輕型裝配式外墻的設(shè)計、制作與應(yīng)用研究
——以浙江紹興海濱大酒店項(xiàng)目為例

夏 磊

上海君道住宅工業(yè)有限公司

1 引言

近幾年來，隨著裝配式建筑的發(fā)展，各地政策對于裝配式建筑指標(biāo)的要求越來越高。指標(biāo)基本是三塊內(nèi)容：主體結(jié)構(gòu)、內(nèi)外圍護(hù)及內(nèi)裝修，其中外圍護(hù)基本為預(yù)制夾心保溫外墻、內(nèi)澆外掛體系的外墻或輕質(zhì)墻板。但輕型、結(jié)構(gòu)裝飾保溫一體化的外墻應(yīng)用較少。同時，為了提高裝配率和裝配效率，越來越多的公共建筑甚至住宅都已采用鋼結(jié)構(gòu)體系。然而，傳統(tǒng)的PC外墻質(zhì)量大，精度不高，與主體結(jié)構(gòu)在結(jié)合方面存在一定的問題，尤其是在與鋼結(jié)構(gòu)結(jié)合時，不但增加了結(jié)構(gòu)的荷載，同時也影響了施工效率。所以外墻與鋼結(jié)構(gòu)之間的結(jié)合一直是個痛點(diǎn)。目前與鋼結(jié)構(gòu)結(jié)合較多的基本是ALC板，但其防水性能和裝飾性能較差，不能滿足外墻裝飾、防水、保溫等多功能的需要。另外傳統(tǒng)外墻的安裝節(jié)點(diǎn)也存在一定的問題，還需要對安裝節(jié)點(diǎn)的可行性及安全性等方面進(jìn)行綜合設(shè)計考慮。目前市場還沒有出現(xiàn)太多比較成熟的產(chǎn)品和案例。而在國外，輕型的裝配式混凝土外墻掛板的應(yīng)用已經(jīng)非常普遍，技術(shù)也很成熟。

本文針對外墻板的設(shè)計過程中的一些關(guān)鍵問題研究，并結(jié)合國內(nèi)現(xiàn)有裝配式混凝土外墻掛板體系的發(fā)展現(xiàn)狀和國外輕型外墻掛板的多年工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出了一種輕型裝配式外墻板。并結(jié)合實(shí)際工程案例的應(yīng)用來檢驗(yàn)該外墻掛板系統(tǒng)可靠性，以便可為未來類似的項(xiàng)目提供積極有益的參考。

2 浙江紹興海濱大酒店工程概況

浙江紹興海濱大酒店項(xiàng)目地址位于浙江省上虞濱海新城。地上9 層，地下1 層，總建筑面積12939.65m2，地上建筑面積11822.35m2，地下建筑面積1117.30m2。建筑總高度為30m。

本建筑結(jié)構(gòu)類型為鋼框架結(jié)構(gòu)，建筑設(shè)計使用年限為50年?？拐鹪O(shè)防烈度為6°，設(shè)計地震分組為第一組，場地特征周期為0.45s。

本項(xiàng)目樓板為現(xiàn)澆鋼筋混凝土，室內(nèi)隔墻采用輕質(zhì)隔墻板，外墻即采用本文介紹的輕型裝配式外墻板。

3 建筑立面設(shè)計與板塊分格

本項(xiàng)目為酒店樓，基于最大程度發(fā)揮裝配式建筑的優(yōu)勢考慮，我們建議設(shè)計師將立面裝飾和墻板分格調(diào)成統(tǒng)一的規(guī)格，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和模數(shù)化的設(shè)計，降低綜合成本。圖1為酒店效果圖。建筑立面裝飾效果為淺灰色清水混凝土。表面肌理為寬20mm、深10mm的梯形豎向裝飾線槽。

