实施的连接件体系100中，由于没有采用传统的“均匀布置，整体设计”的简化设计方法，所以在设计过程中需依据一些原则，分别确定各个连接件的各方向设计荷载。荷载分配方法如下：

(1)外叶板面内荷载

外叶板面内荷载通过连接件传递至内叶板中，连接件需承受剪力及其产生的弯矩。由于承力连接件的抗弯刚度远大于限位连接件，可认为所有的剪力均由承力连接件承担。因为考虑到墙板在各类荷载下会受双向剪力作用，所以在两个方向都会布置承力连接件。在墙板无限刚性假设下，承力连接件挠度均相同，所有两个方向的承力连接件的剪力按照抗弯刚度进行分配。

同时，单独考虑外叶板的受力平衡，外叶板在平衡力系的作用下，应满足力矩平衡。可认为外叶板自重和地震作用力的合力是过外叶板墙体重心的。因此需满足平衡关系：竖向抗剪连接件所承受的剪力，对重心的合力矩为0。所以面内剪力分配依据下式：

其中，fq是墙板所受剪力，1～n1为左侧竖向承力连接件编号，n1+1～n1+n2为右侧竖向承力连接件编号，n1+n2+1～n1+n2+n3为横向承力连接件编号，ks-vs为承力连接件强轴抗剪刚度，ks-hs为承力连接件弱轴抗剪刚度。

此式的物理含义是：(1)公式第一行表示：墙板的所有剪力均由承力连接件承担。(2)公式第二行表示：连接件体系100中，所有弱轴抗剪的试件，也会承担一定的剪力，按照连接件体系100的抗剪刚度来分配，且近似假设所有弱轴抗剪试件分配到的剪力均相同。(3)公式第三行表示：连接件体系100中的竖向抗剪连接件，荷载的荷载的分配需满足对墙板重心所在轴取矩为0，即：在这些力作用下，外叶板不会以重心为中心发生扭转。(4)公式第四和第五行表示：当墙板较大或荷载较高时，每侧可能需要不止一个承力连接件。此时假设同侧的承力连接件所分担到的剪力均相同。

(2)外叶板面外荷载

此部分荷载认为由承力连接件和限位连接件共同承担。将连接件视为外叶板的铰支座，连接件抵抗的拉(压)力即为在外荷载下的支座反力。其支座反力和该支座与相邻支座的间距有关，即每个支座有一定的“控制面积”，支座承担其控制面积内外叶板的面外荷载。因为承力连接件锚固效果强于限位连接件，且轴向刚度更大，所以理论上分配到的拉(压)力大于限位连接件。所以在计算时近似将其分配面积放大50％，以偏于保守。

(3)温度梯度荷载

突然的温度变化(升温、降温)可能导致外叶板内、外表面出现温差，在外叶板内沿厚度方向产生温度梯度，从而造成混凝土外叶板的弯曲。这种弯曲的趋势受到连接件的约束，从而对连接件造成反力。

其计算方法是采用“双向条带法”。将连接件视为铰支座，墙板按连接件位置划分横竖条带，每个条带按照连续梁在温度梯度荷载下的受力状态进行计算，得到各条带中支座的反力，再将两方向条带进行叠加，得到各支座的总荷载。

下面将通过具体实施例对新型预制混凝土夹心保温墙体连接件体系100进行进一步说明。

如图2所示，应用本发明实施例的连接件体系100的夹心保温墙体，其特征在于，包括：外叶板8，与外叶板外边缘平齐的保温层9，内叶板10，门窗洞11，承力连接件体系110和限位连接件体系120。其中，外叶板8、内叶板10和门窗洞11尺寸均是根据实际工程设计要求而定，且门窗洞11不是必需的。图中承力连接件体系110和限位连接件体系120组成了连接件体系100。可以看出，承力连接件体系110在水平、竖直两方向均有布置，是因为在计算墙板设计荷载时，两方向均有剪力。承力连接件数量根据墙板剪力大小和承力连接件的抗剪能力综合计算得到。承力连接件个数应是2的倍数，以确保可对称布置。限位连接件体系120根据墙板面外荷载大小，在墙板中按照一定间距均匀布置。承力连接件和限位连接件分别在墙板中主要承受面内荷载和面外荷载。

