本發明涉及建筑墻板，特別涉及輕質高強耗能減震外掛墻板及施工方法。

背景技術：

1、隨著裝配式建筑產業的快速發展與國家對綠色建筑節能要求的不斷提高，預制外掛墻板作為裝配式建筑主要的外圍護構件，其性能優劣直接影響著主體結構的安全性與建筑的使用功能。特別是在高烈度地震區，外掛墻板不僅承擔著保溫隔熱、隔聲防火等圍護職能，更需要在地震作用下通過合理的連接方式與主體結構協調變形，防止因墻板破壞或脫落造成嚴重的人員傷亡與財產損失。因此，研發一種兼顧優異熱工性能、輕質高強特性以及具備良好抗震耗能能力的復合外掛墻板系統，對于推動裝配式建筑在抗震設防區域的廣泛應用具有重要的工程意義和社會價值。

2、目前的預制混凝土外掛墻板通常采用夾心保溫構造，即“混凝土外葉板+保溫層+混凝土內葉板”的形式，通過拉結件連接成整體。其與主體結構的連接方式主要分為剛性連接和柔性連接兩類。剛性連接（如套筒灌漿、焊接等）傳力路徑明確，能提高結構的整體剛度，但地震下節點處易產生應力集中，導致墻板開裂甚至破壞；柔性連接（如長圓孔滑動節點）雖允許墻板相對于主體結構產生位移以適應層間變形，但在小震或風荷載作用下容易出現晃動，且難以保證接縫處的防水與氣密性能。近年來，為了改善抗震性能，工程界開始研究基于u形鋼或摩擦片的半剛性耗能節點，試圖利用節點的摩擦或塑性變形來消耗地震能量，以期在保護主體結構的同時減少墻板自身的損傷。

3、然而，現有的外掛墻板技術在抗震與節能的一體化設計上仍存在顯著的局限性。當前對于半剛性耗能墻板的研究大多孤立地關注連接節點本身的構造與力學性能，而忽視了墻板本體（特別是內葉板與填充材料）在抗震過程中的潛在貢獻，導致節點耗能與墻板結構受力處于割裂狀態。這種設計模式下，墻板內部填充的輕質材料僅僅發揮了減輕自重或保溫的單一物理作用，并未在地震初期被有效利用于能量耗散，造成了材料性能的浪費。同時，由于缺乏針對不同震級（小震、中震、大震）的系統性分級響應機制，傳統墻板在遭遇小震時往往剛度過大直接傳遞荷載，而在大震時一旦節點失效則缺乏后續的耗能防線，難以實現全過程的抗震保護，且現有的夾心保溫墻板往往因追求結構強度而導致自重過大，增加了主體結構的負擔及施工吊裝的難度。

技術實現思路

1、本發明的目的在于提供一種輕質高強耗能減震外掛墻板及施工方法，其能夠通過分級耗能機制實現全過程抗震，顯著提升建筑安全性與節能效果。

2、為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種輕質高強耗能減震外掛墻板，包括墻板本體和連接節點，所述墻板本體包括由肋梁和肋柱交織形成的網格框架、填充于所述網格框架內的輕質耗能芯材、以及包裹于所述網格框架和所述輕質耗能芯材外部的混凝土面層，所述連接節點設置于所述墻板本體上，配置為將外掛墻板錨固至建筑主體受力構件，且所述連接節點具有預設的靜摩擦力閾值，當所述連接節點受到的平面內剪切力小于所述靜摩擦力閾值時，所述連接節點相對于建筑主體受力構件保持靜止鎖定狀態，所述墻板本體通過所述輕質耗能芯材的本體變形耗散能量；當所述連接節點受到的平面內剪切力超過所述靜摩擦力閾值時，所述連接節點克服所述靜摩擦力閾值并相對于所述建筑主體受力構件產生滑移。

3、優選地，還包括保溫層和外葉板，所述保溫層緊貼設置于所述所述混凝土面層的外表面，所述外葉板設置于所述保溫層的外表面，所述墻板本體、所述保溫層和所述外葉板通過拉結件穿透連接形成夾心結構。

4、優選地，所述拉結件為frp拉結件或不銹鋼拉結件，所述拉結件位于所述保溫層內的桿體外周包裹有柔性包覆層。

5、優選地，所述連接節點包括預埋于所述墻板本體內的十字型導軌、連接于建筑主體受力構件的l形鋼阻尼器、以及連接所述十字型導軌與所述l形鋼阻尼器的緊固組件，所述十字型導軌上開設有滑槽，其中所述緊固組件配置為通過施加預緊力將所述l形鋼阻尼器壓緊于所述十字型導軌表面，以形成靜摩擦力閾值；當平面內剪切力超過靜摩擦力閾值時，所述緊固組件沿所述滑槽滑動并帶動所述l形鋼阻尼器相對于所述十字型導軌產生滑移。

6、優選地，所述緊固組件包括連接螺栓和鎖緊螺母，所述連接螺栓的頭部限位設置于所述滑槽內，所述l形鋼阻尼器的一端開設有長圓孔槽，配置為通過螺栓連接建筑主體受力構件并提供安裝調節能力，所述l形鋼阻尼器的另一端開設有連接孔，所述連接螺栓的桿體穿出所述滑槽并穿過所述連接孔后與所述鎖緊螺母螺紋連接。

7、優選地，所述輕質耗能芯材的密度為50-600kg/m3，彈性模量為0.01-3.0gpa，所述混凝土面層采用纖維增強混凝土，其抗壓強度等級不低于c30，所述輕質耗能芯材與所述網格框架的肋梁和肋柱之間預留有10-30mm的間隙，所述間隙內填充有混凝土漿料以形成緩沖填充層。