本項(xiàng)目分主樓和裙樓兩個部分。裙樓層高為4.5m，主樓層高為3.05m。最大柱間距為7.5m。由于裙樓層高較大且洞口較多，會因標(biāo)準(zhǔn)化程度低而增加成本。故最終裙樓部分采用傳統(tǒng)砌筑的建造方式。主樓立面標(biāo)準(zhǔn)墻板的分格尺寸為3750mm×3050mm，窗洞尺寸為2400mm×1800mm。此類墻板數(shù)量達(dá)到了225 塊，合計面積約為2600m2，占外墻總面積的約80%。后期生產(chǎn)可實(shí)現(xiàn)模具的高周轉(zhuǎn)率，降低成本。整棟建筑的裝配率達(dá)到了85%。

4 輕型裝配式外墻板基本構(gòu)造設(shè)計

4.1 墻板系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)造

輕型裝配式外墻板（以下簡稱“墻板”）其本質(zhì)是預(yù)制夾心保溫墻板，故其在基本構(gòu)造上也分為外頁層、內(nèi)頁層及中間保溫層。具體構(gòu)造及措施如下。

（1）墻板外頁層為50mm 厚的高性能混凝土，內(nèi)部配Φ5@150 的冷拔鋼絲網(wǎng)片，同時摻入一定量的有機(jī)纖維，共同作用保證墻板的強(qiáng)度和韌性。

（2）中間層采用高強(qiáng)輕鋼龍骨框架作為整個外墻的受力支撐結(jié)構(gòu)，輕鋼龍骨的規(guī)格選用需綜合考慮風(fēng)荷載和地震荷載及脫模吸附力及吊裝動力系數(shù)等因素，計算其在最不利情況下的荷載。

（3）輕鋼龍骨與混凝土之間通過定制的栓釘進(jìn)行錨固，由于錨固件是混凝土與輕鋼連接的重要部件，為避免錨固件與外頁混凝土之間產(chǎn)生熱橋問題，錨固件表面進(jìn)行了有環(huán)氧樹脂浸漬處理。

（4）為了進(jìn)一步減少輕鋼龍骨框架與外頁混凝土之間的熱橋，構(gòu)造上將輕鋼與混凝土之間留出1cm的間隙。

（5）輕鋼龍骨框架空腔部位填充墻體的保溫材料，本項(xiàng)目外墻系統(tǒng)保溫層材料為聚苯顆?；炷?。具體保溫材料選用可根據(jù)項(xiàng)目節(jié)能要求設(shè)置。

（6）內(nèi)頁層為15mm水泥纖維板作為內(nèi)裝修集成墻板安裝的基層板（如竹木纖維板）。具體項(xiàng)目內(nèi)裝板材的選用及做法需要與裝修專業(yè)進(jìn)行溝通確定。墻板基本構(gòu)造如圖2。

圖1 項(xiàng)目效果圖

圖2 墻板基本構(gòu)造

4.2 墻板防水、防火及保溫性能設(shè)計

4.2.1 接縫防水構(gòu)造

綜合考慮結(jié)構(gòu)和溫度變形及安裝誤差，將墻板之間的拼縫寬度設(shè)計為20mm，防水設(shè)計采用構(gòu)造防水與材料防水相結(jié)合的方式。根據(jù)16SJ110-2、16SG333《預(yù)制混凝土外墻掛板》6.4.1中的規(guī)定：建筑高度50m 以下的建筑掛板板縫可采用一道防材料防水和構(gòu)造防水相結(jié)合的做法；50m 以上的建筑掛板板縫應(yīng)采用兩道材料防水和構(gòu)造防水結(jié)合的做法。本項(xiàng)目高度為30m，但為保證萬無一失，我們采用了高標(biāo)準(zhǔn)。具體做法為以下幾點(diǎn)。