如图3所示的连接件体系100的系荷载确定方法之“外叶板面内荷载分配方法”。其中，以竖向剪力为例：

首先，假设外叶板在面内具有无限大的刚度，即，当外叶板受到一个面内荷载时，整个板会发生一个刚体位移，而不会发生弯曲等其它变形。因此，所有连接件与外叶板锚固的那一端，产生的挠度均相等。由于承力连接件的抗弯刚度远大于限位连接件，可认为所有的剪力均由承力连接件承担。因为考虑到墙板受双向剪力作用，在两个方向都会布置承力连接件体系110，包括第一承力连接件12、第二承力连接件13和第三承力连接件14。在墙板无限刚性假设下，承力连接件挠度均相同，所有两个方向的第一至第三承力连接件的剪力按照抗弯刚度进行分配。同时，单独考虑外叶板的受力平衡，外叶板在平衡力系的作用下，应满足力矩平衡。可认为外叶板自重和地震作用力的合力是过外叶板墙体重心的，因此需满足平衡关系：竖向抗剪连接件(即第一承力连接件12和第二承力连接件13)所承受的剪力，对重心的合力矩为0。所以面内剪力分配依据下式：

其中，fq是墙板所受剪力，1～n1为左侧竖向第一承力连接件12编号，n1+1～n1+n2为右侧竖向第二承力连接件13编号，n1+n2+1～n1+n2+n3为横向第三承力连接件14编号，ks-vs为承力连接件强轴抗剪刚度，ks-hs为承力连接件弱轴抗剪刚度。

此式的物理含义是：(1)公式第一行表示：墙板的所有剪力均由第一承力连接件12和第二承力连接件13承担。(2)公式第二行表示：连接件体系100中，所有弱轴抗剪的试件(即第三承力连接件14)，也会承担一定的剪力，按照连接件体系100的抗剪刚度来分配，且近似假设所有弱轴抗剪试件分配到的剪力均相同。(3)公式第三行表示：连接件体系100中的竖向抗剪连接件(即第一承力连接件12和第二承力连接件13)，荷载的荷载的分配需满足对墙板重心所在轴取矩为0，即：在这些力作用下，外叶板不会以重心为中心发生扭转。(4)公式第四和第五行表示：当墙板较大或荷载较高时，每侧可能需要不止一个承力连接件。此时假设同侧的承力连接件所分担到的剪力均相同。

如图4所示，连接件体系100的荷载确定方法之“外叶板面外荷载分配方法”。此部分荷载认为由承力连接件和限位连接件共同承担。将连接件视为外叶板的铰支座，连接件抵抗的拉(压)力即为在外荷载下的支座反力。其支座反力和该支座与相邻支座的间距有关，即每个支座有一定的“控制面积”，如图中虚线所示范围内面积。支座承担其控制面积内外叶板的面外荷载。因为承力连接件锚固效果强于限位连接件，且刚度更大，所以分配到的拉、压力会大于限位连接件。因此，可按照在计算分配面积时长度增大50％进行修正，即虚线向旁边的非承力连接件偏移50％的距离。

如图5所示，连接件体系100的荷载确定方法之“外叶板温度梯度荷载分配方法”，计算过程是采用“双向条带法”。将连接件视为铰支座，首先将外叶板按照连接件间距，划分出横向15和竖向16的条带状区域。对于每一个条带，由于上下表面有温差，在温度梯度作用下，会发生弯曲。每个条带按照连续梁在温度梯度荷载下的受力状态进行计算，得到各条带中支座的反力，再将两方向条带(即第一条带15和第二条带16)进行叠加，得到各支座的总荷载。

