裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件瓷板反打設(shè)計(jì)

文/中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 陳敬思 劉伯宇 趙 鈿

0 引言

裝配式混凝土建筑近幾年的迅猛發(fā)展，給所有建筑師提出了一個(gè)新問(wèn)題：如何用預(yù)制的標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件表現(xiàn)建筑的個(gè)性化。從經(jīng)濟(jì)性角度考慮，我們并不希望混凝土預(yù)制構(gòu)件過(guò)于復(fù)雜，并且傾向于選擇較為穩(wěn)妥的涂料飾面，但帶來(lái)的結(jié)果是建筑外立面觀感一般，并且隨著時(shí)間推移，涂料的老化問(wèn)題也逐漸嚴(yán)重。而用清水混凝土直接表現(xiàn)的方式，則面臨客戶審美小眾化的制約。瓷板反打，正是在提高裝配式建筑整體檔次這一需求之下出現(xiàn)的立面處理工藝。

在北京副中心某周轉(zhuǎn)房項(xiàng)目（以下簡(jiǎn)稱周轉(zhuǎn)房）中，成功應(yīng)用了瓷板反打技術(shù)。設(shè)計(jì)單位從設(shè)計(jì)伊始，針對(duì)不同構(gòu)件提出對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)策略，并在深化過(guò)程中，與瓷板廠家、預(yù)制構(gòu)件廠家、門窗廠家及施工單位緊密配合，保證瓷板反打的實(shí)施效果。該項(xiàng)目建筑設(shè)計(jì)品質(zhì)優(yōu)良，立面完成度高，實(shí)現(xiàn)了建筑個(gè)性化需求與工業(yè)化建造技術(shù)的成功結(jié)合（見(jiàn)圖1）。

1 瓷板反打設(shè)計(jì)要點(diǎn)

瓷板反打工藝是在制作預(yù)制構(gòu)件時(shí)，將選定的瓷磚或石材在工廠內(nèi)部與混凝土一同澆筑，一體成型（見(jiàn)圖2）。相比干掛或濕貼工藝，反打工藝成品表面光潔平整，定位精準(zhǔn)，附著牢固，能夠有效避免凍脹、老化等問(wèn)題。

反打技術(shù)主要采用小型瓷磚(見(jiàn)圖3左)，但受工藝所限，不宜在北方大面積使用，隨著反打工藝不斷成熟，反打飾面材料尺寸不斷增大，在裝配式建筑技術(shù)發(fā)展領(lǐng)先的日本，已經(jīng)可以反打較大的石材（見(jiàn)圖3右）。

圖1 北京副中心某周轉(zhuǎn)房項(xiàng)目鳥(niǎo)瞰

圖2 北京副中心某周轉(zhuǎn)房項(xiàng)目瓷板反打技術(shù)

圖3 日本早期反打瓷磚建筑效果（左）及近期反打石材建筑效果（右）

許多建筑的外墻反打材料采用石材，石材雖具有較好的觀感，但存在耐酸堿性不足、膨脹率較大、與混凝土黏結(jié)強(qiáng)度不穩(wěn)定等問(wèn)題，且不同石材質(zhì)地相差較大，這些因素大大增加制作難度。因此，性能更加穩(wěn)定的瓷板逐步成為裝配式建筑反打飾面的首選。

2 北京副中心某周轉(zhuǎn)房項(xiàng)目瓷板反打技術(shù)應(yīng)用

在北京副中心某周轉(zhuǎn)房項(xiàng)目中，綜合考慮成本、工期、質(zhì)量等因素，經(jīng)過(guò)詳細(xì)論證，最終選取較大尺寸瓷板作為外立面預(yù)制構(gòu)件的反打材料。

2.1 技術(shù)策劃

反打飾面與干掛飾面相比，一旦有修改或損毀，更換的代價(jià)遠(yuǎn)比干掛飾面要大，甚至不可更換。因此在設(shè)計(jì)之初，應(yīng)與建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電等專業(yè)共同進(jìn)行技術(shù)策劃，確定與建筑立面有關(guān)的原則。