（1）墻板水平縫和豎向縫均采用了兩道材料防水。水平縫采用企口的造型，避免了水在重力和風(fēng)的作用下產(chǎn)生向室內(nèi)倒流。

（2）豎向縫仍采用平直拼縫。在墻板吊裝完成后在墻板靠室外側(cè)（企口下端）施打適量的聚氨酯泡沫填縫劑，然后在塞入泡沫棒，并用改性硅酮密封膠密封，密封膠有效深度不小于10mm。充分保證墻板的防水性能。

（3）墻板接縫內(nèi)側(cè)采用三元乙丙膠條進(jìn)行對壓密封，保證外墻系統(tǒng)的氣密性。

4.2.2 防火性能

該墻板系統(tǒng)本身材料均為不燃材料，經(jīng)耐火極限測試結(jié)果為3h。滿足規(guī)范對非承重維護(hù)構(gòu)件的耐火極限要求。且墻板外露輕鋼龍骨均采用防火涂料涂刷。施工時只需做好水平層間防火，防止“煙囪效應(yīng)”的發(fā)生即可。本項(xiàng)目墻板與鋼結(jié)構(gòu)之間的間隙為50mm。層間采用了國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的防火巖棉填充，梁上下采用1.5mm 鍍鋅板封堵，保證巖棉不會脫落。同時起到防火和保溫的雙重作用。

4.2.3 保溫隔熱性能及隔聲性能

墻板保溫層為130mm 厚的聚苯顆?；炷粒C合考慮保溫性能和低容重的前提下，我們通過不同配合比的試塊進(jìn)行性能測試，最終根據(jù)實(shí)際檢測報告數(shù)據(jù)得，該項(xiàng)目墻板的傳熱系數(shù)為0.59W/（m2·K），滿足公共建筑節(jié)能設(shè)計規(guī)范和建筑設(shè)計的要求。由于外墻系統(tǒng)特殊的構(gòu)造，墻板的隔聲性能也較好，檢測結(jié)論為所測構(gòu)件在上述工況下的空氣聲計權(quán)隔聲量Rw（C；Ctr）為49（-1；-4）dB。滿足GB 50118—2010《民用建筑隔聲設(shè)計規(guī)范》的要求。

4.2.4 耐久性能

由于混凝土為人造材料，尤其對有裝飾要求的外墻板來說，長期暴露在室外環(huán)境中會產(chǎn)生諸如：返堿、開裂、變色、污染等現(xiàn)象，在鹽霧及酸堿條件下更為明顯。所以需要對外墻表面進(jìn)行防護(hù)處理，我們經(jīng)與專業(yè)團(tuán)隊進(jìn)行研發(fā)，針對市場常見防護(hù)劑存在的問題進(jìn)行改善，研發(fā)一種納米二氧化硅的專用防護(hù)劑。其通過表面成膜和滲透的特性保證了外墻的防水和耐污防護(hù)，使得外墻板的耐久性能得到極大的改善。

5 墻板生產(chǎn)工藝及質(zhì)量控制應(yīng)用要點(diǎn)

5.1 模具的設(shè)計及選用

在生產(chǎn)過程中，主要是墻板制作與輕鋼的組裝。裝飾混凝土板的生產(chǎn)主要在于模具的制作和處理，一塊墻板3000×3750，重量大約1.5t，模具的表面必須做到平整，邊模的制作及尺寸定位必須準(zhǔn)確。否則，生產(chǎn)出的墻板平整度不滿足要求，四邊的垂直度不滿足要求，影響現(xiàn)場安裝。該項(xiàng)目因標(biāo)準(zhǔn)板數(shù)量多，翻模次數(shù)多，我們采用鋼模作側(cè)模，綜合成本較木模來說降低不少，同時保證了墻板的制作質(zhì)量。

