裝配式建筑外掛墻板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

錢富貴

（中國(guó)建筑西南設(shè)計(jì)研究院有限公司貴州分院，貴州 貴陽(yáng) 550000）

從20世紀(jì)60年代，裝配式建筑在瑞典、丹麥、芬蘭等北歐國(guó)家由政府主導(dǎo)建設(shè)的“安居工程”中，大量建造PC建筑。主要為多層“板樓”，成功解決了國(guó)民住房問題，不僅提高了效率，降低了成本，也保證了質(zhì)量。裝配式建筑是指，先將梁、板、柱、外墻等建筑構(gòu)件在PC構(gòu)件廠內(nèi)生產(chǎn)完成，通過與PC構(gòu)件模數(shù)協(xié)調(diào)、與路線環(huán)境相匹配的運(yùn)輸工具運(yùn)到施工現(xiàn)場(chǎng)，然后采用可靠的安裝方式和安裝器械將這些建筑構(gòu)件組裝連接起來，使建筑物具備不同使用功能。與傳統(tǒng)建筑現(xiàn)場(chǎng)施工相比，這種建造方式具有污染小、集成度高、工程進(jìn)度快、建筑構(gòu)件質(zhì)量容易得到保證等優(yōu)點(diǎn)。然而由于我國(guó)現(xiàn)有的施工技術(shù)和機(jī)械化條件不先進(jìn)、不成熟、不系統(tǒng)、外掛墻板設(shè)計(jì)中的保溫問題、防水問題、耐久性問題都是迫切需要解決的。

1 裝配式建筑的發(fā)展前景

1.1 裝配式建筑的優(yōu)缺點(diǎn)

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快，城鎮(zhèn)越來越多的樓房拔地而起，這就迫切需要一種新型的建造方式來適應(yīng)這種形勢(shì)，裝配式建筑順應(yīng)了這種形勢(shì)的發(fā)展，建筑行業(yè)迎來了新的契機(jī)。裝配式建筑有以下優(yōu)點(diǎn)：降低了施工現(xiàn)場(chǎng)的噪聲污染，保護(hù)環(huán)境；構(gòu)件能夠在工廠內(nèi)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，生產(chǎn)便捷，到了施工現(xiàn)場(chǎng)后，可以直接安裝，速度快，效率高，可大大縮短施工工期；在施工現(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)量減少，在很大的程度上降低了材料浪費(fèi)，使材料的利用率最大化；構(gòu)件在工廠采用機(jī)械化生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量在機(jī)械參數(shù)化生產(chǎn)后得到有效保證；降低料具租賃費(fèi)用，減少周轉(zhuǎn)料具投入量，節(jié)約成本；減少施工現(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)量，有利于環(huán)境的保護(hù)；構(gòu)件生產(chǎn)基本上都是機(jī)械化，減少了現(xiàn)場(chǎng)施工人員配備，節(jié)約成本。然而，裝配式建筑外掛墻板也有很多缺點(diǎn)：裝配式剪力墻施工時(shí)，由于外掛墻板依附于鋼筋混凝土墻板（內(nèi)葉板）上，有時(shí)外掛墻板上的預(yù)留對(duì)拉螺桿孔洞過少，可能導(dǎo)致模板剛度不夠，使外掛板向外偏移，現(xiàn)場(chǎng)組裝困難[1]。

1.2 裝配式建筑的展望

隨著人民生活水平的不斷提高，越來越多的樓房在建設(shè)之中，政府、人民對(duì)建筑品質(zhì)的要求也越來越高，因此建筑行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)壓力逐漸變大，如何推進(jìn)建筑業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展方式的升級(jí)與轉(zhuǎn)變是建筑行業(yè)有關(guān)人士亟需思考的問題。走綠色環(huán)保、低碳循環(huán)、持續(xù)發(fā)展的道路，促進(jìn)節(jié)能減排是建筑行業(yè)目前發(fā)展的主流方向。因此裝配式建筑對(duì)改善生態(tài)質(zhì)量和促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重大的意義。

2 裝配式建筑外掛墻板的拆分原則

外掛墻板不是結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其拆分設(shè)計(jì)主要由建筑師根據(jù)建筑立面效果確定。外掛墻板應(yīng)安裝在主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件上，及結(jié)構(gòu)柱、梁、樓板或結(jié)構(gòu)墻體上，墻板拆分受到主體結(jié)構(gòu)布置的約束，必須考慮到實(shí)現(xiàn)與主體結(jié)構(gòu)連接的可行性。如果主體結(jié)構(gòu)體系的構(gòu)件無(wú)法滿足墻板連接節(jié)點(diǎn)的要求，應(yīng)當(dāng)引出如“牛腿”類的連接件或次梁次柱等二次結(jié)構(gòu)體系，以服從建筑功能和藝術(shù)效果的要求。外掛墻板最大尺寸一般以一個(gè)層高和一個(gè)開間為限。歐美國(guó)家也有跨兩個(gè)層高的超大型墻板，但制作和運(yùn)輸都很不方便。開口墻板如設(shè)置有窗戶洞口的墻板，洞口邊板的有效寬度不宜低于300mm。

3 裝配式建筑外掛墻板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 PC墻板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容

1）連接節(jié)點(diǎn)布置

PC墻板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)首先要進(jìn)行連接節(jié)點(diǎn)的布置，因?yàn)閴Π逡赃B接節(jié)點(diǎn)為支座，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算在連接節(jié)點(diǎn)確定之后才能進(jìn)行。