2.1.1 模數(shù)協(xié)同

建筑基本模數(shù)是確定飾面尺寸的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)原則，一般情況下，瓷板尺寸類型較為單一，提高建筑立面模數(shù)化，一方面將有效提高瓷板利用率，減少經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)；另一方面，尺寸相近的建筑模數(shù)也將使立面更加規(guī)整美觀。因此，在設(shè)計(jì)之初，建筑師應(yīng)在平面、立面、剖面等多重維度中聯(lián)合建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電等專業(yè)，設(shè)立共同的設(shè)計(jì)原則，對(duì)平面開(kāi)間、建筑層高、構(gòu)件尺寸、門窗洞口、機(jī)電預(yù)留洞口等進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，避免后期改動(dòng)帶來(lái)的損失。

北京副中心周轉(zhuǎn)房項(xiàng)目平面功能較為復(fù)雜，經(jīng)過(guò)比選，確定了以450mm為橫向模數(shù)，630mm為豎向模數(shù)的基本原則，訂購(gòu)630mm×900mm的瓷板，保證瓷板利用最大化。

2.1.2 構(gòu)件尺寸協(xié)同

預(yù)制構(gòu)件尺寸是影響瓷板尺寸的基礎(chǔ)。因此，為使瓷板能最大化利用，減少裁切工作量，預(yù)制構(gòu)件應(yīng)考慮盡量符合瓷板尺寸模數(shù)，當(dāng)確實(shí)無(wú)法滿足時(shí)，應(yīng)將裁切方式盡量做到統(tǒng)一，裁掉的瓷板尺寸各邊均不宜小于300mm。當(dāng)需要做轉(zhuǎn)角構(gòu)件時(shí)，轉(zhuǎn)角短邊尺寸應(yīng)不小于瓷板短邊長(zhǎng)度，也不應(yīng)出現(xiàn)比瓷板長(zhǎng)邊長(zhǎng)度略長(zhǎng)的情況。周轉(zhuǎn)房項(xiàng)目中，轉(zhuǎn)角構(gòu)件短邊尺寸統(tǒng)一為900mm，1塊瓷板可恰好鋪滿（見(jiàn)圖4）。

2.1.3 洞口預(yù)留

建筑門窗洞口邊緣應(yīng)盡量與瓷板分縫重合，一方面確保立面規(guī)整美觀；另一方面，因瓷板難以反打到洞口側(cè)面，洞口側(cè)面往往需另加金屬封邊，將瓷板分縫保持與洞口邊緣重合，便于封邊外檐與墻體飾面統(tǒng)一處理。

預(yù)留洞口時(shí)，應(yīng)盡量考慮尺寸的模數(shù)化和相近用途洞口尺寸的統(tǒng)一性，避免過(guò)于靈活的開(kāi)洞位置對(duì)瓷板排布效果造成影響。

建筑立面構(gòu)件中，難以避免要出現(xiàn)預(yù)留外挑梁板洞口的情況，當(dāng)洞口對(duì)瓷板布局產(chǎn)生較大影響時(shí)，設(shè)計(jì)應(yīng)預(yù)先考慮對(duì)應(yīng)手法，如圖5所示。

2.2 分縫設(shè)計(jì)

瓷板反打工藝為設(shè)計(jì)提供了更加靈活、更加精細(xì)的分縫控制手段，瓷板反打立面一般存在3類分縫，如圖6所示。

圖4 周轉(zhuǎn)房項(xiàng)目轉(zhuǎn)角構(gòu)件

圖5 預(yù)留外挑梁板洞口

圖6 北京副中心周轉(zhuǎn)房項(xiàng)目瓷板反打構(gòu)件分縫

1）第1種縫為建筑構(gòu)件之間的縫隙 一般寬20mm，多為膠縫填充，在建筑立面上較為明顯，是立面設(shè)計(jì)必須考慮的因素。

2）第2種縫為瓷板之間的橫縫 相對(duì)瓷板間豎縫，瓷板橫縫尺寸相對(duì)較為自由，甚至當(dāng)有特殊需求時(shí)，橫縫可作為尺寸調(diào)節(jié)的重要元素，在周轉(zhuǎn)房項(xiàng)目中，標(biāo)準(zhǔn)層層高3200mm，除去構(gòu)件間20mm寬的留縫，構(gòu)件凈高度為3180mm，因此，設(shè)計(jì)將豎向瓷板反打單列數(shù)量定義為X，單塊瓷板高度定義為Y，瓷板間分縫定義為Z，得出方程式：XY+（X-1）Z=3180，其中X、Y為整數(shù)，Y的取值范圍為600～700mm。Z初定不大于10mm，經(jīng)過(guò)列舉比較，X為4時(shí)，則方程式為4Y+3Z=3180，Z不大于10mm，則Y為788mm以上，相對(duì)瓷板而言，此高度明顯有些偏高；同理，當(dāng)X=6的時(shí)候，Y的高度則最大也僅有530mm，相對(duì)偏小，因此進(jìn)一步試驗(yàn)得出，X=5，Y取值630mm，Z則為7.5mm，整體數(shù)據(jù)較為合理，且視覺(jué)觀感比較均衡。