再者，墻板有豎向凹槽，剛開始我們基本成本考慮，采用定制的硅膠條粘在底模上，但由于粘接不牢，每次脫模后硅膠條都被從底模上拉起，重新粘貼及清理比較費(fèi)人工；后來我們改成整體鋼模，凹槽造型用鋼板銑出線條造型與鋼底板焊在一起，鋼模的使用解決了板塊平整度的問題，誤差也控制在規(guī)定范圍內(nèi)，但由于鋼線條尺寸較小，每次脫模后板塊凹槽位置會容易崩邊，后期修補(bǔ)量較大，故該方案也不可取。

經(jīng)過前幾次的經(jīng)驗(yàn)，我們總結(jié)出不僅需要開與墻板尺寸1：1整體模具，保證板塊的整體性，精度，模具材料材質(zhì)必須較軟，保證凹槽線條方便脫模，不至于被損壞，最終本人建議采用整體硅膠模。經(jīng)試驗(yàn)，該方案切實(shí)可行，雖然成本稍高，但基本解決了上述所有出現(xiàn)的問題。

5.2 輕鋼龍骨的加工與裝配

鋼框的加工組裝，由于開始考慮到節(jié)約成本，鋼框由廠家加工好材料，我們自己組裝，豎龍骨與橫龍骨之間采用轉(zhuǎn)接件采用螺釘連接。實(shí)際證明，該方式耗費(fèi)的人工較多。后來我們改為橫龍骨穿孔，豎龍骨從橫龍骨孔隙穿過，直接用螺釘固定橫豎龍骨的翼緣，雖然此法材料加工成本較高，但節(jié)約的人工成本基本可以與高出的加工費(fèi)持平，實(shí)際經(jīng)驗(yàn)說明，控制人工成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)比控制材料成本更有效節(jié)約綜合成本。

5.3 墻板的加工制作

墻板由于對裝飾性的要求高且墻板現(xiàn)場不作二次處理，所以對制作工藝的要求較傳統(tǒng)夾心外墻更高，應(yīng)注意以下關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的控制。

（1）首先要控制好混凝土的配合比，保證其具有一定的流動性及和易性，保證其能在正常振搗的情況下可以充分密實(shí)，避免角部、錨固件及窗框位置的空洞，但流動性也不能過大，過大不利于墻板防水翻邊的制作。

（2）因輕鋼與側(cè)模之間操作空間較小，還有錨固件、鋼絲網(wǎng)片等，必須采用平板振動器與細(xì)型的振動棒相結(jié)合，振動時間需控制在30s之內(nèi)，避免混凝土產(chǎn)生離析現(xiàn)象。

（3）聚苯顆?；炷撂畛鋾r應(yīng)當(dāng)保證壓實(shí)，且填充到輕鋼空腔的各個角落，避免空洞，從而影響墻板的保溫性能。

（4）墻板制作完成后應(yīng)進(jìn)行覆膜養(yǎng)護(hù)，同時避免接觸風(fēng)口位置，避免失水太快影響強(qiáng)度的增長。

（5）墻板養(yǎng)護(hù)15h～16h，待抗壓強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度75%時可以進(jìn)行脫模起吊，在墻板離開模具之前應(yīng)當(dāng)緩慢提升，避免墻板損壞，同時為了保證安全，起吊的角度應(yīng)小于45°。

（6）墻板轉(zhuǎn)至規(guī)定位置進(jìn)行繼續(xù)養(yǎng)護(hù)至7天，避免墻板受陽光直射，同時曬水養(yǎng)護(hù)，每天保證2～3次，保證墻板充分養(yǎng)護(hù)，避免后期的返堿現(xiàn)象。

（7）在后期養(yǎng)護(hù)過程中及運(yùn)輸轉(zhuǎn)運(yùn)過程中一定要注意墻板的成品保護(hù)，采用質(zhì)軟的且不易在墻板表面留痕的材料進(jìn)行隔離。通過上述各環(huán)節(jié)的控制，才能最大程度保證墻板的質(zhì)量和裝飾效果。