图6介绍了本发明实施例的连接件体系100所需满足的构造措施“在荷载较大处限位连接件应局部加密”。由于门窗洞的存在，导致外叶板刚度不连续。在承受荷载时，容易出现某些区域的受力集中。通常受力集中会出现在门窗洞的四个角部区域。这部分区域的连接件受力会有所增大。因此，有必要在这一部分区域内，对连接件进行局部加密，比如设置双限位连接件组等。

综上，本发明实施例解决了目前夹心保温墙体连接件体系及设计方法无法适用于较长保温层厚度、从而制约国家被动式超低能耗建筑发展的问题，本发明实施例的连接件体系组成简单、设计思路清晰、可以进行工业化生产的新型被动式超低能耗建筑夹心保温墙体连接件组件，能够应用于北方地区较厚保温层的夹心保温墙体中。因此，与之相配套的，本发明实施例提出了应用此连接件体系的夹心保温墙体连接件布置设计流程，并在在该设计流程中，提出了各种类型连接件在墙板各向荷载下的荷载分配方法，以及需要满足的一些墙板整体构造要求，以确保墙板受力分布合理。该流程基于连接件强度和刚度进行设计，可充分考虑规范要求的各类荷载条件。

另外，本发明实施例的连接件体系具有以下优势：

(1)工业化生产效率高，连接件体系施工便捷，质量可控性强。新型预制混凝土夹心保温墙体连接件体系所需的全套产品均可由工厂流水线作业得到，可实现生产的机械化控制，生产工序少、效率高、品控优良，适合大规模生产及推广。

(2)墙板传力明确，各连接件荷载分配合理。该连接件体系由两类力学性能有显著差异的连接件构成，分别主要用于承担两个方向的荷载。荷载分配方法充分考虑了不同连接件力学性能特点，从力学和物理学角度分析均十分合理。所提出的几点构造措施，确保了墙板整体受力分布均匀。基于此连接件体系提出的设计方法，思路清晰，过程简便，具有很强的可操作性。

(3)本发明实施例的连接件体系适用性广。传统的夹心保温墙体连接件体系仅由一种连接件采用均匀布置的方法构成，这种连接件由于抗剪性能较差，所以仅适用于120mm以下的夹心保温墙体。若想通过大量布置连接件以满足墙板整体抗剪要求，则一方面会导致在温度荷载下墙板易开裂，另一方面这种布置方法也十分不经济。本发明实施例的连接件体系可适用于保温层厚度50～500mm的夹心保温墙体，可以解决目前在北方寒冷地区，由于没有合适的连接件，导致墙体保温层无法一定厚度，导致保温效果不好的问题。对于推广被动式超低能耗建筑具有积极意义。

根据本发明实施例提出的新型预制混凝土夹心保温墙体连接件体系，每个连接件荷载分配合理，不会出现明显的受力薄弱区域和过大的安全冗余，兼顾了经济性和安全性，采用此连接件体系，可以应用于50～500mm保温层厚度的夹心保温墙体，克服了目前连接件大多只适用于墙体保温层厚度120mm以下这一弊端，有利于被动式超低能耗建筑在北方寒冷地区的应用与推广。

其次参照附图描述根据本发明实施例提出的新型预制混凝土夹心保温墙体连接件体系设计方法。

图7是本发明一个实施例的新型预制混凝土夹心保温墙体连接件体系设计方法的流程图。

如图7所示，该新型预制混凝土夹心保温墙体连接件体系设计方法包括以下步骤：

在步骤s701中，确定墙板整体设计参数。

可以理解的是，确定设计参数包括：确定墙板尺寸、门窗洞尺寸等几何尺寸，风荷载各项系数、地震作用参数等力学参数。

在步骤s702中，根据设计参数，分别获取正常使用极限状态和承载力极限状态的荷载组合。

可以理解的是，计算荷载组合包括：计算正常使用极限状态和承载力极限状态下的荷载设计值。

进一步地，在本发明的一个实施例中，分别计算每个承力连接件和每个限位连接件的设计荷载，所述设计荷载的分配方法包括：对于墙板面内剪力，墙板面内剪力完全由承力连接件承担，其中，根据墙板无限刚性假设，承力连接件的剪力按照抗弯刚度和墙板整体力矩平衡的方式进行分配；对于墙板面外荷载，墙板面外荷载所述墙板面外荷载由承力连接件和限位连接件共同承担，其中，根据连接件的轴向刚度、间距和边距中的一种或多种参数确定连接件的控制面积，以确定连接件轴向设计荷载；对于墙板温度梯度荷载，所述墙板温度梯度荷载由限位连接件承担，其中，采用双向条带法对每个条带按照连续梁进行计算、再进行叠加。