3）第3種縫為瓷板之間的豎縫 反打的瓷板在立面上往往要滿足多種構(gòu)件洞口尺寸寬度需求，對(duì)縫隙尺寸的適用性要求遠(yuǎn)高于橫縫，因此瓷板豎縫尺寸不宜過(guò)大，以免影響瓷板寬度布局，一般以不大于5mm為宜，同時(shí)應(yīng)不小于2mm（不留縫隙的密拼除外），在周轉(zhuǎn)房項(xiàng)目中，豎縫定為4mm，既滿足整體精致程度，豎縫帶來(lái)的尺寸微差也可通過(guò)簡(jiǎn)單打磨瓷板邊緣進(jìn)行消解。

綜上可見(jiàn)，瓷板反打的縫隙設(shè)計(jì)應(yīng)在美觀的基礎(chǔ)上，兼顧用材經(jīng)濟(jì)、工藝要求合理等因素，避免裁切過(guò)多、邊角料過(guò)小、施工精度過(guò)于苛刻導(dǎo)致施工誤差更加明顯等現(xiàn)象，確保工程效果的實(shí)現(xiàn)（見(jiàn)圖7）。

2.3 洞口細(xì)部處理

瓷板反打預(yù)制構(gòu)件在設(shè)計(jì)之初，應(yīng)將門窗做法結(jié)合起來(lái)一并考慮，瓷板的排布應(yīng)給門窗的造型處理留有余地，避免不必要的材料做法沖突；門窗設(shè)計(jì)也應(yīng)考慮預(yù)制構(gòu)件厚度、窗框收口處膠縫朝向等問(wèn)題，保證門窗設(shè)計(jì)與瓷板效果相協(xié)調(diào)。

在周轉(zhuǎn)房項(xiàng)目中，考慮到瓷板反打到門窗洞口側(cè)面有一定難度，為避免洞口側(cè)面素混凝土外露影響整體效果，設(shè)計(jì)之初便確定了以門窗副框外凸、與預(yù)制構(gòu)件外完成面齊平的設(shè)計(jì)思路，而瓷板的排布，既應(yīng)滿足縫隙與洞口邊緣基本重合的美觀需求，又應(yīng)讓瓷板的裁切量降到最小。

如圖8所示，以YGB-3#-50-1號(hào)掛板為例，掛板寬3580mm，高3180mm，窗洞口尺寸為1800mm×1800mm，窗側(cè)邊緣距離掛板邊緣各890mm，上邊緣距離掛板邊緣635mm，下邊緣距離掛板邊緣745mm。

該掛板進(jìn)行瓷板排布有以下難點(diǎn)：①窗洞口側(cè)邊緣距離掛板邊緣均略小于900mm，裁切難以避免。②下邊緣距離掛板邊緣遠(yuǎn)大于瓷板高度（630mm），1塊瓷板無(wú)法鋪滿，用2塊瓷板拼貼，一方面裁切量較大；另一方面出現(xiàn)高度不足120mm的瓷板，效果也難以保證美觀。

經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)論證，該掛板的瓷板類型控制在AB 2種，A型瓷板為完整瓷板，630mm×900mm，用于窗洞上下4塊瓷板，兩側(cè)瓷板為B型瓷板，長(zhǎng)邊均統(tǒng)一裁切為884mm，4塊瓷板寬度合計(jì)3568mm，剩余12mm長(zhǎng)度，均勻形成3條4mm的瓷板豎縫，與窗洞邊緣基本重合。

窗洞下部距離瓷板剩余115mm寬度裸混凝土表面，則需與門窗設(shè)計(jì)溝通，在窗臺(tái)下部，設(shè)計(jì)1個(gè)120mm寬的金屬窗臺(tái)，凸出表面50mm，反扣于瓷板之上，恰好遮住這一節(jié)裸露混凝土面。這一細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，精致美觀，既起到活潑窗洞立面效果的作用，又兼具披水功能，可謂一舉兩得（見(jiàn)圖9）。