6 墻板安裝節(jié)點(diǎn)及誤差控制措施

本項(xiàng)目墻板的結(jié)構(gòu)連接設(shè)計采用四點(diǎn)連接，基本支座受力形式為轉(zhuǎn)動式的掛板連接形式，下端支撐受力的方式，上端為轉(zhuǎn)動鉸接連接，只承受水平拉力。

目前市場上出現(xiàn)的外墻掛板存在連接多數(shù)不能實(shí)現(xiàn)誤差的調(diào)節(jié)，或調(diào)節(jié)余量較小。這樣的方式不但現(xiàn)場安裝精度不高，還會導(dǎo)致現(xiàn)場安裝費(fèi)用增高，一旦發(fā)現(xiàn)錯誤，無法更改。為了避免上述情況，我們采用了以下節(jié)點(diǎn)方案。

（1）連接節(jié)點(diǎn)為座立式，下掛點(diǎn)采用掛件卡接式連接，如圖3。該種形式的掛件可使板塊的安裝非常便捷，板塊可以通過掛件在L型轉(zhuǎn)接件上滑動實(shí)現(xiàn)左右的調(diào)節(jié)，L型轉(zhuǎn)接件上開有前后方向的長圓孔，與U 型底座的左右方向長圓孔對接可實(shí)現(xiàn)前后距離的調(diào)節(jié)，位置調(diào)好后，用方墊片點(diǎn)焊定位。

圖3 墻板下掛點(diǎn)

（2）板塊掛件上的螺栓用于標(biāo)高方向調(diào)節(jié)，保證調(diào)節(jié)余量為±2cm～3cm；上掛點(diǎn)為水平限位節(jié)點(diǎn)，主要承受水平方向上的荷載，我們采用定制加工的螺紋套筒與板內(nèi)輕鋼骨架連接，現(xiàn)場安裝時通過L 型轉(zhuǎn)接件一端與套筒連接，一端與主體結(jié)構(gòu)鋼梁通過U 型轉(zhuǎn)接件連接，調(diào)節(jié)原理與上掛點(diǎn)類似，如圖4。均能實(shí)現(xiàn)墻板的三維六向調(diào)節(jié)，施工安裝的誤差得到了有效的控制，且安裝效率大大提高，節(jié)省了施工周期。墻板現(xiàn)場安裝及安裝完成后的效果如圖5、圖6。

圖4 墻板上掛點(diǎn)

圖5 墻板現(xiàn)場安裝

圖6 墻板安裝完成效果

7 結(jié)論與展望

綜上所述，我們在經(jīng)過對輕型裝配式墻板結(jié)構(gòu)性能、防水構(gòu)造、隔熱保溫、耐火性能及隔聲性能的綜合分析，確定了符合上述要求的外墻系統(tǒng)構(gòu)造，并通過對生產(chǎn)制作及安裝過程中關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的控制，使得輕型外墻系統(tǒng)的優(yōu)勢在項(xiàng)目應(yīng)用中得到完美的呈現(xiàn)。

本文在目前國內(nèi)輕型裝配式外墻板應(yīng)用較少且無相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及案例可遵循的情況下，結(jié)合現(xiàn)有預(yù)制外墻掛板相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和國外外墻掛板的技術(shù)和應(yīng)用情況，對輕型裝配式外墻板的構(gòu)造、生產(chǎn)工藝、安裝技術(shù)等關(guān)鍵問題進(jìn)行了研究并通過實(shí)際項(xiàng)目的實(shí)踐，驗(yàn)證了該外墻系統(tǒng)的可行性及可靠性。

通過我們對該類輕型裝配式外墻的技術(shù)的闡述，希望能給此類外墻的研究帶來一些有益的借鑒和參考，并能夠引起更多業(yè)內(nèi)同行的關(guān)注，共同參與研究探討及技術(shù)推廣，使輕型裝配式外墻系統(tǒng)的技術(shù)更加成熟，標(biāo)準(zhǔn)更加完善。并在更多的項(xiàng)目上得以應(yīng)用。