可以理解的是，对其中的每个承力连接件和限位连接件，需要分别计算其设计荷载。设计荷载的分配方法为：(1)对外叶板面内荷载，认为完全由承力连接件承担，根据墙板无限刚性假设，承力连接件的剪力按照抗弯刚度和墙板整体力矩平衡的方式进行分配；(2)对外叶板面外荷载，认为由承力连接件和限位连接件共同承担。根据连接件的轴向刚度、间距、边距等参数，确定连接件的“控制面积”，进而确定连接件轴向设计荷载；(3)对温度梯度荷载，认为由限位连接件承担，采用双向条带法，每个条带按照连续梁进行计算，再进行叠加。

需要说明的是，关于设计荷载的分配方法已经在上述实施例进行了详细描述，为避免冗余，不再赘述。

在步骤s703中，根据墙板所需刚度和目标承载力确定承力连接件的多个承力连接件与限位连接件的限位连接件的连接件数量。

可以理解的是，计算相关力学参数，确定连接件数量包括：依据已知的连接件力学指标(刚度、承载力)，确定竖向和横向承力连接件的数量，以满足正常使用极限状态，承载力保留两倍以上安全裕度。确定限位连接件数量及间距。

在步骤s704中，根据连接件数量和构造要求确定连接件位置。

可以理解的是，布置连接件位置包括：首先确定外叶板重心位置，作为布置连接件位置的基准。然后按照相关构造措施和原则，对连接件进行布置。

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：等间距排布限位连接件；和/或，对设计荷载较大处的限位连接件进行局部加密；和/或，使得连接件的边距和间距满足设计条件。

可以理解的是，布置各连接件位置时，需满足一定的构造要求，以确保墙板的受力合理。也就是说，在布置连接件时需要满足包括但不限于如下构造要求，以确保连接件的布置及传力合理：

(1)限位连接件应尽可能等间距排布。

(2)在荷载较大处(如门窗洞边角，等)限位连接件应局部加密。

(3)连接件应满足边距和间距的要求。

在步骤s705中，通过荷载分配方法获取各连接件的设计荷载，并验算后，得到设计成型的预制混凝土夹心保温墙体连接件体系。

可以理解的是，对各连接件进行荷载分配，验算各连接件的承载力和刚度是否满足要求。若验算通过，则设计结束。若验算不通过，则返回步骤s703或步骤s704重新设计。

需要说明的是，前述对新型预制混凝土夹心保温墙体连接件体系实施例的解释说明也适用于该实施例的新型预制混凝土夹心保温墙体连接件体系设计方法，此处不再赘述。

根据本发明实施例提出的新型预制混凝土夹心保温墙体连接件体系设计方法，每个连接件荷载分配合理，不会出现明显的受力薄弱区域和过大的安全冗余，兼顾了经济性和安全性，采用此连接件体系，可以应用于50～500mm保温层厚度的夹心保温墙体，克服了目前连接件大多只适用于墙体保温层厚度120mm以下这一弊端，有利于被动式超低能耗建筑在北方寒冷地区的应用与推广。

另外，本发明实施例中的“承力连接件”和“限位连接件”仅是为了区分不同类型和受力特点的连接件，以及介绍在本发明实施例中提及和设计的两种不同性质的连接件，但需保护的组合形式不局限于本发明实施例中具体提及的两类连接件，未在文中披露，但隶属于“同一夹心保温墙体的连接件体系中，有两种及以上不同类型和受力特点的连接件组合受力”这种组合形式的连接件体系及对应的设计方法，也属于本专利的保护范围之内。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。