圖7 北京副中心周轉(zhuǎn)房項(xiàng)目瓷板反打局部效果

圖8 YGB-3#-50-1掛板

圖9 外窗完成效果

隨著項(xiàng)目推進(jìn)，業(yè)主對(duì)立面風(fēng)格提出適度多樣化的要求，因此，在第2標(biāo)段工程地塊，對(duì)建筑立面進(jìn)行了從色彩到細(xì)節(jié)的調(diào)整，豐富了社區(qū)的整體效果，同時(shí)對(duì)于門窗洞口的處理也嘗試了新的方法（見(jiàn)圖10）。

第2標(biāo)段工程中，設(shè)計(jì)并未將瓷板邊緣與窗洞口平齊，而是與洞口邊緣保持了200mm的距離，大膽將混凝土表面表現(xiàn)在外，門窗的副框凸出構(gòu)件表面50mm，反扣在混凝土面層之上，形成瓷板-混凝土-金屬窗框3個(gè)材質(zhì)層次，利用不同材料本身的質(zhì)感差異，以及不同做法凸出表面厚度的差別，形成細(xì)膩的光影變化，成為立面設(shè)計(jì)的一大亮點(diǎn)，如圖11所示。

圖10 第2標(biāo)段工程瓷板反打設(shè)計(jì)效果

圖11 第2標(biāo)段工程瓷板反打完成效果

圖12 不同材質(zhì)的交接關(guān)系

2.4 不同構(gòu)造做法的交接

裝配式混凝土建筑在有抗震要求的地區(qū)，底部加強(qiáng)區(qū)一般采用現(xiàn)澆方式，保障整個(gè)建筑的抗震性能。同時(shí)，由于建筑功能和美觀的要求，建筑中也存在露臺(tái)、挑檐等構(gòu)件，這也對(duì)反打構(gòu)件的精細(xì)化設(shè)計(jì)提出更高要求。因此，瓷板的設(shè)計(jì)不僅要滿足對(duì)縫工整、排布美觀，還要考慮與其他構(gòu)造做法的協(xié)調(diào)。

在周轉(zhuǎn)房項(xiàng)目中，以第1標(biāo)段某6層建筑為例，該樓首層為現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，中間兩開(kāi)間為專門的立面設(shè)計(jì)造型，該樓邊套型中均設(shè)開(kāi)敞花臺(tái)，并選取幕墻做法。除此之外，該樓掛板邊緣和底部均需做金屬封邊處理。

不同的構(gòu)造，帶來(lái)了不同的材質(zhì)質(zhì)感及做法厚度，如何在設(shè)計(jì)中將這些做法與瓷板反打效果統(tǒng)籌考慮，是決定工程細(xì)節(jié)的核心因素。

在設(shè)計(jì)之初，建筑師共同確定了幾個(gè)不同構(gòu)造的做法厚度：首層現(xiàn)澆段外掛及中間兩開(kāi)間幕墻做法厚度300mm，開(kāi)敞花臺(tái)外包鋁板厚100mm，花臺(tái)檐口翻邊寬50mm，瓷板反打的無(wú)保溫預(yù)制外墻板厚150mm；同類構(gòu)造均嚴(yán)格按規(guī)定厚度施工作業(yè)，避免構(gòu)造厚度種類過(guò)多增加不必要的施工難度；同時(shí)考慮到瓷板的物理性質(zhì)較脆，預(yù)制外墻板上的瓷板反打和干掛幕墻所用瓷板從施工精度到容錯(cuò)程度上均有差異，所以不同厚度構(gòu)造做法之間主要通過(guò)金屬鋁板的線腳和封邊進(jìn)行調(diào)節(jié)，避免不同做法的瓷板直接接觸。

如圖12所示，首層現(xiàn)澆段，外立面采用300mm厚干掛瓷板幕墻做法，在首層與2層交界面上存在150mm厚度差，因此在2層底部的瓷板反打上預(yù)留金屬埋件，首層和2層交界面上設(shè)計(jì)1條金屬線腳，通過(guò)埋件與上下瓷板相連，化解這一高度差。為防止雨水從瓷板反打和金屬線腳的膠縫中滲透進(jìn)干掛瓷板的龍骨區(qū)，在線腳內(nèi)部設(shè)計(jì)中加入1層金屬披水，避免雨水滲漏導(dǎo)致的隱患（見(jiàn)圖13）。