8、優選地，所述網格框架內的肋梁和肋柱中設置有鋼筋骨架，所述鋼筋骨架由縱向受力筋和箍筋綁扎而成，所述混凝土面層內埋設有鋼絲網片，所述鋼絲網片鋪設于所述鋼筋骨架的外側并與所述鋼筋骨架連接，所述鋼筋骨架與所述鋼絲網片共同構成約束所述輕質耗能芯材的籠式金屬受力結構。

9、本發明的另一個目的是提供一種輕質高強耗能減震外掛墻板的施工方法，包括以下步驟：

10、步驟一、夾心預制：采用反向成型工藝，先在模具底部澆筑外葉板的混凝土，并在其未初凝前植入拉結件，隨后在外葉板上方鋪設保溫層，拉結件穿過保溫層，在保溫層上方構建墻板本體的網格框架并填充輕質耗能芯材，將十字型導軌定位于網格框架上，最后澆筑混凝土面層以包裹網格框架和輕質耗能芯材，使十字型導軌預埋于墻板本體內且其滑槽開口朝外；

11、步驟二、定位安裝：利用穿過長圓孔槽的錨固件將l形鋼阻尼器的一端錨固至建筑主體受力構件，并通過長圓孔槽提供的調節行程完成墻板本體的位置校準，將連接螺栓的頭部卡入十字型導軌的滑槽內，使連接螺栓的桿體穿出滑槽并穿過l形鋼阻尼器另一端的連接孔，隨后旋入鎖緊螺母；

12、步驟三、閾值設定：根據抗震設計要求確定預設的靜摩擦力閾值，并對連接螺栓施加預緊力，通過連接螺栓的軸向拉力將l形鋼阻尼器壓緊于十字型導軌表面，使兩者之間形成預設的靜摩擦力閾值，從而使連接節點處于靜止鎖定狀態。

13、優選地，在步驟一中，夾心預制采用高精度鋼模，控制模板尺寸偏差在±1.5mm以內，外葉板的澆筑作為底層混凝土施工，其平整度控制在2mm/m以內，以確保保溫層鋪設的密貼性，混凝土面層的澆筑作為面層混凝土施工，在網格框架和輕質耗能芯材安裝完成后進行，采用同步振搗工藝確保混凝土充分包裹網格框架；其中，十字型導軌在混凝土面層的澆筑過程中進行植入，其位置偏差控制在±2mm以內；步驟一還包括對澆筑后的墻板整體進行養護，養護采用蒸汽養護制度，且控制升溫速率≤15℃/h。

14、優選地，在步驟三中，緊固組件的連接螺栓連接于十字型導軌與l形鋼阻尼器另一端的連接孔之間，連接螺栓施加的預緊力p按下列步驟計算確定：

15、步驟（1）、確定材料參數：確定輕質耗能芯材密度ρ1及混凝土面層密度ρ2；

16、步驟（2）、計算墻板重量：根據幾何尺寸計算墻板整體自重gk，計算公式為：

17、；

18、其中，v1為輕質耗能芯材體積，v2為混凝土體積，gadd為鋼筋骨架及預埋件附加重量，g為重力加速度；

19、步驟（3）計算地震荷載：根據建筑結構的設防烈度，分別計算外掛墻板在設防地震下的水平荷載標準值fe1和罕遇地震下的水平荷載標準值fe2：

20、 ；

21、；

22、其中，為非結構構件功能系數，為動力放大系數，為設防地震影響系數最大值，為罕遇地震影響系數最大值；

23、步驟（4）、確定預緊力范圍：依據摩擦擬靜力平衡原理，結合十字型導軌與連接螺栓之間的摩擦系數，確定連接螺栓的預緊力p的取值范圍：

24、；

25、其中，n為連接節點的有效摩擦面數量；

26、步驟（5）、施加扭矩：將計算得出的預緊力p轉換為扭矩值，使用扭矩扳手對鎖緊螺母進行施擰，使緊固組件處于預緊狀態以保證在大震下墻板能夠沿十字型導軌產生滑移。

27、與現有技術相比較，本發明的優點在于：本裝置通過構造優化與連接機制的智能切換，實現了對不同等級地震作用的自適應防護，在結構構造層面，該墻板利用肋梁肋柱交織形成的網格框架作為骨架，內部填充輕質耗能芯材并包裹混凝土面層，這種內骨架結合輕質芯材及外蒙皮的復合結構在確保墻板具備高強度與高剛度的同時，顯著降低了自重，有效減輕了建筑主體結構的恒載負擔。

28、在抗震機理層面，該結構構建了小震本體耗能與大震滑移避險的雙重防御機制。在風荷載或罕遇地震作用下，即當連接節點受到的平面內剪切力小于預設靜摩擦力閾值時，連接節點處于靜止鎖定狀態，墻板與主體結構保持相對固定，此時主要依靠輕質芯材的彈性或彈塑性變形來吸收震動能量，保證墻體的穩固性與完整性。而當遭遇罕遇地震或罕遇地震，即當連接節點受到的平面內剪切力超過預設靜摩擦力閾值時，連接節點作為機械保險絲被激活，克服靜摩擦力產生相對滑移，這一過程將墻板與框架的剛性連接轉化為滑動連接，不僅有效隔斷了地震力向墻板的破壞性傳遞，避免了墻板因過大層間位移而擠壓破碎，同時滑移過程中的摩擦阻力也能為建筑主體結構提供附加阻尼，從而實現了保護墻板自身與輔助主體減震的雙重優越性能。