2）墻板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

墻板自身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括墻板結(jié)構(gòu)尺寸的確定、作用及作用組合計(jì)算、配置鋼筋、結(jié)構(gòu)承載能力和正常使用狀態(tài)的驗(yàn)算、墻板構(gòu)造設(shè)計(jì)等。

3）連接節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)連接節(jié)點(diǎn)的類型、連接方式；作用及作用組合計(jì)算；進(jìn)行節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)計(jì)算；設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)主體結(jié)構(gòu)變形的構(gòu)造；連接節(jié)點(diǎn)的其他構(gòu)造設(shè)計(jì)。

4）制作、堆放、運(yùn)輸、施工環(huán)節(jié)的結(jié)構(gòu)驗(yàn)算與構(gòu)造設(shè)置

PC墻板在制作、堆放、運(yùn)輸、施工環(huán)節(jié)的結(jié)構(gòu)驗(yàn)算與構(gòu)造設(shè)置包括脫模、翻轉(zhuǎn)、吊運(yùn)、安裝預(yù)埋件的設(shè)置；制作、施工環(huán)節(jié)荷載作用下墻板承載能力和裂縫驗(yàn)算等。

3.2 外掛墻板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1）外掛墻板必須滿足構(gòu)件在制作、堆放、運(yùn)輸、施工各個(gè)階段和整個(gè)使用壽命期的承重能力要求，保證強(qiáng)度和穩(wěn)定性；還應(yīng)控制裂縫和撓度。

外掛墻板是裝飾性構(gòu)件、對(duì)裂縫和撓度比較敏感。按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》 （GB50010-2010）規(guī)定的最大允許裂縫寬度為0.2mm。0.2mm的結(jié)構(gòu)裂縫是清晰可視的，清水混凝土和表面涂漆的墻板不大容易被用戶接受，心理上會(huì)形成不安全感。外掛墻板在制作、堆放、運(yùn)輸、安裝環(huán)節(jié)荷載作用下不應(yīng)當(dāng)出現(xiàn)裂縫?！痘炷猎O(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的受彎構(gòu)件撓度的限值，是為屋蓋、樓蓋及樓梯構(gòu)件規(guī)定的；外掛墻板計(jì)算跨度一般小于7m，照搬1/200撓度是可行的，這個(gè)撓度在視角上不會(huì)有明顯的感覺。

2）作用與PC墻板的荷載與作用

不考慮連接節(jié)點(diǎn)，PC墻板本身結(jié)構(gòu)計(jì)算需要考慮的荷載與作用與墻板方向有關(guān)。豎直PC墻板結(jié)構(gòu)計(jì)算不需要考慮與墻板平行的重力荷載，只需考慮垂直于墻板的作用，包括風(fēng)荷載和地震作用。不規(guī)則建筑表面傾斜和仰斜的PC墻板需要考慮的作用包括自重荷載、仰斜墻板還包括雪荷載、維修集中荷載。

3.3 墻板結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖

3.3.1 無(wú)洞口墻板

外掛墻板的結(jié)構(gòu)計(jì)算是驗(yàn)算水平荷載作用下板的承載能力和變形；豎直荷載主要是對(duì)連接節(jié)點(diǎn)和內(nèi)外葉板的拉結(jié)件作用。外掛墻板是以連接節(jié)點(diǎn)為支承的板式構(gòu)件，即四點(diǎn)支撐板。

3.3.2 長(zhǎng)寬比大的墻板

長(zhǎng)寬比較大的墻板，長(zhǎng)邊內(nèi)力分布比較均勻，可直接按照簡(jiǎn)支板計(jì)算；短邊內(nèi)力因支座距離較遠(yuǎn)而分布不均勻，支座板帶比跨中板帶分擔(dān)更多的荷載，應(yīng)當(dāng)對(duì)內(nèi)力進(jìn)行調(diào)整：支座板帶承擔(dān)75%的荷載，跨中板帶承擔(dān)25%的荷載。

3.3.3 墻板結(jié)構(gòu)計(jì)算內(nèi)容包括：配筋和墻板承載力驗(yàn)算；撓度驗(yàn)算；裂縫寬度計(jì)算。

按照日本經(jīng)驗(yàn)，PC墻板隨著安裝節(jié)點(diǎn)位置的變化、開動(dòng)情況的不同等，計(jì)算機(jī)計(jì)算的結(jié)果與人工計(jì)算結(jié)果差距較大。為了確保安全，在計(jì)算機(jī)計(jì)算的同時(shí)也可以采用人工計(jì)算進(jìn)行比較，取更為安全的結(jié)果[2]。

4 結(jié)語(yǔ)

目前裝配式建筑發(fā)展最快的地區(qū)是歐洲部分國(guó)家地區(qū)、北美、日本、新加坡和香港地區(qū)。在我國(guó)還處于探索發(fā)展階段，理論體系尚未成熟，裝配式建筑發(fā)展前景未來可期。但裝配式建筑的優(yōu)點(diǎn)顯而易見，它相對(duì)于傳統(tǒng)建造方式來說，能夠保證房屋的質(zhì)量和安全性，提高穩(wěn)定性和耐久性，而且能夠減少環(huán)境污染，改善環(huán)境質(zhì)量，符合社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的要求，是順應(yīng)我國(guó)未來建筑行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)的新的建造形式，值得大家共同探索。