圖13 現(xiàn)澆層與裝配層之間構(gòu)造交接

瓷板反打預(yù)制構(gòu)件邊緣長(zhǎng)期暴露在外，容易因各種原因破損，影響完成效果，因此，設(shè)計(jì)中專門為瓷板最外邊緣增加1條金屬封邊，固定于預(yù)制構(gòu)件外邊緣之上，封邊寬70mm，厚度與預(yù)制構(gòu)件等同，均為150mm，封邊與瓷板之間縫隙控制在10mm，確保兩者之間的微小變形不會(huì)互相影響，金屬封邊這一細(xì)節(jié)的處理，既對(duì)瓷板起到保護(hù)作用，又使預(yù)制構(gòu)件邊緣更加挺拔俊朗。

最外側(cè)掛板金屬封邊的處理，使花臺(tái)外包金屬板可直接與其相接，封邊亦可作為花臺(tái)金屬板和預(yù)制構(gòu)件的緩沖，消解預(yù)制構(gòu)件遇小震輕微變形時(shí)對(duì)周邊帶來(lái)的影響（見(jiàn)圖14）。

在選擇瓷板尺寸時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮其他材料與瓷板進(jìn)行統(tǒng)一分縫的可行性.該項(xiàng)目中，瓷板寬度定在900mm，既可滿足瓷板排布需求，同樣兼顧金屬板分割美觀性，金屬板的分割完全以相鄰瓷板為準(zhǔn)，預(yù)制構(gòu)件之間的20mm縫隙也成為金屬板上的裝飾凹槽，線面一體，三維對(duì)應(yīng)，整個(gè)立面體現(xiàn)一種嚴(yán)謹(jǐn)而高雅的工業(yè)美學(xué)（見(jiàn)圖15，16）。

3 結(jié)語(yǔ)

瓷板反打技術(shù)，尤其是大尺寸瓷板反打技術(shù)的應(yīng)用在國(guó)內(nèi)尚屬起步階段，可參考案例有限，通過(guò)北京副中心某周轉(zhuǎn)房工程的設(shè)計(jì)探索，初步形成一系列設(shè)計(jì)方法，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，以供未來(lái)設(shè)計(jì)參考。

1）瓷板反打技術(shù)需要有完善的前期技術(shù)策劃，根據(jù)建筑層高及開(kāi)間面寬，確定瓷板的具體尺寸和留縫寬度，并盡可能根據(jù)瓷板尺寸確定構(gòu)件各尺寸模數(shù)，當(dāng)無(wú)法避免裁切時(shí)應(yīng)將瓷板的浪費(fèi)降到最低。

2）瓷板反打一旦磨損將難以修補(bǔ)及更換，因此應(yīng)注意瓷板反打構(gòu)件的成品保護(hù)，尤其是瓷板外邊緣不宜直接暴露在外，在諸如門窗洞口之處應(yīng)有對(duì)瓷板的相應(yīng)保護(hù)措施。

3）瓷板材性硬脆，因此與不同材質(zhì)交接的時(shí)候應(yīng)盡量選用具備一定彈性的材質(zhì)（如金屬）作為中間過(guò)渡材質(zhì)，并預(yù)留一定容錯(cuò)余地，避免因外力導(dǎo)致構(gòu)件振動(dòng)碰撞損壞瓷板。

瓷板反打的設(shè)計(jì)是裝配式建筑精細(xì)化設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方面，通過(guò)對(duì)瓷板反打各種性能狀況的深入分析，建筑師可實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑完成效果的進(jìn)一步精細(xì)化控制。通過(guò)北京副中心某周轉(zhuǎn)房項(xiàng)目實(shí)踐，瓷板反打的應(yīng)用取得令人滿意的效果?？深A(yù)見(jiàn)將來(lái)會(huì)有更多精美的瓷板反打項(xiàng)目出現(xiàn)，將使裝配式建筑從外觀到品質(zhì)更上一個(gè)新臺(tái)階。

圖14 周轉(zhuǎn)房項(xiàng)目局部剖面

圖15 瓷板20mm橫縫與4mm豎縫關(guān)系

圖16 設(shè)計(jì)模型與完成效果對(duì)比